Caractérisation optoélectronique large bande de la réponse spectrale de détecteurs d'ondes Térahertz

par Jonathan Oden

Thèse de doctorat en Optique et radiofréquence

Sous la direction de Jean-François Roux.

Le président du jury était Sylvain Bollaert.

Le jury était composé de Jean-Louis Coutaz, Frédéric Teppe.

Les rapporteurs étaient Emmanuel Abraham, Alain Maestrini.


  • Résumé

    Les ondes térahertz sont à l'origine de nombreuses applications, notamment dans les domaines de la sécurité (portiques d'aéroports), de la médecine (étude des interactions ondes-molécules), et des télécommunications sans fils à très haut débit. Pour toutes ces applications, les détecteurs de puissance sont d'un grand intérêt puisqu'ils intègrent l'intensité de la radiation incidente. Cette caractéristique leur permet d'enregistrer des signaux sans avoir recours à une activation hétérodyne, contrairement aux détecteurs de champ térahertz. L'objectif de ce travail de thèse est de réaliser la caractérisation de la réponse spectrale de détecteurs de puissance térahertz, principalement dédiés à l'intégration des dispositifs de télécommunications sans fils. Pour cela, nous avons élaboré une expérience impulsionnelle large bande construite autour d'un laser femtoseconde (amplifié ou non), d'un émetteur térahertz (photocommutateur ou cristal non-linéaire) ainsi que d'un interféromètre à deux ondes (Michelson). Dans un premier temps, nous décrivons le fonctionnement de l'expérience et déterminons ses limites au travers d'une étude paramétrique. Plusieurs configurations, choisies en fonction des lasers utilisés, sont sélectionnées afin d'obtenir les meilleures performances possibles. La méthode de caractérisation des détecteurs de puissance est ensuite démontrée et validée expérimentalement. Enfin, nous profitons de la polyvalence du banc pour montrer, d'une part, la possibilité de réaliser la caractérisation spatiale et spectrale d'un faisceau térahertz en une unique mesure résolue temporellement ; et d'autre part, la caractérisation de l'indice de réfraction et de l'absorption d'un milieu faiblement absorbant.

  • Titre traduit

    Wide-band optoelectronic spectral characterisation of Terahertz detectors


  • Résumé

    Terahertz waves have led to a lot of applications, such as security, biology, and high speed wireless telecommunications. Moreover, power detectors are also very useful because they integrate the radiation intensity. This thesis focus on the characterisation of the spectral response of terahertz power detectors in order to integrate wireless communication devices. To that end, we designed an wide-band set-up made of a femtosecond laser, a terahertz emitter, and a two-wave Michelson interferometer. Firstly, we describe how the experiment works, and show its limits through a parametric study. Various configurations were considered, according to the used lasers, in order to obtain the best performances. We then show how to characterise the power detectors response, and validate the experimental results. Finally, thanks to the versatility of our set-up, we show that a unique measurement can give us both a spectral and a spatial beam characterisation at the same time. On the other hand, we also have access to the refractive index and the absorption of weakly absorbing media by the mean of spectroscopic methods.


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