HAL Portal UPHF (Université Polytechnique Hauts-de-France)
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Caractérisation en Bassin Acoustique: Mesures réalisées dans ce Moyen d'Essais
No full textDéveloppement et conception d’expériences en acoustique physique, sous-marine et ultrasonore; GAPSUS - Acoustique Physique, Sous-Marine et Ultra-Sonore: EXACT - Expérimentations en AcoustiqueNational audienceLes mesures en acoustique sous-marine sont indispensables d’une part pour caractériser des sources unitaires ou d’antennes, émettrices ou réceptrices, et d’autre part pour valider leurs performances et leur mise en production pour une utilisation industrielle dans les systèmes SONAR De la même façon, les propriétés ou les performances acoustiques de structures composites / complexes immergées doivent être vérifiées expérimentalement. En effet, des nouvelles structures sont étudiées et optimisées pour des applications militaires ou civiles, par exemple pour améliorer la maîtrise de la pollution sonore en mer. Avant de passer à des mesures dans des conditions « réelles » in situ (en mer), les mesures en bassin d’essais acoustiques offrent une première évaluation des performances des systèmes, à coût « modéré ». Différents types de mesures seront présentées en rappelant les conditions et les hypothèses à vérifier au travers de bancs de mesures développés au bassin d’essais acoustiques situé à JUNIA ISEN Lille: -Réalisation de mesures de niveaux de pression via des hydrophones/émetteurs étalons pour différentes applications, en particulier pour la mesure de niveau d’émission (Sv / SPL) et de directivité d’émetteurs à qualifier ou pour la mesure de niveau de réception (Sh / OCV) et de directivité de récepteurs à qualifier. -Mesure des coefficients de réflexion et de transmission de panneaux acoustiques (Méthodes par insertion, 3 points et 5 points)
Uncertainty-Based Scale Identification and Process–Topography Interaction Analysis via Bootstrap: Application to Grit Blasting
No full textInternational audienceFinding the relevant scale to observe the influence of a process is one of the most important purposes of multiscale surface characterization. This study investigates various methods to determine a pertinent scale for evaluating the relationship between the relative area and grit blasting pressure. Several media types were tested alongside two different methods for calculating the relative area and three bootstrapping approaches for scale determination through regression. Comparison with the existing literature highlights innovations in roughness parameter characterization, particularly the advantages of relative area over traditional parameters like Sa. This study also discusses the relevance of different media types in influencing surface topography. Additionally, insights from a similar study on the multiscale Sdq parameter and blasting pressure correlation are integrated, emphasizing a scale relevance akin to our Sdr method’s 120 µm cut-off length. Overall, our findings suggest a pertinent scale of 10,000 µm2 for the Patchwork method and a 120 µm cut-off length for the Sdr method, derived from bootstrapping on residual regression across all media. At the relevant scale, every value of R2 inferior to 0.83 is not significant with the threshold of 5% for the two methods of calculation of the relative area. This study enhances the understanding of how media types and blasting pressures impact surface topography, offering insights for refining material processing and surface treatment strategies
Status and progress of GaN-based millimeter-wave transistors and vertical GaN-on-silicon devices at IEMN
No full textInternational audienceRecent advancements in GaN-based millimeter-wave transistors and vertical GaN-on-silicon devices are driving the evolution of next-generation RF and power electronic technologies. At the forefront of this progress is the strategic use of epilayer engineering in aggressively scaled GaN HEMTs, which enables enhanced efficiency, robustness, and power density at millimeter-wave frequencies. However, state-of-the-art GaN HEMTs still face key challenges, including suboptimal efficiency in the Ka-band and beyond (<50%), increased trapping effects, diminished electron confinement, and reliability concerns in deeply scaled (<150 nm) devices operating at high power densities (>3 W/mm). This seminar will present innovative solutions based on advanced epitaxial heterostructures that significantly improve device