Electric Field Measurements from Terahertz to Mid-Infrared

La recherche sur les technologies photoniques Térahertz (THz) a connu un progrès extrêmement rapide au cours des trois dernières décennies. Par conséquent, la région spectrale complexe autrefois dénommée « le gap THz » devient maintenant technologiquement accessible, ce qui est motivé par les possibilités de spectroscopie d'excitations fondamentales dans la matière condensée et d'autres technologies, telles que par exemple la communication courte-distance par protocoles au-delà du 5G. Parmi les techniques les plus importantes respectivement pour la génération et la détection de THz dans les laboratoires de recherche, la rectification optique et l'échantillonnage électro-optique permettent d'effectuer de la spectroscopie en domaine temporel eÿcace et large-bande. C'est-à-dire, une trace complète du champ électrique de la radiation THz est mesurée directement dans le domaine temporel, four-nissant ainsi l'information relative à la phase spectrale qui n'est normalement pas obtenue à l'aide de spectroscopie traditionnelle qui ne retourne que l'amplitude spectrale. L'objectif principal de ce projet était la conception, l'assemblage et la caractérisation d'un montage de génération et de détection résolue en champ d'impulsions allant du régime THz à infrarouge moyen (MIR), à l'aide d'effet non-linéaires d'ordre deux stimulés par un laser titane-saphir (Ti:sapph) à blocage de modes fait-maison. Afin d'obtenir une bonne efficacité de génération et détection à de hautes fréquences, il était d'abord nécessaire d'abaisser la durée des impulsions émises par le laser à une durée aussi près que possible de Fourier-limitée. Ainsi, un montage frequency-resolved optical gating (FROG) a été assemblé, permettant la caractérisation de dispersion des impulsions, avec l'aide également d'un montage two-dimensional spectral shearing interferometry (2DSI) disponible en laboratoire. Tel que vérifié par cette caractérisation, les impulsions du laser Ti:sapph ont pu être compressées temporellement à une durée de 11 fs, pour les branches de génération et de détection du montage THz. De très courtes impulsions, couvrant la région THz à MIR, on ensuite été générées par rectification optique des impulsions bien compressées du laser Ti:sapph. Ainsi, des composantes fréquentielles allant de 0.2 à 60 THz ont été détectées par échantillonnage électro-optique. Des tests avec des cristaux ZnTe relativement épais (500 µm) ont permis de démontrer l'aptitude du montage à la détection de basses fréquences, en dessous du point de résonnance du matériau, et ce malgré le fait que le montage est optimisé pour une opération à hautes fréquences.