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Une nouvelle branche de la recherche: le Térahertz, un domaine prometteur

Dans le monde entier, des chercheurs experts étudient la gamme de fréquences Térahertz (THz), ainsi que ses nombreux avantages. Le Térahertz est susceptible d'améliorer considérablement les performances de nombreux dispositifs ainsi que de permettre de nouvelles applications, des systèmes d'avionique aux appareils médicaux. Toutefois, jusqu'à présent, la recherche, la conception et le développement de solutions capables d'exploiter ce potentiel se sont toujours avérés trop coûteux. En collaboration avec des fournisseurs et chercheurs, Acal BFi propose des équipements essentiels à la communauté scientifique et aux entreprises spécialisées dans les solutions Térahertz.

Qu’est-ce que le domaine Térahertz?Les scientifiques s'accordent pour situer la bande de fréquences THz entre les micro-ondes (1 mm ou 0,3 THz, environ) et l'infrarouge (30 µm ou 10 THz, environ). On parle souvent de «THz gap» (vide THz), en raison des difficultés traditionnelles d'exploitation dans la recherche et les applications, par rapport aux fréquences radioélectriques et optiques au milieu desquelles elle se situe. Actuellement, des programmes de recherche étudient la façon dont différentes disciplines pourraient exploiter les propriétés du Térahertz, notamment:

• la pénétration des matériaux non conducteurs • la possibilité d'une imagerie de diagnostic médical plus précise et moins dangereuse que le rayon X • la détection d'objets à travers les vêtements et les sacs en plastique • la mesure non destructive de matériaux multicouches• l’amélioration des communications en haute altitude (applications satellitaires, notamment), et• ses qualités non destructives et non ionisante.

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Toutefois, le potentiel du Térahertz, combiné aux contraintes liées aux technologies émergentes dans les bandes de fréquences inférieures et supérieures, a poussé des groupes de recherche universitaire et des services de recherche et développement d'entreprise à explorer sérieusement l'exploitation du Térahertz dans les applications existantes, ainsi que l'élaboration d'applications inédites.

En raison de la nature du spectre THz, le développement des applications est souvent difficile et coûteux. En outre, il est difficile de générer de la puissance dans la bande de fréquences THz. De nombreuses pistes de recherche ont été abandonnées en raison d'un double défi : maintenir la perte de puissance à un niveau minimum et trouver des méthodes de fabrication offrant les meilleurs résultats à cette fréquence à des coûts abordables.

Spectre des ondes Térahertz

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Radio waves

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 1010

Microwaves Terahertz Infrared Visible Ultraviolet X-rays Gamma rays

Terahertz in relation to the spectral �ngerprint

Radio WiFi,mobile phones

Satellitecommunications

Inter-molecularvibration

Optical communications

Photovoltaics Security and medicaldiagnostics

Radiation

Electronics Photonics

Test non-destructif (image de gauche).Trombone dans de la farine avec une image THz (image de droite).

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Sécurité L'imagerie THz permet de détecter tout objet dissimulé sous un vêtement. Elle offre donc un vaste potentiel d'applications pour les agents de sécurité militaire et publique. Le THz peut «pénétrer» à l'intérieur des emballages et travers-er les vêtements et les objets non métalliques, en offrant une image claire et de haute qualité. Ce type d'imagerie est donc idéal pour les recherch-es de sécurité sans fouille.

En outre, l'on envisage que des solutions Térahertz pourraient être employées par les services militaires et de secours sur le terrain, pour détecter les explosifs, les produits chimi-ques ou les agents biologiques.

Alimentation et hygièneLes producteurs alimentaires peuvent améliorer leurs procédures de qualité grâce à la capacité du Térahertz à traverser les emballages et les objets. Ils peuvent en effet l'exploiter pour détecter tout corps étranger dans les zones de production alimentaire avant que les produits ne soient empaquetés et distribués.

Cette propriété permet également d'analyser la teneur en eau des aliments, dans le but de prévoir ou de détecter les avaries.

Inspection des matériauxDe la détection des défauts dans les galettes de silicium à la vérification de l'enrobage des com-primés pharmaceutiques, le Térahertz présente des avantages incontestables en matière d'inspection des matériaux. Il peut être employé comme méthode de contrôle qualité et dans le cadre du processus de production, par exemple pour vérifier l'épaisseur d'une couche avant de passer à l'étape de production suivante. Il s'agit peut-être de l'un des plus grands débouchés à venir pour les systèmes THz.

