Guide d'Onde TéraHertz et Applications aux Composants – GOTHAC

Le présent projet a pour objectif la conception d'une nouvelle génération de guide d'onde Térahertz (THz) et d'un composant de base, le résonateur, permettant à terme la réalisation de différents fonctions utiles pour la maîtrise de systèmes aux fréquences THz - Le terme générique THz désigne le domaine des ondes électromagnétiques couvrant le spectre de 100 GHz à 10 THz, qui se situe entre le domaine des micro-ondes et de l'optique. Ce domaine connaît actuellement un fort engouement en lien avec les nombreuses applications en perspective dans les secteurs de l'astrophysique, de la spectroscopie, de l'imagerie médicale, de la biologie, des communications et de la sécurité. - Pour autant, il reste que le domaine THz nécessite le développement des technologies issues des micro-ondes ou de l'optique pour réaliser certaines fonctions de base nécessaire à l'élaboration de composants spécifiquement dédiés à cette gamme de fréquence. Plus particulièrement, il n'existe pas de guide d'onde THz satisfaisant, ce qui entrave le développement du domaine THz en général. - - Dans ce contexte, l'originalité de ce projet est de concevoir des fibres dédiées aux ondes THz sur la base du mécanisme de guidage par Bande Interdite Photonique (BIP). Ces guides sont composés d'un cœur d'air entouré par une gaine BIP ou cristal photonique. Le cœur d'air permet de s'affranchir du problème d'absorption posé par les matériaux diélectriques. De plus, même avec un cristal photonique constitué de matériaux très absorbants, si l'effet BIP produit est suffisamment important, les pertes résultantes pour le guide sont de plusieurs ordres de grandeur inférieures à celles du matériau. Ce principe nous permet d'entrevoir la fabrication de fibres BIP pour le déport d'onde THz à partir de matériaux dont les atténuations sont à la base impropres pour un guidage par réflexion totale interne. - - Dans un premier temps, nous utiliserons la silice (qui présente une atténuation d'environ 50 dB/m à 0.5 THz) comme matériau de base pour concevoir et fabriquer une fibre prototype dont l'atténuation est de l'ordre ou inférieur à 1 dB/m. Afin d'analyser les performances de la fibre réalisée, nous développerons des outils de caractérisations. Une analyse temporelle de la propagation d'une impulsion THz sera plus précisément mise en place pour déterminer les propriétés de transmission de la fibre et optimiser ses caractéristiques optogéométriques. - A partir de ce premier temps d'action, plusieurs améliorations seront envisagées. Ainsi, afin d'étendre le domaine de transmission de la fibre vers les hautes fréquences du domaine THz, l'apport d'inclusions métalliques dans le cristal photonique sera étudiée. L'insertion de plots métalliques devrait augmenter l'effet BIP et donc compenser la forte augmentation de l'atténuation de la silice aux fréquences supérieures à 1 THz par exemple. Enfin, l'emploi d'autres matériaux moins rigides tel que le polyéthylène permettra d'entrevoir la fabrication d'une fibre flexible. - - Dans un second temps, nous utiliserons les guides d'onde THz réalisés comme éléments de base pour concevoir des composants. La transposition vers le domaine THz des éléments ou des fonctions de base (comme le filtrage, le routage) des systèmes micro-ondes ou optiques, sera étudiée. La dimension des longueurs d'onde THz permettra de mettre en place des procédés de fabrication utilisés dans l'un ou l'autre des domaines cités. Dans cette perspective, nous réaliserons comme premier composant un résonateur. - Son architecture issue du domaine micro-onde, bénéficiera des propriétés apportées par le guide précédemment développé (faible atténuation et fort confinement de champ électromagnétique dans le cœur) pour obtenir un résonateur avec un très grand facteur de qualité. - - La réalisation de ce résonateur pourra être proposée comme une illustration du riche potentiel de ce projet pour le développement de fonctions évoluées et intégrées, dédiées au domaine THz, e