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Projet CNRS/DGA

ULTRASENSEL : Capteur optoelectrique intégré ULTRASENSible aux champs ELectriques

juin 2017 – décembre 2018

Étude et la réalisation d’un détecteur tout polymère intégré et ultrasensible aux champs électriques à base de modulateurs électro-optiques permettant la détection d’ondes électromagnétiques dans le domaine des (radio et hyper)fréquences

Contexte

La problématique principale est la détection de très faibles signaux électriques, notamment en ce qui concerne ce projet, dans le domaine des ondes centimétriques et millimétriques. Les domaines d’application de ce type de capteurs peuvent être très nombreux allant de la détection de très faibles signaux dans le corps humain (domaine médical) à la détection de signaux des systèmes de communications en passant par celle des signaux « furtifs » dans le domaine militaire. En effet, pour ce dernier cas, la furtivité des signaux émis peut souvent être basée sur l’envoi de signaux très directifs dans des directions connues seulement par quelques personnes. Ces signaux sont de ce fait très faibles dans les autres directions les rendant quasi indétectables. Le fait d’augmenter la sensibilité des capteurs permet la distinction de ces signaux sur un angle solide plus important, donnant ainsi une chance plus importante de les détecter et de les traiter par la suite.

Dans ce projet nous proposons l’étude exploratoire et la réalisation d’un détecteur tout polymère intégré et sensible aux champs électriques à base de modulateurs électro-optiques permettant la détection d’ondes électromagnétiques dans le domaine des (radio et hyper)fréquences. Le principe de fonctionnement d’un tel capteur repose sur l’effet électro-optique, l’onde électrique reçue induira un faible changement au niveau de l’indice de réfraction du matériau électro-optique. Cette faible variation d’indice est transformée en signal optique lumineux à l’aide d’un microrésonateur optique convertissant la modulation de phase en modulation d’intensité. La très grande sensibilité (au moins 150dB/Hz) sera apportée d’une part par la partie optique non-linéaire résonante (miro-résonateur réalisé avec un polymère non linéaire) dont les paramètres principaux sont le facteur de qualité et l’indice non linéaire du matériau et d’autre part par l’utilisation d’une antenne tout diélectrique résonante qui dépend de la permittivité du matériau utilisé. Par ailleurs, une largeur de bande de fréquences d’au moins 80 GHz pourra être atteinte grâce à l’utilisation de matériaux organiques électro-optiques. Enfin, la gamme dynamique instantanée visée est 140 dB/Hz.

Objectifs
  • Réalisation de microrésonateur à base de matériaux non linèaires
  • Développement d’antenne d’hyperfréquence
Résultats majeurs
  • Obtention des 2 briques de base pour le capteur : microrésonateur intégré et antennes : Obtention de motifs avec un polymère EO commercial (P(MMA-co-KEM)) Q 10000 et Impression 3D de l’antenne hyperfréquence G 7dB
  • Assemblage des 2 briques
Retombées

projet déposé en projet ASTRID en 2020

Production scientifique

Voir dans la collection Foton sur HAL

Partenaires

Lab-STICC
(groupes Foton : SP/OGC)

Coordinateur

Lab-STICC
(responsable Foton : Joël CHARRIER])

Financements


CNRS/DGA