PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
CHAPITRE 1 . INTRODUCTION
THz. Dans le domaine de la sécurité, l’imagerie THz permet de révéler
des armes cachées sous les vêtements ou sous un journal [11] comme
montré dans la figure 1.5.
Ces applications sont celles les plus fréquemment citées. Néanmoins il
en existe d’autres, qui sont plus surprenantes. Le THz peut servir à vérifier
qu’un circuit intégré ne présente pas de défaut sans devoir enlever son enveloppe
en plastique (généralement noire) [12]. Le THz a aussi un intérêt
pour l’art, une imagerie THz d’une peinture peut en effet révéler des détails
invisibles. Il est fréquent que les artistes commencent leur peinture en
faisant un schéma au graphite, puis le recouvrent de peinture. L’imagerie
THz permet d’avoir accès au schéma initial en graphite [10]. Les détails de
la création d’une oeuvre d’art sont ainsi révélés, ce qui est potentiellement
intéressant en histoire de l’art.
1.3 Détection THz
La principale difficulté des détecteurs THz est due à la faible énergie
des photons (typiquement inférieure à 20 meV). Cela signifie que le bruit
lié au rayonnement thermique à température ambiante va être le principal
facteur limitant la sensibilité des détecteurs. Historiquement la détection
hétérodyne est la plus fréquemment utilisée. La détection est faite grâce
à une conversion de fréquence vers les micro-ondes (150 GHz), où des
amplificateurs à faible bruit sont disponibles. Plus le temps d’intégration
sera long, meilleure sera la sensibilité. Le paramètre généralement utilisé
comme figure de mérite est l’écart minimum de température détectable.
Ce paramètre est donnée par : δT = T r/ √ Bτ. T r est le bruit thermique, B
la bande passante, et τ le temps d’intégration. Le système de conversion
vers les micro-ondes utilise généralement un mixeur basé sur une diode
Schottky. À température ambiante, pour un temps d’intégration d’une seconde
et pour une bande passante de 1 GHz, les écarts de température
sont de 0.05 K à 500 GHz et de 0.5 K à 2.5 THz.
À température cryogénique, la sensibilité des détecteurs est bien meilleure.
Il existe plusieurs type de détecteurs à température cryogénique, que l’on
peut classer en deux catégories : les détecteurs utilisant des systèmes hybrides
supra-conducteur / semi-conducteur, où supra-conducteur / isolant,
et les systèmes de type bolomètre. Les détecteurs SIS (Supra-conducteur
- Isolant - Supra-conducteur) fonctionnent sur le même principe que les
diodes Schottky, c’est à dire qu’ils utilisent une forte non-linéarité des caractéristiques
électriques. Dans ces systèmes la limite de sensibilité est
gouvernée par le principe d’Heisenberg. La fréquence limite de ce type
de détecteur est lié au gap supra-conducteur 2hfmax ≈ 3.5kTc. Le plus
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