performance and reliability. In parallel, the development of fully vertical GaN devices on large-diameter silicon substrates addresses longstanding issues such as the thermal mismatch between GaN and Si. By employing localized substrate removal techniques alongside optimized epitaxy and processing, recent breakthroughs include the demonstration of 1200 V-class vertical GaN pn diodes with avalanche capability, low on-resistance, and high current handling.Together, these technological advances mark a critical step forward in realizing the full potential of GaN for high-performance RF and power electronics, and position GaN-based platforms as key enablers of future energy and communication systems
Fault-tolerant dynamic output feedback control of LPV systems via fault hiding
No full textInternational audienceThis paper deals with the fault-tolerant dynamic output feedback (DOF) control of linear parameter-varying (LPV) systems via reconfiguration blocks. The main contributions of this work are twofold. The first one is the proposal of an enhanced condition for performing a DOF control design for LPV systems. The second one is the design of a reconfiguration block that is inserted between the faulty plant and the nominal DOF controller to ensure the stability of the closed-loop system in the presence of both sensor and actuator faults. Thus, the fault-tolerant control problem is addressed using a fault-hiding approach
Optimization of explicit RKN schemes to minimize spurious reflections from shock wave propagation on non-uniform grids
No full textThe propagation of shock waves on non-uniform grids appears, for example, in some impact problems of the fast dynamics type, where a finer mesh can typically be employed in regions of interest, leading to mesh ratios that can range from 10 to 20 or even more. Unfortunately, unwanted spurious reflections occur for this type of problem using (standard) explicit FE software. An optimized explicit time integration scheme is therefore built to minimize spurious wave reflections for shock wave propagation on non-uniform grids. Specifically, we consider RKN (Runge-Kutta-Nyström) time integration methods and optimize a parameter appearing in the RKN3 and RKN4 schemes by minimizing thestrain error that occurs when a shock wave passes through the mesh break. The effectiveness of the proposed approach is highlighted using some discrete indicators in a one-dimensional academic test case. Moreover, our method is compared to Hulbert and Chung’s and Noh and Bathe’s time-integration schemes using a two-dimensional test case of the literature. All schemes exhibited merits in mitigating spurious reflections of shock waves propagating on non-uniform grids. However, the proposed optimized RKN3 was the most efficient one
Méthode de champ de phase en schéma explicite
No full textInternational audienceLa prévision fiable de l’apparition et de la propagation des fissures est cruciale pour la durabilité des structures, notamment celles en matériaux élastiques et viscoélastiques. Leur sensibilité à la fissuration sous charges quasi-statiques ou dynamiques nécessite des modèles avancés. Dans cette étude, nous avons utilisé la méthode du champ de phase (PFM) pour modéliser la rupture fragile. Contrairement aux approches traditionnelles, la PFM décrit les fissures via une variable d’endommagement continue, évitant ainsi le remaillage et s’adaptant naturellement aux trajectoires complexes. Nous avons adopté un schéma temporel explicite, couplé aux routines VUEL et VUMAT dans ABAQUS/Explicit, et basé sur une minimisation alternée de l’énergie totale. Quatre formulations (isotrope, déviatorique, anisotrope, hybride) ont été testées sur un essai de cisaillement. La formulation hybride s’est révélée la plus précise et la plus efficace numériquement. Enfin, des essais TDCB sur du PMMA ont validé les prédictions du modèle
Impact de la transformée de Keystone sur la détection de cibles radar
No full textInternational audienceLa transformée de Keystone (KT) est une méthode utilisée pour corriger la migration distance des cibles en mouvement sans connaissance a priori de leur vitesse. Cette méthode repose sur une transformation temporelle via l'interpolation de la compression d'impulsions dans le domaine spectral. L'article montre que l'interpolation modifie la distribution de bruit et entraîne une variation de sa variance. Une expression théorique de cette nouvelle variance est proposée, en accord avec les simulations. Ne pas considérer cette variation dans l'algorithme de détection des cibles peut dégrader la performance de détection, étant donné que la distribution de bruit n'est pas uniforme sur la carte distance-Doppler à la sortie de la KT
