Situées dans la gamme de l'infrarouge lointain, entre l'infrarouge moyen et les micro-ondes, les ondes terahertz (1) sont restées longtemps méconnues. Pourtant leurs atouts sont très précieux : capables de pénétrer dans une large gamme de matériaux non-conductibles, elles peuvent passer à travers la peau, les vêtements, les papiers, le bois, le carton et le plastique. Leurs propriétés ouvrent la porte à des applications très nombreuses : imagerie médicale, sécurité et environnement (détections de polluants, d'empreintes digitales, d'armes cachées ou encore de cocaïne...)
Les ondes terahertz peuvent désormais être injectées dans des fibres optiques et transportées sur des centaines de kilomètres sans qu'elles soient absorbées par la vapeur d'eau... Ceci grâce à une nouvelle technologie développée par l'équipe de Carlo Sirtori du laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques (MPQ, CNRS / Université Paris 7) en collaboration avec THALES R&T et l'Université de Cambridge (Grande Bretagne). Ces travaux ouvrent la voie à d'importantes applications dans les domaines de la médecine, de la sécurité, et de l'environnement.
Un faisceau télécommunication (ω1) injecté
dans une cavité laser terahertz (THz QCL, Ω3).
A la sortie, des ondes terahertz sont générées et transportées
par le faisceau télécommunication (ω1 ± Ω3)
(Voir texte)
Surgies de l'oubli dans les années 1990, leur production a été un réel défi. Après dix ans de recherche en technologies semi-conducteurs, les ondes terahertz commençaient à être générées en continu grâce au développement des lasers à cascade quantique (QCL) (2). Toutefois, les ondes terahertz émises par cette technique sont fortement absorbées par les molécules de vapeur d'eau, une fois transmises dans l'air... C’est pour résoudre ce problème et pouvoir transmettre les ondes terahertz sur des centaines de kilomètres sans qu'elles soient absorbées, que l'équipe de Carlo Sirtori a développé une nouvelle technique.
Profitant des technologies ultra développées des télécommunications, les chercheurs ont essayé de les rapprocher de celle des QCL. Ils ont trouvé comment inscrire les ondes terahertz sur les ondes électromagnétiques invisibles des télécommunications... En injectant un faisceau télécommunication dans une cavité laser terahertz, le faisceau se propage à l'intérieur ; il se mélange avec des ondes terahertz et garde en mémoire leurs propriétés (phase et amplitude). Ainsi, à la sortie, les chercheurs ont obtenu un faisceau télécommunication qui transporte les ondes terahertz pour ensuite les injecter dans une fibre optique. La fibre protége les ondes des molécules de vapeur d'eau et permet leur transmission dans l'air sur des centaines de kilomètres...
Cette découverte en annonce d'autres... Ces travaux vont permettre d'améliorer les technologies des lasers à cascade quantique grâce à celles des télécommunications.
Notes :
(1) Les ondes terahertz ont une fréquence de l'ordre de quelques terahertz (10^12 Hz), et une longueur d'onde comprise entre 50 micromètres et 1 millimètre.
(2) Technique basée sur un laser semi-conducteur dont la longueur d'onde ne dépend pas des propriétés intrinsèques des matériaux mais de la forme architecturale de la cavité laser. La structure de la cavité ressemble à un escalier où les électrons passent d'un niveau à l'autre en émettant des photons sous forme de cascade.
