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Les physiciens utilisent des guides d’ondes pour augmenter le potentiel pratique de la spectroscopie Térahertz

Les rayonnements térahertz ou THz ont le potentiel d’engendrer des innovations transversales en médecine, en biologie, en science des matériaux et en télécommunications, mais leur déploiement est encore freiné par des contraintes pratiques et technologiques. Le projet THEIA a développé une saveur spécifique de la spectroscopie THz qui peut fonctionner à l’intérieur des guides d’ondes.
Les physiciens utilisent des guides d’ondes pour augmenter le potentiel pratique de la spectroscopie Térahertz
Le déploiement futur des systèmes de spectroscopie THz compacts a fait un pas de plus grâce au projet THEIA, financé par l’UE. L’équipe a développé un système capable de fonctionner avec des ondes confinées dans des guides d’ondes. La clé réside dans la capacité à générer et traiter les ondes THz directement dans le guide d’ondes, développé dans le cadre du projet THEIA.

Le rayonnement térahertz, qui repose sur le spectre électromagnétique entre les ondes optiques et les micro-ondes, possède des propriétés uniques. «De nombreux matériaux d’intérêt complexes possèdent des "empreintes" spectrales uniques dans le spectre THz. Cela signifie que le rayonnement THz peut être utilisé pour reconnaître des composés très complexes comme les polymères, les acides aminés, les protéines, les drogues ou les explosifs», explique le professeur Marco Peccianti, chercheur principal de THEIA et professeur de photonique à l’Université du Sussex au Royaume-Uni.

Le tissu, les textiles et de nombreuses formes d’emballage sont transparents aux THz, ce qui peut avoir un effet de sécurité similaire à celui des rayons X. Cependant, contrairement aux rayons X, le rayonnement THz est non ionisant et généralement inoffensif pour la santé humaine.

Bien que la connaissance du potentiel des ondes THz existe depuis longtemps, le THz n’est devenu une option réaliste pour les scientifiques qu’avec l’avènement de la technologie laser avancée, comme les lasers ultrarapides, dans les années 1980. Au cours des 30 dernières années, les ondes THz ont ouvert de nouvelles voies pour sonder le monde naturel.

Placer les THz à l’intérieur du tuyau

THEIA a exploré comment intégrer les guides d’ondes dans les spectromètres THz. «Normalement, vous générez une onde THz, puis vous la couplez dans un guide d’ondes en utilisant une lentille ou d’autres composants optiques. THEIA a exploré l’approche alternative consistant à générer l’onde THz à l’intérieur du guide d’ondes et à exécuter de nombreuses fonctions d’un spectromètre normal directement à l’intérieur de celui-ci», explique le professeur Peccianti. Cette méthode délivre non seulement un signal THz en cas de nécessité, mais sert également à supprimer de nombreux éléments volumineux. «Potentiellement, cela permettrait d’utiliser la technique d’une manière qui aurait été impossible auparavant», dit-il.

THEIA a développé diverses stratégies pour atteindre cet objectif, y compris une nouvelle conception, qui se présente sous la forme d’un émetteur THz à deux fils, qui consiste en un guide d’ondes à deux fils couplé électriquement à une antenne photo-conductrice THz.

Des appareils plus petits et plus efficaces

La technologie Térahertz en est encore à ses balbutiements par rapport à des domaines comme les micro-ondes ou l’optique. Seules quelques entreprises commercialisent actuellement des applications pour un usage réel et leurs solutions ont tendance à être très encombrantes. L’équipe de THEIA a pour objectif d’améliorer l’efficacité et de permettre l’utilisation de plus petits appareils à l’avenir.

«Ce que nous essayons de faire, c’est de rétrécir l’appareil nécessaire à la spectroscopie THz pour une utilisation dans différents domaines de l’ingénierie ou pour des applications médicales. À l’avenir, vous pourriez utiliser un stylo pour toucher la peau afin de diagnostiquer une pathologie. Ou vous pourriez être en mesure d’attacher une petite sonde à un mur pour diagnostiquer son intégrité», explique le professeur Peccianti.

Le financement de THEIA a également contribué à la création du laboratoire Emergent Photonics que le professeur Peccianti a cofondé avec sa collègue scientifique Alessia Pasquazi début 2015. «Le laboratoire est une communauté d’environ 15 chercheurs, ce qui est déjà un résultat formidable - avant THEIA, la photonique n’existait pas à l’Université du Sussex», explique le professeur Peccianti. Son équipe cherche maintenant à exploiter la capacité des THz à identifier avec précision des objets complexes en construisant un microscope THz dans le cadre du projet TIMING financé par l’UE.

Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

THEIA, Térahertz, Spectroscopie Térahertz, guide d’ondes