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Phase-locking of terahertz quantum cascade lasers

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Détecter les rayonnements térahertz

Des scientifiques financés par l'UE ont associé les lasers térahertz avec des techniques optiques ultra rapides afin de créer un système mixte source-détection. Il devrait apporter des avantages très importants dans le domaine de la spectroscopie.

Technologies industrielles

La gamme des térahertz, entre les micro-ondes et la lumière infrarouge, ouvre des possibilités uniques dans divers domaines comme l'imagerie médicale et de sécurité. Mais ces possibilités restent largement inexplorées. Des dispositifs à semi-conducteur comme les lasers térahertz à cascade quantique (QCL) représentent une révolution dans les techniques de source, en contribuant à remplir la lacune de la bande térahertz. Les scientifiques du projet TERAPHASE («Phase-locking of terahertz quantum cascade lasers»), financé par l'UE, ont associé un laser térahertz à cascade quantique avec un système de spectroscopie temps-domaine, qui utilise des lasers ultra rapides pour générer et détecter un rayonnement térahertz. Le système final pourrait générer des impulsions ultra courtes, très puissances et résolues en phase, ce qui exige actuellement des installations de grande taille. L'équipe du projet a aussi élargi les connaissances sur les processus ultra rapides dans les lasers à cascade quantique, et contribué à créer des outils pour des utilisations en spectroscopie. Les scientifiques ont d'abord cherché à obtenir une émission laser à cascade quantique verrouillée en phase, en injectant de la lumière dans le résonateur d'un laser femtoseconde. Du fait que la détection cohérente est une propriété intrinsèque de la spectroscopie temps-domaine térahertz, le laser à cascade quantique a généré un rayonnement cohérent. L'équipe a alors enregistré lors d'une seule mesure les informations pour le domaine temporel et celui des fréquences. En outre, le rayonnement était concentré sur une étroite plage de fréquences, ce qui est impossible avec la technique classique de spectroscopie temps-domaine. Les chercheurs ont alors utilisé le verrouillage de phase pour effectuer le verrouillage de mode et la génération d'impulsions térahertz avec un laser à cascade quantique. Pour mesurer de telles impulsions, ils ont fait appel à des techniques de détection cohérentes et non cohérentes. Le projet a étudié la dynamique du champ électrique des lasers à verrouillage de mode ainsi que les paramètres essentiels qui le gouvernent, comme la durée de vie du gain. En outre, les simulations avec une récupération de gain d'environ 15 picosecondes ont montré que le verrouillage actif de mode est la meilleure méthode pour les lasers à cascade quantique. Le système de spectroscopie temps-domaine térahertz par laser à cascade quantique de TERAPHASE sera particulièrement utile lorsqu'un faisceau de pompage térahertz sur bande étroite est requis pour une association avec une sonde térahertz large bande. Les résultats du projet ont été publiés dans 6 articles.

Mots‑clés

Térahertz, rayonnement, lasers, système source-détection, utilisations en spectroscopie, imagerie, laser à cascade quantique, verrouillage de phase, spectroscopie temps-domaine, lasers ultra rapides, génération d'impulsions, lasers à blocage de mode, duré

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