Theoretical Investigation of the Influence of Temperature and Indium Composition on Intersubband Absorption in InGaN/GaN QW
No full textInternational audienceThe optical and structural properties of a Zinc Blende (ZB) InGaN single quantum well (QWs) grown on a GaN barriers have been analyzed theoretically, considering different indium (In) amounts and temperature (T) levels. To achieve this, the concentration of indium was varied from 0% to 40%. The eigenvalues and eigenfunctions corresponding to this configuration were found by numerically solving the Schrödinger equation. Both of these factors play a crucial role in affecting various properties of the InGaN/GaN structure, including the band gap energy (Eg) and the absorption coefficient (α) related to the intersubband transitions (ISBT). These findings indicate that the InxGa1-xN/GaN structure has the potential to facilitate the development of innovative devices based on ISBT, opening new avenues for Mid-IR technology
On a general degenerate non-autonomous parabolic equation in non-divergence form with Dirichlet or Robin boundary conditions
No full textIn this paper, we consider a non-autonomous degenerate parabolic equation in non-divergence form with Dirichlet or Robin boundary conditions. Moving beyond the restrictive case of separable coefficients, we address the general case of a diffusion coefficient a(t, x) that degenerates in space and depends arbitrarily on time. We consider two types of degeneracy, weak and strong, extending the definitions from the autonomous case given in [3], [10] or [11]. We study the well-posedness of this general non-autonomous degenerate problem and establish its null-controllability via new Carleman estimates devised for the associated non-homogeneous adjoint problem
Guides d’onde à base de GaAs à basse température : vers un modulateur électro-optique intégré pour le moyen infrarouge
No full textFast amplitude and phase modulation are essential for a number of applications, including laser amplitude/frequency stabilization, coherent detection, FM/AM spectroscopy and gas sensing, mode-locking, optical communications, military countermeasures, etc.Despite recent encouraging results, in the mid-infrared range (MIR, ~ 3-12 μm), modulators remain largely underdeveloped, which hampers the progress of MIR photonics. So far, in this spectral region, the only commercially available devices are (i) bulky Ge acousto-optic modulators with narrow (~1MHz) modulation bandwidths, up to ~100MHz modulation frequency; (ii) narrow band (~100kHz) resonant electro-optic phase modulators based on bulk GaAs and CdTe with frequencies up to ~20GHz.In thesis I studied experimentally the possibility to realize a broadband (~1-40GHz) MIR electro-optic modulator based on GaAs. The aim is to demonstrate the feasibility of a fully integrated device compatible with the MIR photonic platforms that are currently under development. The proposed device is a travelling-wave modulator exploiting a MIR waveguide composed of a GaAs core, and lattice-matched Al0.52In0.48P as low-index cladding layer for vertical confinement. This waveguide is embedded in a microwave transmission line for the propagation of the modulating signal.In the first part of the Thesis, through FDTD/HFSS simulations, I investigate and optimize two modulator designs based respectively on a microstrip and a coplanar microwave line. The main goal of this study is to find a geometry that minimizes the distance between the metallic electrodes of the microwave -line, while keeping reasonably low MIR ohmic losses (~<2dB/cm). In this way we maximize the electro-optic phase-retardation for a given applied voltage. To allow the application of the highest possible voltages, for the waveguide core we chose GaAs grown at low temperature, thanks to its high resistivity, ~ 6 orders of magnitude higher than MBE-grown GaAs, and to its high breakdown field > 100÷200kV/cm.In the second part of the Thesis I have characterized experimentally the fabricated MIR waveguides by setting up a dedicated optical bench based on a single-mode quantum cascade laser, allowing to measure, in transmission geometry, the amplitude of the Fabry-Perot oscillations vs wavelength around 8.3 μm. With this setup I have carried out a