Thèse Métrologie de la Réponse Spatiale de Détecteurs Infrarouge Refroidis H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Ondes et Matière Laboratoire de recherche : ONERA/DOTA - Département Optique et Techniques Associées Direction de la thèse : Jérôme PRIMOT ORCID 0000000153714347 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59 Dans les domaines du spatial, de l'astronomie et de la défense, l'émergence d'imageurs infrarouges (IR) refroidis, de grand format et à pixels de plus en plus petits, rend la mesure de la réponse spatiale des pixels incontournable. Cette grandeur reflète d'une part la répartition spatiale de la collection de signal par les pixels, et d'autre part, au travers de sa fonction de transfert de modulation (FTM), la capacité du détecteur à restituer avec précision les détails spatiaux de la scène observée. Elle constitue un outil déterminant :
- pour les technologues, ayant pour objectif l'optimisation des structures de détection infrarouge.
- pour les systémiers, travaillant sur des instruments optroniques de haute performance.
Cependant, plusieurs contraintes viennent complexifier ces mesures : d'une part, le refroidissement cryogénique nécessaire pour ces détecteurs IR haute performance, dont les flux thermiques intrinsèques et/ou environnants sont souvent une limitation importante, et d'autre part, la miniaturisation des pixels dont la taille tend à se rapprocher de la longueur d'onde. À cela s'ajoute enfin le besoin croissant de mesures spectrales (sur différentes longueurs d'onde lumineuses) de cette réponse spatiale, en lien avec le développement de détecteurs multispectraux et hyperspectraux.
Pour répondre à ces enjeux, l'ONERA a conçu le banc cryogénique MIRCOS, une plateforme unique et polyvalente. Ce banc intègre diverses approches de projection de motifs (optique cryogénique, techniques interférométriques, etc.), dont le perfectionnement fait l'objet de recherches continues, afin d'atteindre un niveau de mesure métrologique de la réponse spatiale des détecteurs. Parmi les méthodes les plus prometteuses (pour adresser le défi des petits pixels et des besoins spectraux), les techniques interférométriques reposent sur la comparaison d'un interférogramme imagé par la matrice de détecteurs avec un interférogramme simulé avant détection. Grâce à un traitement dans l'espace de Fourier, la fonction de transfert 2D peut être déduite de la perte d'information spatiale entre ces deux quantités. Cependant, l'interférogramme projeté doit à la fois contenir des fréquences spatiales d'intérêt pour les petits pixels tout en étant parfaitement modélisable afin de ne pas introduire de biais significatifs dans la fonction de transfert restituée. La thèse proposée vise ainsi à améliorer les performances de mesure en utilisant un nouveau concept de réseau optique innovant permettant de projeter sur une matrice de détecteur des fréquences spatiales 2D dont l'amplitude est détectée de façon hétérodyne le long de l'axe optique, permettant une déconvolution précise de la mesure de FTM avec un éclairage monochromatique. Un prototype dans la bande infrarouge [1-2] µm a déjà démontré l'intérêt d'une telle signature pour une démarche métrologique. L'idée est donc de poursuivre sur cette voie, avec plusieurs aspects scientifiques à adresser : optimisation des motifs projetés par simulation de la propagation, possibilité de mesure hyperspectrale de la FTM, données discrétisées avec un fort rapport signal sur bruit permettant de couvrir à la fois les basses fréquences spatiales (pour un bon raccordement de la FTM) et les hautes fréquences spatiales (exigées par les petits pixels). Le projet s'articulera autour d'un double volet théorique et expérimental : le doctorant sera amené à modéliser les phénomènes physiques impliqués dans la mesure, mais aussi à concevoir et développer de nouveaux composants expérimentaux. Il s'appuiera sur l'expérience acquise par l'équipe depuis plusieurs années autour du banc MIRCOS, et pourra développer des compétences avancées en optique, interférométrie, cryogénie et détection infrarouge. L'untié CIO à laquelle est rattachée ce travail est un laboratoire de référence pour l'évaluation des détecteurs matriciels infrarouge de très hautes performances. La tendance actuelle à la réduction des pas pixels amènent à de nouveau challenge en termes de caractérisation 'at wavelength' Caractériser le profil radiométrique spatial et spectral de détecteurs dont la taille approche celle de la longueur d'onde. Amélioration et exploitation d'un banc cryogénique développé en 2019 (thèse Edouard Huard) et d'une nouvelle méthode très prometteuse (thèse Pierre Arrondeau qui soutient fin 2026) afin d'explorer la physique de la réponse spatiale sur des détecteurs à petits pixels (influence de la longueur d'onde, forme de diffusion non homogène au sein des pixels...).

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