Le Térahertz présente des opportunités majeures dans de multiples secteurs. Les chercheurs d'Osaka University se servent de la spectroscopie THz afin d'étudier les propriétés du graphène pour différentes applications. Une équipe de chercheurs des États-Unis a publié dans ChemPhysChem 2007/8 un article soulignant le potentiel de la spectroscopie THz dans le domaine des biosystèmes, où cette technique permet d'étudier des structures biologiques simples et complexes au niveau moléculaire. Le secteur pharmaceutique exploite déjà le Térahertz dans le cadre de l'imagerie de structure interne des comprimés.

Ainsi, si la recherche en matière de Térahertz est déjà bien avancée, la plus grande facilité d'étude et la baisse des coûts de recherche entraînent actuellement un intérêt accru des chercheurs. Nous pouvons donc commencer à observer les applications et implications potentielles de l'introduction de systèmes THz.

La capacité du Térahertz à détecter les objets cachés de manière non destructrice et sans aucun contact ouvre la voie à une large gamme d'applications commerciales, militaires et de sécurité. En voici quelques exemples.

Imagerie de diagnostic Dans le domaine médical, notamment dentaire, le Térahertz peut être exploité pour assurer un diagnostic (image) moins dangereux, avec des résultats plus clairs et plus détaillés.

En odontologie, l'imagerie THz a déjà permis d'identifier différents types de tissus dans les dents. Elle pourrait donc être employée pour détecter rapidement l'usure de l'émail et les caries.

Le Térahertz peut également s'avérer utile en matière d'imagerie médicale : combiné aux technologies actuelles, telles que l'imagerie par résonance magnétique (IRM), il offrirait aux médecins une méthode d'examen minutieuse, non invasive et plus sécurisée leur permettant d'effectuer des diagnostics plus rapides et plus précis.

À quoi peut servir le Térahertz?

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Les prévisions en matière de marché THz indiquent une croissance importante au cours des dix prochaines années. Selon un rapport publié en juillet 2013 par BCC Research, Terahertz Radiation Systems: Technologies and Global Markets, (Systèmes de radiation THz : technologies et marchés mondiaux), ce marché aurait une valeur de 195,3 millions de dollars en 2018 et dépasserait 942 millions de dollars en 2023. Le rapport révèle également que, si la recherche en astronomie est actuellement la plus grande application des systèmes THz, l'imagerie THz va probablement devenir l'application la plus rentable, dans un premier temps.

Les groupes de recherche ont besoin d'instruments de haute précision et répondant à des spécifications rigoureuses, afin de réaliser leurs travaux et de déterminer la meilleure façon de commercialiser les systèmes et produits THz. Acal BFi soutient ces travaux de recherche en proposant une gamme étendue d'équipements spécialisés, notamment:

• spectromètres THz fibrés T-SPEC • émetteurs THz fibrés• détecteurs THz fibrés • spectromètres THz temps réel T-SPEC • sous ensembles émetteur/détecteur THz• alimentations pour sources THz • préamplificateurs pour détecteur THz• kits de spectroscopie THz, et• caméras THz, temps réel et haute sensibilité.

Spectromètre temps réel Terahertz (courtesy of Ekspla)

Soutien de la recherche en matière de Térahertz

Jean-Claude Sanudo, Directeur du développement commercial de la division Photonics, déclare:

«Acal BFi fournit déjà plusieurs lasers ultra rapides (de l'ordre de la femtoseconde ou picoseconde) aux laboratoires de recherche qui élaborent des systèmes THz expérimentaux. Aujourd'hui, nous faisons face à une demande croissante quant à nos systèmes intégrés et à notre gamme étendue de composants. Nous sommes en pourparlers actifs avec des fournisseurs leaders du domaine et nous proposerons bientôt d’autres produits innovants, conçus spéci�quement pour le marché THz.»

Au cours des derniers siècles, les technologies sont devenues plus facilement disponibles, grâce à la réduction des coûts de fabrication et des systèmes, ainsi que des délais de commercialisation. Leur utilité est confirmée par la recherche et leurs applications sur le terrain.

En matière de Térahertz, la recherche et le développement sont actuellement à un stade passionnant. Les applications potentielles sont nombreuses, le prix de certaines technologies requises pour étudier le Térahertz diminue et de plus en plus d'entreprises sont prêtes à investir pour explorer d’autres applications commerciales du Térahertz. Comme toujours, le plus difficile consiste à utiliser au mieux les budgets limités pour produire des résultats susceptibles de former la base de nouvelles recherches ou approfondir les connaissances existantes sur le Térahertz, en vue d'améliorer les systèmes actuels.

À chaque étape, Acal BFi est en mesure de vous offrir des équipements de qualité à des prix compétitifs, ainsi que des conseils et une assistance pratique, pour vous aider à configurer, développer et gérer votre projet de bout en bout.

Transformation des technologies grâce au Térahertz