Résumé :

Le domaine du Térahertz connaît depuis une vingtaine d’années un essor important. En effet, il présente un intérêt indéniable pour de multiples applications comme : caractérisation de biomolécules, vision à travers les vêtements et emballages, détection de produits dangereux, etc. Les progrès réalisés ces dernières années sur les sources et les détecteurs du rayonnement THz ont permis le développement de différentes techniques telles que l’imagerie ou la spectroscopie. La première peut être réalisée grâce à des systèmes fonctionnant dans la partie basse des fréquences Térahertz (quelques centaines de GHz) et basés sur des composants électroniques. La seconde s’appuie classiquement sur un laser et des éléments opto-électroniques. Elle est particulièrement intéressante lorsqu’elle est réalisée dans le domaine temporel car elle fournit une information spectrale large bande (zéro à quelques THz) sur les produits testés permettant ainsi une réelle caractérisation et identification de ceux-ci.

Les bancs de spectroscopie actuels utilisent différentes méthodes de génération du signal Térahertz comme par exemple le redressement optique ou les photocommutateurs à semi-conducteurs (antennes photoconductrices). L’ISL a retenu cette dernière technique. Les bancs de mesures nécessitent un alignement précis des optiques et notamment des lentilles servant à : (a) focaliser le faisceau laser sur les antennes photoconductrices et (b) améliorer la directivité du signal THz rayonné par ces dernières sur l’échantillon testé. L’objectif est de rendre le système plus robuste et fiable afin qu’il puisse être utilisé dans des conditions réelles plus difficiles que celles de l’environnement d’un laboratoire (au niveau de la température, des chocs, de la poussière…). Un dispositif moins sensible aux erreurs d’alignement et dont les performances seront optimisées, doit donc être développé.

Ceci passe notamment par l’amélioration des antennes photoconductrices, sujet de la thèse proposée. En effet, les photocommutateurs commercialisés reposent en général sur une structure de type ligne ruban ou en H (« Auston switch »), de type spirale ou bow-tie, présentant un rayonnement peu directif (nécessitant une lentille de focalisation pour éclairer une petite zone de l’échantillon) et dont le coulage avec le faisceau laser est délicat à mettre en œuvre (contraintes au niveau de l’alignement). Ce dernier devra donc être optimisé ainsi que le gain et la directivité de l’antenne. Une étude sur les possibilités d’augmenter la bande de fréquences couverte (actuellement 4 THz avec les structures de type ligne ruban, GaAs-BT) sera également réalisée. Dans un premier temps un modèle de simulation sera développé pour modéliser le comportement d’une antenne photoconductrice classique GaAs-BT à ligne ruban. Les résultats pourront être comparés à des données mesurées. L’influence des différents paramètres (géométrie, substrat, excitation) sera ensuite étudiée afin d’optimiser les performances de l’antenne. Cette dernière pourra alors être fabriquée et testée.

Financement envisagé : Bourse DGA

Début de la thèse : Octobre 2010, pour une durée de 3 ans

Collaborations extérieures : XLIM Limoges, Université de Freiburg (Allemagne), Université d’Adélaïde (Australie).