Génération et détection dun faisceau électromagnétique Terahertz et développement de filtres actifs en bandes submillimétriques P.Mounaix, J.C.Delagnes,

Génération et détection d’un faisceau électromagnétique Terahertz

et développement de filtres actifs en bandes submillimétriques

P.Mounaix, J.C.Delagnes, A.Elfatimy et E.Nguéma

CPMOH, Université Bordeaux 1, 351 Cours de la Libération 33405 Talence cedex

Tel : 33 05 40 00 26 02, Fax : 33 05 40 00 69 [email protected]

2GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Plan

Présentation

Génération d’un Rayonnement THz

Détection

Applications : Filtres Actifs


COLA(CPMOH/CELIA)

Caractérisation mm – THz – Optique …

IMS CPMOH

Te

rahe

rtz


Technologies THz utilisant des Semiconducteurs

•Génération directe

•Génération indirecte

•Electronique : - Diodes (Gunn, Impatt, RTD)

- Transistors (HBT, HEMT)

•Optique : - Lasers moléculaires, p-Germanium

- Laser à cascade quantique

•Electronique: - Multiplication de fréquences

Composant non linéaire (diode Schottky, HBV)

•Optique:

• Mélange de fréquences

• PhotocommutateurMixte Optique-Electronique

Génération


Principe de la génération par photocommutation

Génération


Antennes: THz

• THz émetteurs:matériau: Gallium ArsenideTension 5~30 V

Popt =5 ~100 mW

• THz détecteurs:matériau: Silicon-on-Sapphire

GaAs BT

@ IEMN

Génération


Génération par émission de surface

Géométrie

•Sans B•Avec B : Mode THz TE et TM

•Simulation monte Carlo 3D , Composante J

Génération


Principe

Génération


)()()()( 00 kkkk

group 0

1 1k( )

v ( ) v ( )

0 1 2 3 4 5 60

2

4

6

8

10

ZnSe ZnTe

Coh

eren

ce L

engt

h L

c (m

m)

Frequency (THz)

Redressement optique

Accord de phase

Longueur de cohérence

ZnTe

Génération


Principe de la détection par photocommutation

Détection


Détection


Equipement

2 femtosecond Ti:Sa laser pumped by a solid-state diode-pumped laser; a cryostat with THz windows 1 THz-TDS set up under controlled atmosphere; 1 second adjustable THz-TDS set up; a far-infrared bolometer Soon :Optical pump THz probe experiment , Amplified Source , 2.5mJ,

<50fs.Spectroscopie THzImagerie THz

Domaine temporel Domaine fréquentiel

0 2 4 6 8 10 12Temps (ps)

2

1

0

-1

-2

Cour

ant (

nA)

0 1 2 3 4 5 6 7Fréquence (THz)

101

100

10-1

10-2

Ampl

itude

(u.a

)

FFT-1

FFTFréquence de coupure

Bruit


Contrôler la radiation terahertz

0

1

Frequency

Tra

nsm

issi

on

Forbidden photonic band

Photonic structures – introductionScheme of transmission spectrum of photonic crystal

“Ideal” photonic crystal


0

1

Frequency

Tra

nsm

issi

on


Defect mode

Photonic structures – introductionScheme of transmission spectrum of photonic crystal with defect

Photonic crystal with a defect



0

1

Frequency

Tra

nsm

issi

on


Defect mode

Photonic structures – introductionScheme of transmission spectrum of photonic crystal with defect

Photonic crystal with modified defectEssential points:• Possibility to control the dielectric properties of the defect by

external parameters (temperature, electric field, illumination, ...)• Localization of the electromagnetic field in the vicinity of the

defect → enhancement of interaction with the defect

Modulator

Tunable filter



SrTiO3 crystal, 41 µm18 < n < 36for 300 K > T > 100 K

Tunable filter for terahertz radiation

Quartz, 230 µm(n ~ 2.1)

CeO2 ceramics, 100 µm(n ~ 4.8)

Defect(resonator)

Photonic crystal(Bragg mirror)

= 10 mm

Photonic crystal(Bragg mirror)

SrTiO3: incipient ferroelectrics → permittivity is strongly influenced by temperature or electric field

Contrôler la radiation terahertz Petr K

uzel Courtesy


Photomagnétisme dans des composés Polymères

• Hysteresis loop at room temperature.• Photoexcitation at 355 nm.

[Fe(NH2)trz]Br2

Chain compound => strong cooperativity

LS situation, the material is pink.LS situation, the material is pink.


Résultats

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Frequency (THz)

60

40

20

0

Ab

sorp

tion

( c

m-1

)

2

1.75

1.5

1.25

1

0.75

0.5

0.25

0

opti

cal

ind

ex

Index 293 K

Absorption 293K

Index 323 K

Absorption 323 K

0.1 0.6 1.1 1.6 2.1 2.6Frequency (THz)

10-8

10-10

10-12

TF

Am

plit

ude

(a.u

.)

Fourier transform of the reference

Fourier transform of a sample at 293K

Observe a positive or negative temporal phaseObserve a positive or negative temporal phase shift when the sample is warmed or cooled, respectively.shift when the sample is warmed or cooled, respectively. Precisely characterization of empty quartz cellPrecisely characterization of empty quartz cellData extraction Data extraction Strong absorption above 600 GHzStrong absorption above 600 GHzn ~ 0.09 corresponds to n ~ 0.09 corresponds to n/n ~ 6% index variationn/n ~ 6% index variation

n = ~1.57

Appl.Phys.Lett. Mounaix et al 87 244103 (2005)


Filtre de Bragg 1DFiltre de Bragg 1D

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Frequency THz

0

-10

-20

-30

Tran

smit

tan

ce A

mp

litu

de

(dB

)

PC 6glass 5 air , defect in LS '' = 0.4PC 6glass 5 air , defect in HS ''= 0.4PC 6glass 5 air , defect in LS PC 6glass 5 air , defect in HS

0.15 0.25Frequency THz

0

-10

-20

-30

Tran

smit

tan

ce A

mp

litu

de

(dB

)

0.1 0.2 0.3Frequency THz

0

-10

-20

-30

-40

-50

Tra

ns

mit

tan

ce

am

pli

tud

e (

dB

)

theory HSExperiment HStheory LSExperiment LS

15 GHz

P.Mounaix et al. APPL. PHYS. LETT 89,17. 174105 2006


Remerciements …………

ICMCB, CNRS UPR 9048 – Université Bordeaux I, 87 Avenue du

Docteur Schweitzer 33608 Pessac cedex, France.

IMS (MCM), 16 Avenue Pey Berland, 33607 Pessac Cedex, FranceIMS (MCM), 16 Avenue Pey Berland, 33607 Pessac Cedex, France

Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Na Slovance 2, Na Slovance 2, 182 21 Prague 8, Czech Republic182 21 Prague 8, Czech Republic

CPMOH, UMR CNRS 5798,Université Bordeaux I, 351 Cours de la CPMOH, UMR CNRS 5798,Université Bordeaux I, 351 Cours de la Libération33405 Talence cedex, FranceLibération33405 Talence cedex, France

Documents

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