Bibliographie & annexes
Quiz & test
Présentation
RÉSUMÉ
Un résumé de la science des ondes électromagnétiques térahertz est ici exposé, complété par un état de l'art de la technologie et des applications de cette science. Les fréquences du domaine térahertz s’étendent typiquement de 0,1 à 1 THz, c’est-à-dire correspondant à des longueurs d’onde millimétriques/submillimétriques : les ondes THz s’intercalent donc dans le spectre électromagnétique entre l’infrarouge et les micro-ondes. Les principes de base de l'électromagnétisme aux fréquences térahertz sont rappelés, et la plupart des composants et systèmes térahertz sont décrits, depuis les dispositifs électroniques jusqu'aux grands instruments, en passant par l'optoélectronique.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
This article gives an overview of the science and technology involving terahertz electromagnetic waves, as well as the related applications. The terahertz domain is located in the electromagnetic spectrum between the infrared and microwaves regions. It corresponds to frequencies in between 0.1 and 10 THz, i.e. to millimeter and sub-millimeter wavelengths. Basic principles of terahertz electromagnetism are summarized and most of the devices and systems are shortly described, from electronic components and optoelectronic systems up to large facilities.
Auteur(s)
-
Frédéric GARET : Professeur - IMEP-LAHC, CNRS UMR 5130, Université Savoie Mont Blanc, Chambéry, France
-
Jean-Louis COUTAZ : Professeur émérite - IMEP-LAHC, CNRS UMR 5130, Université Savoie Mont Blanc, Chambéry, France
INTRODUCTION
Les ondes électromagnétiques (EM) térahertz (THz) correspondent au domaine spectral situé entre l’infrarouge lointain et les hyperfréquences. Bien qu’exploré depuis les travaux initiaux de Rubens au début du XXe siècle, les difficultés techniques ont longtemps freiné les études et le développement technologique à ces fréquences. Cela peut s’expliquer simplement par des raisons physiques. Dans les domaines optique et infrarouge, l’onde électromagnétique incidente induit des dipôles moléculaires dans la matière (courant de déplacement), et l’on traduit la réponse électromagnétique de la matière par les notions de permittivité et donc d’indice de réfraction. La détection des ondes se réalise par absorption et en particulier par photogénération de porteurs. Dans le domaine hyperfréquence, la réponse électromagnétique prépondérante est celle des électrons libres (courant de conduction) et nombre de dispositifs sont métalliques pour faciliter l’écoulement de ces courants de conduction. Par exemple, l’onde est détectée grâce aux courants induits dans des antennes. Dans le domaine térahertz, courants de conduction et de déplacement sont du même ordre de grandeur, et les techniques optiques et hyperfréquences perdent en efficacité. Ainsi, les sources de rayonnement térahertz sont moins puissantes, compactes ou faciles à utiliser que les sources optiques et hyperfréquences. De même, la détection térahertz est rendue difficile par la faible énergie des photons térahertz, qui est typiquement 5 à 10 fois plus faible que l’énergie thermique à température ambiante. Enfin, l’atmosphère terrestre (au niveau de la mer et dans des conditions normales : 20 °C, 50 % d’humidité) est peu transparente au-delà de 1 térahertz : atténuation supérieure à 1 dB/m, avec de nombreux pics de forte absorption (de l’ordre de 20 dB/m) dus aux résonances de la vapeur d’eau. Néanmoins, l’étude du domaine térahertz a été relancée et facilitée à la fin des années 1980 grâce à l’émergence de nouvelles techniques et technologies, tout d’abord optoélectroniques, puis basées sur la montée en fréquence des composants électroniques ou le développement de nouveaux composants nanométriques. Cet effort de recherche est stimulé, au-delà de la recherche académique, par les nombreuses applications entrevues.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
optoelectronics | electro-optique detection | heterodyne systems | bolometer
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2014 par Frédéric GARET, Jean-Louis COUTAZ
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Mesures - Analyses > Techniques d'analyse > Spectrométrie atomique et spectrométrie moléculaire > Ondes électromagnétiques térahertz - Principes et techniques > Physique des ondes térahertz
Accueil > Ressources documentaires > Sciences fondamentales > Physique Chimie > Optique physique > Ondes électromagnétiques térahertz - Principes et techniques > Physique des ondes térahertz
Cet article fait partie de l’offre
Électronique
(242 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Techniques1. Physique des ondes térahertz
1.1 Ondes électromagnétiques térahertz
Il est maintenant accepté, par l’ensemble de la communauté scientifique, que le domaine des ondes électromagnétiques térahertz s’étend typiquement entre les fréquences 0,1 et 10 THz. Rappelons les définitions de l’énergie E d’un photon et les relations résultantes entre fréquence ν et longueur d’onde λ :
( 1 )
où h ≈ 6,6 × 10–34 J · s (constante de Planck), c ≈ 3 × 108 m/s (célérité de la lumière dans le vide) et ω est la pulsation de l’onde (encore nommée fréquence angulaire). On peut caractériser le rayonnement en termes de température équivalente T, puisque l’énergie thermique est égale à k B T, où k B ≈ 1,38 × 10–23 J/K est la constante de Boltzmann. La figure 1 résume la position du domaine térahertz dans le spectre électromagnétique suivant les différentes unités employées (le nombre d’onde, souvent employé en spectroscopie, est simplement l’inverse de la longueur d’onde exprimée en cm ; l’électronvolt (eV) est l’énergie d’un électron accéléré par une différence de potentiel d’un volt, c’est-à-dire 1,6 × 10–19 J). Le domaine térahertz est donc compris entre l’optique (infrarouge lointain) et les hyperfréquences (ondes millimétriques).
HAUT DE PAGE1.2 Interaction ondes térahertz - matière
La figure 1 nous indique que l’énergie des photons térahertz est de l’ordre du milliélectronvolt. C’est une énergie très faible, environ 1 000 fois plus petite que celle des transitions...
L'expertise technique et scientifique de référence
TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :
Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.
Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.
de Techniques de l’Ingénieur ! Acheter le module
Cet article fait partie de l’offre
Électronique
(242 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Physique des ondes térahertz
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GU (J.), HAN (J.), TIAN (Z.T.), OUYANG (C.), MINGXIA (H.E.), ZHANG (W.) - Metamaterials : paving the way for terahertz technology. – - Terahertz Science and Technology, no 6, p. 66 (2013).
-
(2) - WITHAYACHUMNANKUL (W), ABBOTT (D.) - Metamaterials in the Terahertz Regime. – - IEEE Photonic Journal, no 1, p. 99-118 (2009).
-
(3) - ROGALSKI (A.), SIZOV (F.) - Terahertz detectors and focal plane arrays. – - Opto-Electronics Review, no 19, p. 346-404 (2011).
-
(4) - WU (Q.), ZHANG (X.-C.) - Ultrafast electro-optic field sensors. - - Appl. Phys. Lett., no 68, p. 1604 (1996).
-
(5) - HAN (P.Y.), ZHANG (X.-C.) - Coherent, broadband midinfrared terahertz beam sensors. – - Appl. Phys. Lett., no 73, p. 3050 (1998).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Liste des FEL (Free Electron Laser)
http://sbfel3.ucsb.edu/www/vl_fel.html
Société GCM
Labex FOCUS (Focal Plane Arrays for Universe Sensing)
http://www.ipag.osug.fr/Focus-Labex
HAUT DE PAGE
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Électronique
(242 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Électronique
(242 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
