Practical Microstructured and Plasmonic Terahertz Waveguides

La bande térahertz, comprenant les fréquences entre 100 GHz et 10 THz, présente un fort potentiel pour diverses applications technologiques et scientifiques, telles que la détection, l'imagerie, le secteur des communications ainsi que la spectroscopie. La plupart des sources térahertz (THz) sont immobiles et, dans les systèmes THz existants, la propagation de l'onde se fait dans l'air libre, afin de minimiser les pertes de transmission. Le design efficace de guides d'onde THz est important pour des applications pratiques des techniques THz. Ces guides d'onde permettraient une meilleure intégration de plusieurs composants en un système THz unique: les sources, les détecteurs, les filtres etc. L'application la plus évidente des guides d'onde THz est la livraison de l'onde de la source au détecteur. Les composants optiques encombrants pourraient être remplacés et le tout pourrait être incorporé dans un système compact de spectroscopie THz dans le domaine temporel. L'imagerie et la détection sont d'autres avenues prometteuses pour les guides d'onde THz. Il a déjà été démontré que les guides d'ondes THz peuvent opérer en régime sub-longueur d'onde, offrant ainsi un confinement du mode guidé plus petit que la limite de diffraction. Ainsi, la résolution spatiale de ces guides d'onde surpassent celle des systèmes THz conventionnels. Pour un design efficace des guides d'onde THz, il est important de minimiser les pertes et la dispersion. Une solution potentielle serait d'augmenter la fraction de la puissance modale qui se propage dans l'air. Dans cette thèse, nous abordons l'utilisation de guides d'onde air/diélectrique, planaires et poreux, ainsi que de guides d'onde hybrides fils métalliques/diélectriques. D'abord, nous présentons un nouveau design de guide d'onde planaire et poreux. Nous décrivons sa fabrication et nous le caractérisons pour une potentielle application comme guide d'onde et comme senseur dans le spectre THz. Le guide d'onde est formé de plusieurs minces films de polyéthylène (25 - 50 μm) séparés par des couches d'air d'épaisseurs comparables. Une grande portion du champ électrique est guidé dans l'air, permettant ainsi de réduire significativement les pertes par transmission. Également, nous constatons qu'un tel guide d'onde peut s'avérer utile pour des applications de détection biologique et chimique, en plaçant directement les échantillons dans la microstructure. Le guide d'onde planaire proposé possède l'avantage principal de permettre l'accès aisé au mode optique, puisque la majorité de la puissance THz introduite est confiné dans les couches d'air.