Echantillonnage de signaux RF à haute dynamique commandé optiquement – ORCHIDS

Le projet ‘ORCHIDS’ propose d’étudier et de réaliser une fonction de numérisation de signaux à haute dynamique et à très large bande sur porteuses hyperfréquences en optimisant la fonction d’échantillonnage réalisée par utilisation de nano-interrupteur à base de photoconducteur, à durée de vie contrôlée, en Arséniure de Gallium (GaAs).

Ce projet de recherche est motivé par les résultats très prometteurs obtenus, en particulier, lors de l’étude de recherche exploratoire financée dans le cadre du Programme REI de la DGA/MRIS Nano photo-interrupteur intégré. Ces résultats ont mis en évidence que la rupture technologique proposée par l'utilisation des nanotechnologies pour l'exaltation de l'effet photoconducteur ouvrait la voie aux approches optiques pour l’échantillonnage de signaux hyperfréquence ultra-large bande. Ainsi, l’un des critères essentiels de performance étant le rapport ON/OFF du photocommutateur, nous avons pu démontrer un rapport ON/OFF de 30 dB @20GHz, bien au delà des meilleures performances réalisées à ce jour (<10dB @20GHz).Cette rupture se décline aussi bien au niveau de l’extrême simplicité du dispositif photo-interrupteur que des performances de cette solution qui se situe, d’ores et déjà, très au-delà des approches électroniques conventionnelles, en raison des performances de gigue temporelle offertes par les sources optiques.

Pour atteindre l’objectif ambitieux d’échantillonnage du projet ORCHIDS, une phase supplémentaire d’optimisation du nano photocommutateur s'avère nécessaire. Le choix du matériau semi-conducteur dans ORCHIDS vise la filière GaAs pour des critères de maîtrise de croissance de matériaux à forte résistivité intrinsèque et d'accordabilité de dynamique de porteurs (temps de vie et mobilités) de la famille des matériaux GaAs semi-isolant, tout en imposant l'emploi des sources optiques à 800nm. Aujourd'hui, il devient possible d'accorder les paramètres matériau, optique et hyperfréquences permettant une démonstration d'échantillonnage de signaux RF favorables aux critères exigés en terme de pertes d’insertion, de SNR (Signal to Noise Ratio), SFDR (Spurious Free Dynamic Range), d'ENOB (Effective Number of Bits) à très haute cadence.
Une phase d’optimisation d'une source à modes bloquées compacte est également nécessaire pour atteindre les performances requises en termes de durée d’impulsion et de gigue temporelle, tout en conservant une architecture simple pour assurer le développement future d’une source compacte et peu couteuse.

Ce projet répond à la thématique de l’axe thématique 4 ‘Nanotechnologies’ et en particulier de la thématique des nano-systèmes intégrant des fonctions optiques.

Le projet est porté par l’UPMC/L2E, qui dispose d'une expertise en conception, modélisation et caractérisation de circuits intégrées RF à commande optique ultra rapide avec le soutien technologique de l’IEMN qui sera en charge de l’élaboration du matériau GaAs à durée de vie contrôlée et de l’optimisation du couplage par nanoguides optiques. La mise en place d'une source optique compacte à haute fréquence de répétition, à 0,8µm, est assurée par l'expertise de Thales Research & Technology qui optimisera une source optique modes lockés de laboratoire déjà développée, permettant de réaliser les mesures finales de l’échantilonneur ‘ORCHIDS’.