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nombre d'offres : 107

Conception et réalisation de spectromètres infrarouges compacts basés sur la modulation électro-optique et l’optique guidée, en configuration SWIFTS-Gabor.

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Date de début : 1 septembre 2017

Offre n° IMEPLaHC-19052017-PHOTO

                                                                                    SUJET DE THESE POUR CONTRAT DOCTORAL FLECHE EEATS

Laboratoires :
Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Institut de Micro-électronique, Electromagnétisme et Photonique et Laboratoire d’Hyperfréquences et Caractérisation (IMEP-LAHC)

Directeur de thèse :
Guillermo Martin (IPAG)   04 76 63 52 76  (HDR 63)

Co-encadrant(s) éventuel(s) :
Alain Morand (IMEP-LAHC)  04 56 52 94 86  (HDR 63)

Sujet (titre) :
Conception et réalisation de spectromètres infrarouges compacts basés sur la modulation électro-optique et l’optique guidée, en configuration SWIFTS-Gabor.

Description du projet :
Il s’agit de concevoir, réaliser et caractériser un spectromètre optique intégrée pour les applications en spectroscopie proche IR à très haute résolution. Le principe est d’injecter le signal sur deux entrées opposées d’un guide multimode (N modes), puis de séparer en N guides monomode (typ. N=16). A l’endroit de la différence de marche nulle, se forme le paquet de franges qui va être échantillonné par des sillons ou des nanoplots d’or déposés à la surface. Le signal extrait est alors dirigé vers un détecteur, qui a typiquement un pixel pitch de 10um. Pour compenser le sous-échantillonnage, des électrodes en amont permettent de moduler la différence de phase et ainsi d’améliorer l’échantillonnage (voir Fig. 1). Par ailleurs, les plots d’échantillonnage seront des antennes, étudiées pour optimiser la directivité du flux vers le détecteur, car dans le cas des détecteurs IR, la zone de déplétion étant relativement enterrée, on est en effet obligé de séparer les centres d’échantillonnage de l’ordre de 100um pour éviter la diaphonie. Le multiplexage en 16 canaux permet d’une part de compenser ce grand décalage en passif, puis la modulation électro-optique permet de déplacer finement les franges sous chacun des centres.

Fig.1 : Schéma du concept SWIFTS-Gabor : Le signal à injecter est injecté simultanément par deux entrées opposées. Les électrodes permettent de faire varier la phase relative entre les entrées mais aussi de compenser des variations statiques de la différence de marche nulle. La zone de plots SWIFTS permet d’échantillonner la frange blanche et rayonner le signal vers le détecteur (à la verticale du dessin).

On fait ainsi un spectromètre hybride spatial-temporel, pour augmenter l’étendue spectrale, tout en gardant une très grande résolution spectrale (typ. 1000nm d’étendue et R=20000), ce qui est un véritable progrès pour répondre aux besoins des spectromètres compacts pour des missions spatiales ou portées sur drone, qui sont pilotées ou envisagées notamment par l’équipe Planeto au sein de l’IPAG. Pour comparaison, les projets d’instruments spatiaux comme SPICAM-IR (resp. OMEGA) comportent des spectromètres avec R=1000 et étendue 1-1.7um (resp. R=3000 et étendue 0.5-5um), et notamment des poids très conséquents (OMEGA, 30kg).


Avec notre concept de spectromètre compact, nous envisageons de multiplier par 10 la résolution spectrale, obtenir une étendue spectrale de l’ordre de 1000nm, centrée sur 1.55um, tout en assurant un poids réduit (<1kg) pour l’ensemble composant et détecteur.

L’étudiant(e) devra travailler sur différents aspects :

-Etude du meilleur compromis multiplexage spatial-temporel, pour optimiser le rapport signal/bruit (distribution du flux sur différents canaux), tout en diminuant autant que possible le besoin de modulation électro-optique (pour limiter la tension de modulation, et donc la consommation électrique, la taille des électrodes).

-L’optimisation de la géométrie et la distribution des sillons diffusants. En collaboration avec Alain Morand de l’IMEP-LaHC, l’étudiant prendra en main les simulations permettant de modéliser la diffusion d’un sillon unique, en fonction de ses caractéristiques opto-géométriques et de la longueur d’onde. Des phénomènes collectifs seront étudiés pour accroître la directivité des antennes et réduire l’angle d’émission des sillons diffusants, qui sont aujourd’hui un des inconvénients majeurs dans nos structures, générant de la diaphonie entre les différents points d’émission.

-Au niveau technologique, l’étudiant concevra et caractérisera différents guides d’onde et interféromètres qui seront réalisés avec nos collègues de FEMTO-ST à Besançon, spécialistes du Niobate de Lithium. Les composants seront testés à la fois à l’IPAG et à l’IMEP-LaHC, où des bancs de caractérisation optique dans le proche et moyen IR sont disponibles. La structure qui sera réalisée est celle correspondant à la figure 1, notamment en fabricant des nano-sillons pour extraire le flux contenu dans le guide. Il devra aussi valider l’association mécanique de la puce collée sur le capteur en cours de test actuellement.

