Lasers ultrarapides pour la génération de térahertz

Introduction

Les lasers femtoseconde offrent de nombreuses possibilités, influençant les progrès dans les domaines scientifique, médical et industriel. Actuellement, une large gamme de produits laser ultrarapides est disponible, émettant à différentes longueurs d'onde dans le proche infrarouge et le visible. Ces dernières années, nous avons assisté à l'émergence de plusieurs alternatives aux lasers ultrarapides vieillissants, complexes, coûteux et souvent peu fiables des acteurs établis. Dans cette note d'application, nous expliquons comment choisir une source laser qui réponde au mieux aux besoins et aux exigences de la génération THz.

Technologies THz

Le rayonnement THz possède des propriétés uniques, comme la capacité de pénétrer dans divers matériaux non conducteurs tels que les plastiques, les tissus et les tissus biologiques, sans provoquer d'ionisation. Les ondes THz sont donc utiles pour la détection d'armes et d'explosifs cachés et pour les essais non destructifs (inspection de matériaux sans les endommager). En spectroscopie, le THz peut identifier des signatures moléculaires, ce qui le rend utile pour l'analyse chimique, la recherche biologique et le contrôle de la qualité des produits pharmaceutiques. Dans les sciences de la vie, le rayonnement THz non ionisant permet d'obtenir des images des tissus à haute résolution, ce qui facilite le diagnostic médical sans les risques associés aux rayons X. 

Génération THz

Au cours des vingt dernières années, les applications THz ont suscité un intérêt croissant, ce qui a entraîné une recherche permanente de sources de rayonnement THz plus lumineuses et plus efficaces. Le succès du déploiement des technologies THz dépend fortement de la disponibilité de sources THz compactes, efficaces et abordables. Pour parvenir à une génération THz efficace, des lasers femtoseconde à haute performance sont nécessaires, comme nous le verrons dans la section suivante.

Lasers femtoseconde pour la génération de THz

Les lasers femtoseconde sont des outils essentiels pour générer des rayonnements THz en raison de leur capacité à produire des impulsions extrêmement courtes et de haute intensité. Lors de la sélection d'un laser femtoseconde pour la génération de THz, des critères laser importants doivent être examinés attentivement pour obtenir une génération THz efficace :

Puissance crête élevée

La durée extrêmement courte des impulsions femtosecondes permet d'obtenir des puissances crête très élevées, qui sont essentielles pour les processus non linéaires tels que la rectification optique et la génération de plasma.

Émission à large bande

La courte durée de l'impulsion correspond à une large bande spectrale, ce qui permet de générer un rayonnement THz à large bande.

Coût

Le déploiement à grande échelle de la technologie THz nécessitera des sources THz abordables. Pour y parvenir, les lasers femtoseconde rentables sont de la plus haute importance. Bien que des lasers femtoseconde compacts soient devenus disponibles ces dernières années, ces lasers ne répondent toujours pas aux exigences des applications en termes de puissance crête et de rentabilité.

La série indie VINCI de lasers à fibre fs se caractérise par une combinaison unique de durée d'impulsion très courte (50 fs typiques) et de puissance crête élevée approchant 1 MW. indie VINCI-1064 se présente dans un format compact et abordable, ce qui en fait un candidat de choix pour le déploiement à grande échelle de la technologie THz. 

Résultats expérimentaux

Plusieurs méthodes sont utilisées pour générer un rayonnement THz à l'aide de lasers femtosecondes, notamment les antennes photoconductrices, la rectification optique ou la génération de plasma. Récemment, la rectification optique avec des cristaux optiques non linéaires tels que le ZnTe ou le GaP a été utilisée avec succès. Comme le montre la figure 1, le nouveau laser femtoseconde d'indie a été utilisé pour générer un rayonnement THz avec des cristaux de GaP. Deux types de cristaux ont été utilisés : 1) une fenêtre Gap de 1 mm d'épaisseur et 2) une fenêtre GaP de 1 mm d'épaisseur avec un réseau de phase gravé sur sa surface. Le rayonnement THz a été mesuré à l'aide d'un spectromètre à résolution temporelle.

Comme le montre la figure 2 ci-dessous, de courtes impulsions THz ont été obtenues, ce qui a permis d'obtenir un spectre THz très large dans le domaine des fréquences pour les deux types de cristaux utilisés dans l'expérience.

Un résumé de tous les résultats expérimentaux est présenté dans le tableau 1 ci-dessous.

Comme le montrent les résultats expérimentaux ci-dessus, le VINCI-1064 d'indie présente des avantages uniques pour la spectroscopie THz dans le domaine temporel :

• Champ de crête et puissance moyenne THz élevés
• Génération de THz sur un spectre extrêmement large (plusieurs THz)
• Rapport signal/bruit élevé
• Gamme dynamique élevée

La puissance crête élevée et le large spectre d'émission de VINCI-1064 en font un candidat de choix pour la génération de THz dans les applications de spectroscopie THz dans le domaine temporel.

Conclusion

Le rayonnement térahertz possède des propriétés uniques, telles que la capacité de pénétrer divers matériaux non conducteurs comme les plastiques, les tissus et les tissus biologiques, sans provoquer d'ionisation. Le succès du déploiement des technologies THz dépend fortement de la disponibilité de sources THz compactes, efficaces et abordables. Les lasers à fibre fs de la série indie VINCI présentent une combinaison unique de durée d'impulsion très courte (50 fs typiques) et de puissance crête élevée approchant 1 MW. La robustesse et la rentabilité de la technologie VINCI-1064 en font un candidat idéal pour le déploiement à grande échelle de la technologie THz.

^{Note : Les résultats expérimentaux sont une gracieuseté de Jean-Michel Ménard du groupe de spectroscopie THz ultrarapide de l'Université d'Ottawa.}

Applications THz

• Vérification du courrier
• Spectroscopie
• Contrôle de la qualité
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