Enseignement

Physique des Composants Électroniques

Le cours présente de façon progressive les principaux phénomènes physiques permettant de comprendre le fonctionnement des composants électroniques et leur utilisation dans des circuits électroniques. Ce cours est construit en quatre parties :

• Introduction à la physique des matériaux semiconducteurs

• Caractéristiques des matériaux à l’équilibre

• Principaux phénomènes de transport électronique

• Composants électroniques : diodes & transistors

Photo : Les processeurs actuels utilisent des millions / milliards de transistors à des échelles quasi-atomique, nécessitant des outils quantiques à l’échelle électronique pour expliquer leur fonctionnement.

Propagations Libre & Guidée

Afin de pouvoir utiliser les ondes, il est essentiel d’étudier leur propagation, que ce soit en espace libre (faisceaux Gaussiens) ou dans des milieux guidés comme par exemple dans des lignes et guides hyperfréquences, des fibres optiques.

L’étude des modes de propagation et de leurs propriétés (dispersion, atténuation, etc.) permettra notamment de comprendre quelles sont les limites fondamentales des systèmes de communications.

Photo : Fibres optiques

Pratiques Expérimentale et Numérique en Photonique & Hyperfréquences

Ce module constitué à 100% de travaux pratiques traite de la pratique expérimentale & numérique en photonique tant à l’échelle des composants que des systèmes, ainsi que de simulations de systèmes photoniques et de composants hyperfréquences à l’aide de logiciels professionnels.

Les travaux pratiques expérimentaux portent sur le gyroscope à fibre optique, les méthodes (auto-)hétérodyne, l’identification de gaz par spectroscopie, l’amplification à fibre dopée erbium, le laser à fibre optique.

Des simulations portent d’une part sur les composants & systèmes télécoms en photonique, et d’autre part sur les composants hyperfréquences actifs et passifs à l’aide du logiciel ADS (Keysight).

Le matériel professionnel (lasers DFB, analyseurs de spectre optique et hyperfréquences, OTDR…) a été en partie financé par la Faculté des Sciences et le Labex Numev (ANR-10-LABX-20).

Photo : Détection et identification de gaz par spectroscopie

Transmissions sans fil

Les champs couverts par ce module sont vastes, car ils regroupent aussi bien des bases en Hyperfréquences comme l’adaptation ou les paramètres S, que des applications concrètes jusqu’à l’étude de la Compatibilité Electromagnétique (CEM).

Les thèmes sont abordés en cours et illustrés systématiquement par des travaux pratiques.

Photo : Caractérisations d’antennes dans la chambre anéchoïque des salles de travaux pratiques

Métrologie & Instrumentation Photonique

Ce module décrit les principes de fonctionnement de composants en photonique, et étudie leur utilisation pour la réalisation de systèmes, d’instruments, de capteurs. Des exemples d’instruments et de capteurs seront détaillés, avec notamment des interventions de chercheurs du domaine.

Photo : imagerie 3D (coupe présentée) d’une rétine décollée mesurée par tomographie en cohérence optique.

Émetteurs & Récepteurs Photoniques & Hyperfréquences

Cette UE propose à l’étudiant d’acquérir une vision globale des émetteurs et récepteurs photoniques et hyperfréquences depuis la physique des matériaux jusqu’au composant actif ainsi que son conditionnement. Les amplificateurs et oscillateurs hyperfréquences seront traités en parallèle des amplificateurs optiques et lasers afin de mettre en avant les analogies évidentes entre ces deux domaines de fréquences. Les compétences visées sont donc la connaissance du fonctionnement et des caractéristiques principales de ces composants actifs, optiques et hyperfréquences, essentiels dans la réalisation de systèmes télécoms, de capteurs, de radars, etc.

Image : Diffraction d’un faisceau laser cohérent sur une cible

Communications optiques

Ce module traite des réseaux de télécommunication par fibres optiques. Dans un premier temps, une architecture simple de transmission point à pointest étudiée afin de découvrir la composition d’une telle ligne et l’impact des caractéristiques de ses composants (transmetteur, récepteur, fibre) sur les performances de transport de l’information. Un focus sera porté sur les effets non linéaire utilisés, entre autres, pour transférer les signaux électroniques vers des porteuses optiques ou modifier les fréquences de ces porteuses. Enfin, les différentes topologies de mise en réseaux des nœuds de l’information (serveurs, utilisateurs, gestion du trafic) sont présentées et analysées afin de comprendre le fonctionnement des réseaux intercontinentaux, sous marins, côtiers, métropolitains et d’accès aux usagers. Des solutions pour les réseaux du futur seront fournies en guise de perspectives.

Illustration : Transfert de données à très haut-débit par fibre optique