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

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1 Génération et détection dun 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 Talence cedex Tel : , Fax :

2 2 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Plan Présentation Génération dun Rayonnement THz Détection Applications : Filtres Actifs

3 3 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 COLA (CPMOH/CELIA) Caractérisation mm – THz – Optique … IMSCPMOH Terahertz

4 4 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 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 Photocommutateur Mixte Optique-Electronique Génération

5 5 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Principe de la génération par photocommutation Génération

6 6 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Antennes: THz THz émetteurs: matériau: Gallium Arsenide Tension 5~30 V Popt =5 ~100 mW THz détecteurs: matériau: Silicon-on-Sapphire GaAs IEMN Génération

7 7 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Génération par émission de surface Géométrie Sans B Avec B : Mode THz TE et TM Simulation monte Carlo 3D, Composante J Génération

8 8 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Principe Génération

9 9 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Redressement optique Accord de phase Longueur de cohérence ZnTe Génération

10 10 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Principe de la détection par photocommutation Détection

11 11 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Détection

12 12 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 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 THz Imagerie THz Domaine temporelDomaine fréquentiel

13 13 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Contrôler la radiation terahertz 0 1 Frequency Transmission Forbidden photonic band Photonic structures – introduction Scheme of transmission spectrum of photonic crystal Ideal photonic crystal

14 14 GDR Ondes, Pessac, Novembre Frequency Transmission Forbidden photonic band Defect mode Photonic structures – introduction Scheme of transmission spectrum of photonic crystal with defect Photonic crystal with a defect Contrôler la radiation terahertz

15 15 GDR Ondes, Pessac, Novembre Frequency Transmission Forbidden photonic band Defect mode Photonic structures – introduction Scheme of transmission spectrum of photonic crystal with defect Photonic crystal with modified defect Essential 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 Contrôler la radiation terahertz

16 16 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Photonic structures – introduction Correspondence of band structure and photonic structure of photonic crystal Contrôler la radiation terahertz

17 17 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 SrTiO 3 crystal, 41 µm 18 < n < 36 for 300 K > T > 100 K Tunable filter for terahertz radiation Quartz, 230 µm (n ~ 2.1) CeO 2 ceramics, 100 µm (n ~ 4.8) Defect (resonator) Photonic crystal (Bragg mirror) = 10 mm Photonic crystal (Bragg mirror) SrTiO 3 : incipient ferroelectrics permittivity is strongly influenced by temperature or electric field Contrôler la radiation terahertz Petr Kuzel Courtesy

18 18 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Photomagnétisme dans des composés Polymères Hysteresis loop at room temperature. Photoexcitation at 355 nm. [Fe(NH 2 )trz]Br 2 Chain compound => strong cooperativity LS situation, the material is pink.

19 19 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Résultats Observe a positive or negative temporal phase Observe 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 cell Precisely characterization of empty quartz cell Data extraction Data extraction Strong absorption above 600 GHz Strong absorption above 600 GHz n ~ 0.09 corresponds to n/n ~ 6% index variation n ~ 0.09 corresponds to n/n ~ 6% index variation n = ~1.57 Appl.Phys.Lett. Mounaix et al (2005)

20 20 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Filtre de Bragg 1D P.Mounaix et al. APPL. PHYS. LETT 89,

21 21 GDR Ondes, Pessac, Novembre 2007 Remerciements ………… ICMCB, CNRS UPR 9048 – Université Bordeaux I, 87 Avenue du Docteur Schweitzer Pessac cedex, France. IMS (MCM), 16 Avenue Pey Berland, Pessac Cedex, France IMS (MCM), 16 Avenue Pey Berland, Pessac Cedex, France Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Na Slovance 2, Prague 8, Czech Republic Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Na Slovance 2, Prague 8, Czech Republic CPMOH, UMR CNRS 5798,Université Bordeaux I, 351 Cours de la Libération33405 Talence cedex, France CPMOH, UMR CNRS 5798,Université Bordeaux I, 351 Cours de la Libération33405 Talence cedex, France


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