Argumentaire :
Notre objectif est d’explorer la spectroscopie sur-puce qui permet d’avoir un instrument très compact favorable à une opération embarquée (drone ou cubesat). Basé sur notre expérience sur la technologie SWIFTS adapté à haute résolution spectrale en mode Fourier Transform Spectrometer, nous proposons d’étudier le concept Gabor, qui n’est aujourd´hui pas exploité, alors qu’il permet d’avoir accès à la frange centrale et surtout d’éviter les problèmes de saturation lorsqu’on regarde les franges collées au miroir dans le mode Lippmann. Dans ce concept, le signal transporté par des guides d’onde est diffracté via des discontinuités diélectriques périodiques (nanoplots ou nanosillons) déposés à la surface. Ce concept n’utilise aucun système d’imagerie, permettant de recueillir le signal directement dans le détecteur et limitant les problèmes d’alignement optique et sensibilité aux vibrations. Ceci permet d’aller vers des applications spatiales avec des volumes et poids très réduits (<1dm3, <1kg). Ce projet est d’autant plus d’actualité que dans le cadre du Centre Spatial Universitaire Grenoblois, un premier projet de satellite (ATISE/ZeGrenSat) est destiné à réaliser un instrument interférométrique pour l’étude des aurores boréales, basé sur le concept du prisme à échelon (SPOC/ONERA). Notre objectif serait de proposer assez rapidement notre spectromètre au CSUG, pour une première démonstration en vol du concept. Des discussions sont actuellement en cours avec des collègues du CEA-Leti pour récupérer des matrices 625×512 pour ce genre de projet.

Enfin, ce travail de miniaturisation est essentiel dans le cadre des développements d’interféromètres optiques intégrés basés sur Niobate de Lithium, que nous menons en collaboration avec S. Lacour au LESIA (Projet FIRST/LITHIUM), où l’objectif est de valider le fonctionnement d’un interféromètre à 2 Télescopes (jonction Y achromatique) dans un Nanosat.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-19052017-PHOTO
  • Contact : morand@minatec.inpg.fr

Réalisation d’un niveau de transistors basse consommation & bas coût dans une intégration 3D séquentielle

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Date de début : 1 octobre 2017

Offre n° SL-DRT-17-0908

En empilant des niveaux de transistors les uns au-dessus des autres, la 3D séquentielle (appelée aussi 3DVLSI ou CoolCube dans la littérature) apparaît comme une alternative intéressante à la course à la miniaturisation. la technologie CoolCube permet un alignement nanométrique qui permet d’avoir une très forte densité d’interconnexions contrairement aux technologies 3D de type packaging. une telle d’intégration a été démontré au LETI sur des plaques 300mmm, avec deux niveaux de transistors MOS haute performance. un des plus grand challenge est de réaliser un niveau supérieur performant avec un budget thermique limité afin de ne pas dégrader le ou les étages sous-jacents.

La technologie CoolCube est une technologie très versatile et au delà des application logiques, elle peut être utilisée dans le but d’empiler différentes fonctions (cas des applications neuromorphiques ou de l’automotive), fonctions qui répondent à des critères de performances différents de la logique (plus basse consommation et plus bas coût)et qui nécessitent donc des adaptations technologiques.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, DCOS, Leti
  • Laboratoire : DCOS / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-17-0908
  • Contact : laurent.brunet@cea.fr

Amélioration de la qualité cristalline des premières briques d’une LED UV

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Date de début : 1 septembre 2017

Offre n° SL-DRT-17-0839

L’émission dans la gamme des UVC est importante pour les applications telles que la désinfection de l’eau. Les lampes mercure sont actuellement utilisées mais leur inconvénient majeur est justement l’utilisation de mercure ainsi que leur encombrement. Les LEDs UV à base d’AlGaN semble être le meilleur candidat pour leur remplacement. Néanmoins, les performances de ces LEDs UV, émettant autour de 260 nm, progressent mais restent faibles. Trois points faibles de la structure de ces LEDs sont à incriminer: 1) la mauvaise qualité cristalline du buffer AlN ou AlGaN, 2) le rendement quantique interne des puits quantiques, 3) le dopage p de l’AlGaN. S’ajoutent à cela des problèmes d’extraction de la lumière.

Dans le cadre de cette thèse, nous proposons de répondre aux points 1) et 2). La thèse se déroulera donc en deux volets. Le premier portera sur l’amélioration de la qualité cristalline du buffer AlGaN en utilisant des pyramides d’AlGaN (filtrage des dislocations). Le second volet s’intéressera à la modification de la microstructure du puits AlGaN afin d’augmenter les effets de localisation. Pour chaque amélioration significative apportée, un démonstrateur LED UV pourra être réalisé.

