Photodétecteur et modulAteurs pour les communications optiques en espace libre et le LIDAR cohérent dans le Moyen InfraRouge – PALMIR

L’objectif du projet PALMIR est de fabriquer des détecteurs et modulateurs en moyen infrarouge (autour de 4,8 µm) et de les mettre en œuvre dans une plateforme émetteur-récepteur multifonction pour réaliser une démonstration de télémétrie et de communications optiques espace libre simultanée. Le gain en sensibilité offert par la détection cohérente, très au-delà des limites usuelles de la détection directe, s’associe à la possibilité d’exploiter des formats de modulation basés sur phase, fréquence et amplitude optique permettant d’augmenter les bandes passantes en communication et les résolutions distance/vitesse en LIDAR. La sensibilité des liaisons optiques aux distorsions causées par les turbulences atmosphériques, et les erreurs de pointage associés au filtrage spatial de la détection hétérodyne, seront atténués par le passage à de plus grandes longueurs d’onde, permettant ainsi de bénéficier d’un gain d’antenne et d’une moindre sensibilité aux turbulences, donnant lieu à des schémas cohérents plus robustes.
Plusieurs briques technologiques développées au III-V Lab dans le cadre du projet ANR-Astrid HISPANID précèdent (2017-2021, ref. ANR-17-ASTR-0008) ont permis de réaliser un détecteur rapide à 10,3 µm. Les travaux initiaux ont permis de démontrer expérimentalement un photo-détecteur infrarouge (IR) QCD a` 10.3 µm en configuration antenne patch, fonctionnant a` température ambiante et dont la bande passante atteint les 25 GHz. Ces développements ont permis de mettre en place des savoir-faire et des briques technologiques nécessitant une monté en maturité.
Nous profitons de ce projet de maturation pour viser une longueur d’onde de 4,8 µm, plus adaptée à des situations opérationnelles identifiées. Cette longueur d’onde ne remet pas en cause l’approche technologique déjà développé dans le cadre d’HISPANID, que ce soit sur les structures détectrices QCD identifiées, ou sur la réalisation des antennes patch utilisées pour le couplage optique. Compte tenu des applications visées, dans PALMIR on revient à une bande passante de TIA de quelques GHz (typiquement de 1 à 5 GHz).
Dans le système final, on intègrera également des modulateurs à base de méta-matériaux développés par ailleurs au LPENS. Une collaboration sur des composants dans l’infrarouge a déjà été mise en place entre TRT et l’ENS dans le cadre de la chaire ENS-Thales et de projets collaboratifs précédents (ANR CORALI, thèse en commun). TRT aura ainsi accès à des modulateurs et des détecteurs rapides à 4,8 µm pour des cas d’usage identifiés.
L’intégration et le packaging électro-optique et thermique des composants sera partiellement mutualisé et normalisé en raison des similarités de dessin entre les modulateurs et les détecteurs infrarouges développés dans le cadre du projet PALMIR.