Sources térahertz

Des impulsions laser femtosecondes opérant à des longueurs d’onde différentes sont focalisées dans un gaz pour produire un plasma excitant un rayonnement térahertz (Thz) par conversion de fréquence.

Initialement étudié en astronomie, le domaine térahertz (THz) s'est ouvert à d'autres champs de recherche grâce aux progrès récents en photonique et en nanotechnologie. Dans le domaine de la sécurité par exemple, une analyse spectrale THz permet de distinguer des substances illégales ou des explosifs d'autres éléments semblant identiques à l'œil nu ou par photographie infrarouge [1]. Les ondes de fréquence THz ayant la propriété de se propager à travers les emballages, des éléments illicites ou pathogènes peuvent être détectés directement sans ouvrir les contenants. Le rayonnement THz est localisé dans la plage de fréquences entre 100 GHz et 30 THz. Parmi les sources THz classiques, on trouve les lasers à cascade quantique, les matériaux photoconducteurs et les générateurs exploitant des non-linéarités optiques [2].

Génération THz par des impulsions laser ultracourtes

Outre les techniques précédentes, des sources THz peuvent être générées par le couplage de deux impulsions femtosecondes de fréquences w0 (fondamental) et 2w0 (harmonique deux). En géométrie fortement focalisée, celles-ci produisent un plasma qui donne naissance à des impulsions dont la fréquence est une combinaison des deux premières, c’est-à-dire non seulement 2w0+w0 et 2w0 -w0, mais aussi une différence de fréquence (~w0-w0) proche de zéro. Cette fréquence résiduelle est à l'origine du rayonnement THz.
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Une impulsion laser de 40 fs à 800 nm est doublée en fréquence par un cristal BBO, produisant environ 10% d’harmonique deux. L’ensemble des deux composantes (800nm+400nm) est ensuite focalisé sur quelques cm dans un gaz d’argon à pression variable. Le rayonnement THz est collecté par un miroir parabolique et analysé par interférométrie Michelson.
( source : CEA )