systematic study of the MIR propagation losses as a function of the waveguide dimensions and electrodes configuration, showing, to my knowledge for the first time, that low-temperature GaAs (LT-GaAs) is not only suitable to fabricate MIR waveguides but allows also reaching state-of-the art propagation losses below 1dB/cm. My study also shows the crucial role played by the sidewall roughness in determining the propagation losses. The waveguides are grown by MBE on a semi-insulating GaAs substrate and rely on a partially etched LT-GaAs core on top of a 7 μm-thick, lattice matched Al0.52In0.48P layer to reduce radiation losses. Using this waveguide, in the final part of the thesis I present the first attempt to characterize a modulator based on a coplanar microwave line.La modulation rapide d'amplitude et de phase est essentielle pour de nombreuses applications, notamment la stabilisation d'amplitude/fréquence laser, la détection cohérente, la spectroscopie FM/AM et la détection de gaz, le verrouillage de modes, les communications optiques, les contre-mesures militaires, etc.Malgré de récents résultats encourageants, dans la gamme du moyen infrarouge (MIR, ~ 3-12 μm), les modulateurs restent largement sous-développés, ce qui freine les progrès de la photonique MIR. Jusqu'à présent, dans cette gamme spectrale, les seuls dispositifs disponibles dans le commerce sont (i) des modulateurs acousto-optiques en Ge bulk avec des bandes passantes de modulation étroites (~1 MHz) et pouvant atteindre des fréquences de modulation de ~100 MHz ; (ii) des modulateurs de phase électro-optiques résonants à bande étroite (~100 kHz), à base de GaAs et de CdTe bulk avec des fréquences pouvant atteindre ~20 GHz.Dans le cadre de ma thèse, j'ai étudié expérimentalement la possibilité de réaliser un modulateur électro-optique MIR large bande (~1-40 GHz) basé sur GaAs. L'objectif est de démontrer la faisabilité d'un dispositif entièrement intégré, compatible avec les plateformes photoniques MIR actuellement en cours de développement. Le dispositif proposé est un modulateur à ondes progressives basé sur un guide d'onde MIR composé d'un cœur en GaAs et de couches de confinement de Al0.52In0.48P en accord de maille pour le confinement vertical. Ce guide d'onde est intégré dans une ligne de transmission micro-onde pour la propagation du signal de modulation.Dans la première partie de la thèse, par simulation FDTD/HFSS j'étudie et optimise (dans la gamme ~ 8-10 μm) deux modulateurs basés respectivement sur une ligne micro-onde microruban et une ligne coplanaire. L'objectif principal de cette étude est d’aboutir à une géométrie permettant de minimiser la distance entre les électrodes métalliques de la ligne de transmission, tout en maintenant des pertes ohmiques MIR raisonnables (~< 2dB/cm). De cette manière, on maximise le retard de phase électro-optique pour une tension appliquée donnée. Afin de permettre l’utilisation de tensions élevées, pour le cœur du guide d'onde nous avons choisi du GaAs obtenu par croissance à basse température, qui présente une résistivité d’environ 6 ordres de grandeur supérieure à celle du GaAs épitaxial, ainsi que des champs de claquage > 100÷200kV/cm.Dans la deuxième partie de la thèse, j’ai caractérisé expérimentalement les guides d'ondes MIR fabriqués. Pour ce faire j’ai mis en place un banc optique basé sur un laser à cascade quantique monomode, permettant de mesurer, en transmission, l'amplitude des oscillations Fabry-Pérot autour de 8,3 μm de longueur d’onde. Avec ce banc, j'ai mené une étude systématique des pertes de propagation MIR en fonction des dimensions du guide d'onde et de la configuration des électrodes, démontrant, à ma connaissance pour la première fois, que le GaAs basse température (GaAs-BT) est non seulement adapté à la fabrication de guides d'onde MIR, mais permet également d'atteindre des pertes de propagation à l‘état de l’art, avec des valeurs inférieures à 1 dB/cm. Mon étude met également en évidence le rôle crucial de la rugosité des parois latérales dans la détermination des pertes de propagation. Les guides d'onde sont obtenus par MBE sur un substrat de GaAs semi-isolant et reposent sur un cœur de GaAs-BT partiellement gravé, situé au-dessus d’une couche de Al0.52In0.48P de 7 μm d'épaisseur, afin de réduire les pertes par rayonnement. En utilisant ce guide d'onde, je présente, dans la dernière partie de la thèse, la première tentative de caractérisation d'un modulateur basé sur une ligne micro-onde coplanaire