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 70 p.mounaix@cpmoh.u-bordeaux1.fr

Plan Présentation Génération d’un Rayonnement THz Détection Applications : Filtres Actifs GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Caractérisation mm – THz – Optique … Terahertz IMS CPMOH COLA (CPMOH/CELIA) GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Technologies THz utilisant des Semiconducteurs Génération Technologies THz utilisant des Semiconducteurs Génération directe Electronique : - Diodes (Gunn, Impatt, RTD) - Transistors (HBT, HEMT) Optique : - Lasers moléculaires, p-Germanium - Laser à cascade quantique Génération indirecte Electronique: - Multiplication de fréquences Composant non linéaire (diode Schottky, HBV) Optique: Mélange de fréquences Photocommutateur Mixte Optique-Electronique GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Génération Principe de la génération par photocommutation GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

THz émetteurs: matériau: Gallium Arsenide Tension 5~30 V Génération Antennes: THz THz émetteurs: matériau: Gallium Arsenide Tension 5~30 V Popt =5 ~100 mW THz détecteurs: matériau: Silicon-on-Sapphire GaAs BT @ IEMN GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Simulation monte Carlo 3D , Composante J Génération Génération par émission de surface Géométrie Avec B : Mode THz TE et TM Sans B Simulation monte Carlo 3D , Composante J GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Génération Principe GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Génération Redressement optique Longueur de cohérence ZnTe Accord de phase Longueur de cohérence ZnTe GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Détection Principe de la détection par photocommutation GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Détection GDR Ondes, Pessac, 21-23 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 temporel Domaine fréquentiel GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Contrôler la radiation terahertz Photonic structures – introduction Scheme of transmission spectrum of photonic crystal Forbidden photonic band 1 Transmission Frequency “Ideal” photonic crystal GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Contrôler la radiation terahertz Photonic structures – introduction Scheme of transmission spectrum of photonic crystal with defect Forbidden photonic band 1 Transmission Frequency Photonic crystal with a defect Defect mode GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Contrôler la radiation terahertz Photonic structures – introduction Scheme of transmission spectrum of photonic crystal with defect Forbidden photonic band Tunable filter 1 Transmission Modulator Frequency Photonic crystal with modified defect Defect mode 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 GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Contrôler la radiation terahertz Photonic structures – introduction Correspondence of band structure and photonic structure of photonic crystal GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Contrôler la radiation terahertz 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 SrTiO3 crystal, 41 µm 18 < n < 36 for 300 K > T > 100 K Petr Kuzel Courtesy SrTiO3: incipient ferroelectrics → permittivity is strongly influenced by temperature or electric field GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Photomagnétisme dans des composés Polymères Chain compound => strong cooperativity Hysteresis loop at room temperature. Photoexcitation at 355 nm. [Fe(NH2)trz]Br2 LS situation, the material is pink. GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Résultats  Observe a positive or negative temporal phase shift when the sample is warmed or cooled, respectively. Precisely characterization of empty quartz cell Data extraction Strong absorption above 600 GHz Dn ~ 0.09 corresponds to Dn/n ~ 6% index variation n = ~1.57 Appl.Phys.Lett. Mounaix et al 87 244103 (2005) GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

Filtre de Bragg 1D P.Mounaix et al. APPL. PHYS. LETT 89,17. 174105 2006 GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007

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, France Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Na Slovance 2, 182 21 Prague 8, Czech Republic CPMOH, UMR CNRS 5798,Université Bordeaux I, 351 Cours de la Libération33405 Talence cedex, France GDR Ondes, Pessac, 21-23 Novembre 2007