Développement d’un émetteur-récepteur térahertz (THz) ultra-compact pour des applications d’imagerie en réflexion

Gandubert, Gabriel (2024). Développement d’un émetteur-récepteur térahertz (THz) ultra-compact pour des applications d’imagerie en réflexion. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La bande de fréquence entre 0.1 THz et 10 THz nommée térahertz (THz) est une bande de fréquences électromagnétiques situées à la frontière des micro-ondes et les infrarouges. Ces ondes sont devenues un domaine important de recherche et développement industriel depuis plus d’une vingtaine d’années en raison des propriétés uniques de ces ondes pour l’imagerie, la spectroscopie et la communication. Afin de pousser le développement de ces ondes pour des applications industrielles, le développement des sources intenses plus efficaces, des capteurs plus sensibles et des systèmes compacts est nécessaire pour l’intégration de cette technologie.

Ce travail vise à développer un nouveau système compacte pour l’imagerie en réflexion de la surface d’un échantillon. Le système développé propose un montage d’un émetteur métallique ultramince sur un détecteur utilisé précédemment pour des applications de microscopie THz. Le système émetteur/détecteur compact proposé permet de réduire la complexité de montage et de mesure pour des échantillons aux surfaces amorphes et opaques aux ondes THz.

Le document commence par une revue de la littérature du domaine de recherche des ondes THz. Une revue des techniques de génération et de détection les plus utilisées sont présentées et comparée en termes d’efficacité et d’applications. La revue couvre ensuite les montages et outils nécessaires pour la détection de ces ondes. Finalement, cette section présente l’état de l’art de l’imagerie THz utilisant les différents émetteurs et détecteurs présentés.

La seconde section du document présente les méthodes de fabrication et les montages optiques nécessaires pour le développement du système. Les différentes étapes de conception du système sont présentées ainsi que différents tests de génération et de détection du système en comparaison avec des méthodes connues de la littérature. Une section supplémentaire sur le développement d’un système d’électroaimants est présentée pour la modulation de l’émetteur THz du système émetteur/détecteur.

Les résultats des différentes expériences et une discussion des résultats sont présentés dans la troisième section du document. Cette section reprend les mêmes étapes que la section précédente pour développer et évaluer le fonctionnement du nouveau système.

Une quatrième section est ajoutée, présentant l’article soumis pour publication après le développement du système émetteur/détecteur. Cet article présente deux nouvelles méthodes afin d’optimiser la génération d’un émetteur spintronique THz. Les méthodes présentées reposent sur la relaxation thermique de l’émetteur afin d’augmenter la limite de génération de celui-ci.

Finalement, le mémoire se termine par un chapitre de conclusion des résultats des expériences conduits. Une recommandation d’améliorations du système et certaines perspectives de continuités du projet sont également présentées.

Titre traduit

Development of an ultra-compact terahertz transceiver for Reflection imaging applications

Résumé traduit

The frequency band between 0.1 THz and 10 THz named terahertz (THz) is an electromagnetic frequency band between the microwaves and infrared bands. Those waves became an important research and development field for twenty years because of its unique properties for imaging, spectroscopy and communication. To push the development of those waves for industrial applications, the development of more intense sources, sensitive detectors and compact systems allowing the integration of this technology is required.

This work aims at the development of a new compact system for reflective imaging of the surface of a sample. The developed system proposes a setup made of an ultra-thin emitter on a previously developed detector for THz microscopy applications. The proposed compact emitter/detector system allows to reduce the complexity of the setup required for amorphous samples.

The document begins with a literature review of the THz research field. A review of the common generation and detection methods are presented and compared in terms of efficiency and applications. The review then covers the necessary setups and tools used for the detection of those waves. Finally, this section presents the state of the art of THz imaging using the different emitters and detectors presented previously.

The second section of the document presents the manufacturing methods and the different optical setups of the new emitter/detector system. The different conception steps are presented as well as different generations and detection tests compared with known methods of the literature. A supplementary section was added to present the development of an electromagnet for the modulation of the THz emitter of the system.

The results of the different experiments and a discussion of those results are presented in the third section of the document. This section covers the same steps as the previous section to develop and evaluate the behaviour of the new system.

A fourth section was added to present an article submitted for publication after the development of the emitter/detector system. This article presents two new methods to optimize the generation of a spintronic THz emitter. Those presented methods rely on the thermal relaxation of the emitter in order to increase its saturation limit.

Finally, the memoir ends with a conclusion chapter of the different results and experiments conducted. Some recommendations of improvement of the system and perspectives of continuity of the project are also presented.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie électrique". Comprend des références bibliographiques (pages 111-124).
Mots-clés libres:	terahertz, microscopie, imagerie, optique, spintronique, source, détection
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Blanchard, François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	12 févr. 2025 14:29
Dernière modification:	12 févr. 2025 14:29
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3531

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