| Resumé |
Mon travail de thèse de doctorat porte sur la conception et la réalisation d'un système de détection sensible à 9 μm de longueur d'onde, dans lequel tous les composants sont des dispositifs semi-conducteurs non refroidis. Cet objectif est atteint en exploitant deux avancées majeures : un détecteur amélioré par métamatériau et un schéma hétérodyne avec des lasers à cascade quantique. Les détecteurs étudiés sont des détecteurs à cascade quantique (QCD) et à puits quantiques (QWIP), dispositifs unipolaires où la transition optique a lieu entre des états électroniques confinés dans la bande de conduction. Ils sont intéressants pour la détection hétérodyne car leur temps de relaxation est extrêmement court et, par conséquent, ils ont une réponse rapide et hautement linéaire même sous un éclairage intense. Dans ce travail, je décris la physique microscopique nécessaire pour comprendre la réponse du dispositif à l'excitation lumineuse, avec un aperçu des phénomènes liés au transport électronique quantique. Je rapporte l'évaluation des performances d'un QCD à 9 μm inséré dans un métamatériau de type antenne. L'antenne augmente le flux de photons incident sur le détecteur. Ceci permet de réduire l'aire électrique du détecteur et donc le courant d'obscurité, qui améliore très significativement les performances à haute température. La sensibilité et la bande passante du détecteur ont été testées dans un système hétérodyne entièrement optimisé utilisant une stabilisation passive des lasers et une conception précise de l'optique infrarouge. Enfin, je démontre que l'injection de signal hyperfréquence dans les récepteurs décale le battement hétérodyne sur toute la large bande passante des détecteurs. |