  • Mots clés : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences, Sciences pour l'ingénieur, Optique - Optique laser - Optique appliquée, Physique du solide, surfaces et interfaces, DOPT, Leti
  • Laboratoire : DOPT / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-17-0839
  • Contact : amelie.dussaigne@cea.fr

Le déséquilibre du pool de nucléotides comme biomarqueur de stress

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Date de début : 1 octobre 2016

Offre n° SL-DRF-17-0717

De nombreux travaux ont été effectués pour étudier l’effet cytotoxique, et/ou génotoxique, de divers stress, en particulier notre laboratoire s’interesse aux rayonnements ionisants et non ionisants, aux nanoparticules et aux HAPs. Dans ces stress, les effets sur l’ADN (génotoxicité) sont modérés, du moins pour les faibles doses de rayonnement ou concentrations en nanoparticules ou HAPs. De façon très surprenante, très peu de travaux ont été entrepris pour étudier l’effet de ces stress sur le pool de nucléotides, plus précisément sur l’induction d’un déséquilibre entre les nucléotides. Il est bien connu qu’un tel déséquilibre peut avoir des conséquences biologiques importantes, comme en témoigne l’utilisation de la 5-FU (5-fluorouracile) comme agent thérapeutique dont l’efficacité provient de sa capacité à inhiber la thymine synthase, une des nombreuses enzymes impliquées dans le métabolisme des nucléotides.

Ce manque de données dans la littérature s’explique principalement par l’absence d’une méthode fiable et précise pour déterminer la concentration intracellulaire de chaque ribo- et désoxyribonucléotides. Le projet propose de mettre fin à cette lacune, en développant une méthode analytique basée sur la chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse en mode tandem. Cette méthode de pointe en chimie analytique, déjà très utilisée au laboratoire pour mesurer les lésions de l’ADN, présente l’avantage d’être très spécifique et sensible. Des travaux préliminaires ont montré qu’il est possible de détecter les nucléotides tri-phosphate avec une très bonne efficacité.

Le travail consistera à mettre au point la méthode analytique afin de détecter et quantifier simultanément les ribo- et les 2-désoxyribo-nucléotides naturels au niveau mono-, di- et tri- phosphate (ce qui représente donc 24 produits). Dans un deuxième temps cette méthode sera étendue au dosage d’autres dérivés nucléotidiques présents en plus faibles concentrations, naturellement présents dans les cellules, comme l’AMPc, le GMPc, SAM, FAD, Acyl-Coa ou bien générés lors d’un stress comme le 8-oxodGTP, provenant de l’oxydation du dGTP.

Cette méthode sera alors utilisée pour étudier l’effet de différent stress sur le pool de nucléotides sur des cellules en culture (in vitro). L’effet de la dose ou de la concentration sera étudié, ainsi que la cinétique d’évolution en fonction du temps. L’objectif de ce projet est de déterminer si la mesure du pool de nucléotides représente un bon biomarqueur d’un stress.

  • Mots clés : Sciences du vivant, Radiobiologie, Toxicologie, INAC, SyMMES
  • Laboratoire : INAC / SyMMES
  • Code CEA : SL-DRF-17-0717
  • Contact : jean-luc.ravanat@cea.fr

Dévelopment d’un nez optique biomimétique

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Date de début : 1 octobre 2017

Offre n° SL-DRF-17-0975

Electronic noses (eNs) have emerged as promising tools for the analysis of volatile organic compounds (VOCs) with potential applications in a wide range of domains such as biomedicine. However, so far, their performance is still far behind that of the human nose.

In this thesis, we propose a new paradigm to prepare sensing materials by combining two recognition principles used in the human nose: specific recognition and cross-reactive interaction, with the aim to greatly improve the performances of eNs and to explore their potential applications in biomedical domains.

Herein, peptides will be used as building blocks for the preparation of sensing receptors. On the one hand, based on a biomimetic approach, we aim to obtain sensing receptors that can mimic binding properties of olfactory receptors, and on the other hand, based on a combinatorial approach developed in our laboratory, we aim to prepare cross-reactive receptors with great diversity giving correlated signals (landscapes). In particular, fundamental studies will be conducted to better understand and control the chemical and physical phenomena implicated in the interaction between peptides and VOCs. This will be achieved using surface analysis and thin layer characterization techniques available at PFNC. Surface plasmon resonance imaging will be used as the optical system for the analysis of various VOCs, with a special emphasis on the problematic of anosmia-related issues. A particular theoretical effort in data analysis will be made for establishing appropriate criteria for classification purposes by using cognitive approaches and artificial intelligence via collaboration with local scientists.

  • Mots clés : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences, Physique du solide, surfaces et interfaces, INAC, SyMMES
  • Laboratoire : INAC / SyMMES
  • Code CEA : SL-DRF-17-0975
  • Contact : yanxia.hou-broutin@cea.fr
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