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RÉSUMÉ
Les ondes électromagnétiques térahertz suscitent la curiosité et l'engouement à la fois des scientifiques et des industriels, car elles permettent une analyse chimique de matériaux en surface et en volume. Complémentaire des technologies existantes, la spectro imagerie térahertz offre un potentiel applicatif important dans les domaines de la biologie, de la sécurité et de l'environnement, par exemple. Cet article rappelle les principes de base, les limites et les dernières évolutions de ce domaine en pleine émergence.
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-
Patrick MOUNAIX : Chargé de recherches CNRS au Centre de physique moléculaire optique et hertzienne (CPMOH UMR 5798) à Talence (33)
INTRODUCTION
Domaine : Techniques d'imagerie et d'analyse
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Optique, électronique, optronique, traitement d'image
Domaines d'application : Biologie, environnement, sécurité
Principaux acteurs français :
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 le club « Teranaute » ;
-
GDR Européen TÉRAHERTZ « Détecteurs et Émetteurs de Radiations Térahertz à Semi-conducteurs » (GDR CNRS 2897).
Industriels : la société I2S
Autres acteurs dans le monde : Nikon, Picometrix, Toptica Photonics, GigaOptics...
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4. Résultats expérimentaux
4.1 Procédure de formation des images
La base expérimentale pour imager un objet repose sur la nature de la source de rayonnement : bande spectrale générée large ou étroite, détection cohérente ou incohérente. Si la source est suffisamment puissante, des travaux ont montré la possibilité d'éclairer la totalité de l'objet avec le faisceau THz et de mettre en place un système de détection matriciel 2D (source laser amplifiée, source cascade, etc.). Dans notre exemple, nous privilégions l'emploi de sources conventionnelles larges bandes comme avec un système oscillateur laser femtoseconde. L'optique térahertz développée focalise à la limite de diffraction le faisceau. Ensuite, on déplace l'objet situé au col du faisceau, le « waist », et on reconstruit l'image pixel par pixel. Ainsi, nous possédons une quantité très importante d'informations ce qui permet d'ajuster un contraste pour mettre en évidence une caractéristique particulière d'un pixel (comme une absorption, un indice, etc.).
HAUT DE PAGE4.2 Analyse de données
Une fois que les données sont acquises, la tâche suivante est la construction d'une image. Un ensemble de données typique est reporté sur la figure 7. On y trouve le spectre complet généré c'est-à-dire le module et la phase pour des fréquences qui s'étendent entre 100 GHz jusqu'à plus de 4 THz, et l'allure de l'onde dans le domaine temporel ; le champ se compose de deux demi-lobes de champ électrique. Ces formes d'onde contiennent évidemment beaucoup d'informations : l'amplitude et la phase de l'impulsion THz transmise pour toutes les composantes spectrales (après FFT), le contraste en amplitude temporelle, le retard optique, etc. Typiquement, les images formées peuvent être constituées de différentes données pour mettre en relief des informations différentes de l'échantillon, pixel par pixel. Comme le balayage implique le mouvement mécanique de la source ou de l'échantillon, c'est donc un procédé gourmand en temps pour réaliser une image hyperspectrale : typiquement de quelques minutes à plusieurs heures, selon la taille de la cible, le nombre total de pixels et la résolution de fréquence requise.
Ainsi, une façon d'obtenir la résolution optimale...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MITTLEMAN (D.M.), JACOBSEN (R.H.), NUSS (M.C.) - T-ray imaging. - IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2, p. 679 (1996).
-
(2) - ABRAHAM (E.), YOUNUS (A.), EL FATIMY (A.), DELAGNES (J.C.), NGUÉMA (E.), MOUNAIX (P.) - Optics communications. - Vol. 282, Issue 15, p. 3104-3107, 1er août 2009.
-
(3) - EL FATIMY (A.), DELAGNES (J.C.), YOUNUS (A.), NGUÉMA (E.), TEPPE (F.), KNAP (W.), ABRAHAM (E.), MOUNAIX (P.) - Optics communications. - Vol. 282, Issue 15, p. 3055-3058, 1er août 2009.
-
(4) - FERGUSON (B.), WANG (S.), GRAY (D.), ABBOTT (D.), ZHANG (X.-C.) - Towards functionnal 3D T-ray imaging. - Physics in Medicine and Biology, 47, p. 3735-3742 (2002).
-
(5) - WU (Q.), HEWITT (T.D.), ZHANG (X.-C.) - Electro-optic imaging of térahertz beams. - Appl. Phys. Lett., 69, p. 1026 (1996).
-
(6) - MITTLEMAN...
ANNEXES
Teranaute http://www.armir.fr
Imagerie térahertz http://www.alphanov.fr
Laboratoires de recherche http://www.rpi.edu/~zhangxc/ http://www.teraview.com/terahertz/id/22 http://www.gigaoptics.de/ http://www.toptica.com/page/applications_terahertz_thz_imaging.php http://www.picometrix.com/pico_products/terahertz_tr4000.asp http://www.nikon.com/about/technology/core/optical_u/terahertz_e/index.htm
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5e journées térahertz – 10-12 juin 2009 – Villeneuve d'Ascq http://www.armir.fr/index.php?option=com_content=article=53=93
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