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RÉSUMÉ
La spectroscopie impulsionnelle apporte une quantité d'informations considérables sur les systèmes physico-chimiques : indice de réfraction, absorption, temps de relaxation. S'agissant de la spectroscopie aux longueurs d'ondes térahertz (1 THz = 1012 Hz), il est possible de mesurer directement le champ électrique de l'impulsion et donc son spectre en amplitude et en phase. Ainsi, la réponse diélectrique complète peut en être extraite. À relativement court terme, en combinant imagerie et spectroscopie large bande, les ondes térahertz pourraient trouver des applications innovantes. Cet article réalise un état de l'art de différentes techniques de spectroscopie térahertz.
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Jean-Christophe DELAGNES : Maître de Conférences au Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne (CPMOH UMR 5798) à Talence (33).
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Patrick MOUNAIX : Chargé de Recherche CNRS au Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne (CPMOH UMR 5798) à Talence (33).
INTRODUCTION
Résumé : La spectroscopie impulsionnelle apporte une quantité d'informations considérable sur les sytèmes physico-chimiques : indice de réfraction, absorption, temps de relaxation. S'agissant de la spectroscopie aux longueurs d'ondes térahertz (1 THz = 1012 Hz), il est possible de mesurer directement le champ électrique de l'impulsion et donc son spectre en amplitude et en phase. On peut extraire ainsi la réponse diélectrique complète. À relativement court terme, en combinant imagerie et spectroscopie large bande, les ondes térahertz pourraient ainsi trouver des applications innovantes.
Abstract: Time domain and Time dependent spectroscopy are powerful tools for physical and chemical analysis. It gives access to numerous information such as refractive index, absorption, relaxation time. In the terahertz range (1 THz = 1012 Hz), the spectroscopy has a key advantage since it is possible to directly measure the electric field of the pulse, and thus the spectrum in amplitude and phase. In relatively short term, by combining gimaging and broadband spectroscopy, the terahertz waves could find innovative applications…
Mots-clés : Térahertz, Spectroscopie, Pompe-Sonde, Femtoseconde Picoseconde, Réponse transitoire
Keywords: Terahertz, Spectroscopy, Pump-Probe, Femtosecond Picosecond, Transient response
Domaine : Techniques d'analyse et spectroscopie
Degré de diffusion de la technologie : Émergence / Croissance / Maturité
Technologies impliquées : Optique, électronique, optronique, traitement du signal
Domaines d'application : Biologie, environnement, sécurité
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité : Pôle de compétitivité Route des Lasers™ (Aquitaine)
Centres de compétence : Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne CPMOH (CNRS), Centre technologique Alphanov, ARMIR (Association pour le Rayonnement, les Mesures et l'Imagerie Rapide), qui comprend un club « Téranaute » formé par une dizaine de laboratoires universitaires, grands organismes et industriels travaillant dans le domaine des ondes térahertz. GDR Européen TERAHERTZ « Détecteurs et Émetteurs de Radiations Térahertz à Semi-conducteurs » (GDR CNRS 2897). Ce GDR fédère les collaborations entre une vingtaine de laboratoires européens travaillant dans le domaine des composants à semi-conducteurs pour la technologie des ondes THz.
Exemples d'acteurs dans le monde : Nikon, Picometrix, Toptica Photonics, GigaOptics
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Sources térahertz
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1. Contexte
Depuis de nombreuses années maintenant, la production et la détection de rayonnement térahertz (THz) suscitent un engouement, tant au niveau de la recherche académique qu'au niveau du milieu industriel. L'imagerie, le contrôle non destructif (CND) et la détection d'explosifs sont des applications particulières autour des ondes THz qui ont le plus marqué l'actualité scientifique. Outre les techniques de production et de détection de rayonnement THz cohérent, les méthodes d'extraction des spectres (statiques ou dynamiques) constituent un volet important du savoir-faire propre à ce domaine de fréquence particulier.
Le rayonnement THz cohérent fait référence soit à un rayonnement monochromatique de grande pureté spectrale, soit à une impulsion THz dont les différentes composantes spectrales ont une relation de phase bien déterminée qui conditionne la forme temporelle de l'impulsion. C'est cette dénomination que l'on utilise généralement, par opposition au rayonnement incohérent d'une source telle que le corps noir.
Nous nous proposons ici de faire un point sur l'état de l'art de différentes techniques qui interviennent dans la spectroscopie THz. Nous abordons dans une première partie les différentes sources et détecteurs THz ainsi que leurs paramètres et caractéristiques pertinents en spectroscopie. Nous détaillons ensuite quelques spectromètres THz ainsi que des méthodes ou des techniques de spectroscopie à l'équilibre. Dans une dernière partie, nous présentons les méthodes de spectroscopie hors équilibre du type pompe optique – sonde THz.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AUSTON (DH) - * - Appl. Phys. Lett, 713, 1983
-
(2) - EISELE (H.) - Active two terminal devices for terahertz power generation bymultiplication, Terahertz sources and systems. - Nato sci. series, Kluwers Acad. Publi., pp. 69-86, (2001)
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(3) - FAIST (J.), CAPASSO (F.), SIVCO (D. L.), SIRTORI C. , HUTCHINSON A.L., and. CHO. (Y.A.) - * - Science 22 Vol. 264. no. 5158, pp. 553 (avril 1994).
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(4) - DUVILLARET (L.), GARET (F.), ROUX (J.-F.), COUTAZ (J.-L.) - Analytical modelling and optimization of terahertz time-domain spectroscopy experiments using photoswitches as antennae - I. EEE J. Sel. Topics in Quant. Electron. 7, 615-623 (2001).
-
(5) - DANTEN (Y.), BESNARD (M.), DELAGNES (J.C.) and MOUNAIX (P.) - Far infrared absorption and terahertz time domain spectroscopy of liquid CS2 : experiments and molecular dynamics simulation. - APL 92 214102 (2008).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Spectro-imagerie térahertz
ANNEXES
http://www.armir.fr : Téranaute
http://www.alphanov.fr : Imagerie térahertz
Le site de Pr. P. Kuzel : http://www.fzu.cz/departments/dielectrics/groups/lts/
Le site du Pr. D. Mittelman : http://www-ece.rice.edu/~daniel/Mittleman. html
Ainsi que la page du site précédent http://www-ece.rice.edu/~daniel/groups. html qui contient les liens vers de très nombreux groupes de recherche THz
HAUT DE PAGE
La spin-off « Zomega Terahertz Corporation » http://www.zomega-terahertz.com/index.html issue des recherches conduites par le Dr. X.-C. Zhang.
http://www.teraview.com/terahertz/id/22
http://www.toptica.com/page/applications_terahertz_thz_imaging. php
http://www.picometrix.com/pico_products/terahertz_tr4000.asp
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