Développement de systèmes d’imagerie dans la gamme des fréquences térahertz

Guiramand, Léo (2024). Développement de systèmes d’imagerie dans la gamme des fréquences térahertz. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (21MB) | Prévisualisation

Résumé

Les ondes térahertz se situent dans le spectre électromagnétique, entre les rayonnements microondes et infrarouges. De par leurs propriétés intéressantes, elles présentent un intérêt croissant depuis quelques dizaines d’années autant dans le monde de la recherche fondamentale que dans le secteur industriel. De plus, le développement de nombreuses techniques durant ces dernières années pour générer et détecter ces ondes, a ouvert à la porte à de multiples applications. Bon nombre d’entre elles sont basées sur l’acquisition d’images d’objets et repose donc sur l’utilisation de systèmes d’imagerie. Le temps nécessaire à la prise d’une image, la sensibilité de détection ainsi que la résolution spatiale sont des paramètres importants à considérer en imagerie THz.

L’objectif principal de ce travail de thèse expérimentale est de développer des systèmes d’imagerie dans la gamme de fréquences térahertz. Ces derniers permettent l’acquisition rapide d’images, avec une sensibilité élevée et une résolution spatiale optimale. Des contributions ont été apportées, de la source de lumière THz utilisée pour illuminer l’objet imagé jusqu’à la technique d’imagerie employée et le traitement des images.

Ce manuscrit est structuré entre une mise en contexte détaillé du projet de recherche et une présentation complète des résultats obtenus. Le domaine des ondes térahertz est tout d’abord introduit dans une première partie (voir Introduction). En plus de ses applications, les principales méthodes utilisées pour émettre et détecter ces ondes sont présentées. Les motivations et les objectifs de ce travail y sont également décrits. Ensuite, une seconde partie (voir Chapitre 1) expose l’état de l’art autour des concepts clés évoqués dans ce travail. Par la suite, une troisième partie (voir Chapitre 2 ) présente l’étude qui a été réalisée sur une source THz par redressement optique d’une impulsion laser à ytterbium dans un cristal de tellurure de zinc. Une quatrième partie (voir Chapitre 3) présente une source THz basée sur le redressement optique dans un cristal niobate de lithium grâce à une technique de pompage avec un front d’onde incliné. C’est cette source très performante qui a été utilisée avec les systèmes d’imagerie mis en place dans la suite de ce travail de thèse. Une cinquième partie décrit un système d’imagerie cohérent utilisé dans une configuration en champ proche (voir Chapitre 4). Avec ce dernier, nous avons démontré l’acquisition d’images hyperspectrales avec des résolutions sub-longueur d’onde. Une sixième partie se concentre sur le travail exploratoire mené sur une technique d’imagerie permettant la reconstruction d’images THz avec une résolution spatiale améliorée (voir Chapitre 5). Avec cette dernière, une technique de modulation active d’un faisceau THz a notamment été mise en place. Enfin, une dernière partie présente les perspectives envisagées émanant de ce travail.

Titre traduit

Development of imaging systems in the terahertz frequency range

Résumé traduit

Terahertz waves lie in the electromagnetic spectrum between microwave and infrared radiation. Due to their interesting properties, they have been of growing interest for several decades now, both in the world of fundamental research and in the industrial sector. Moreover, the development in recent years of numerous techniques for generating and detecting these waves has opened the door to a wide range of applications. Many of these are based on the acquisition of images of objects, and thus rely on the use of imaging systems. The time required to take an image, detection sensitivity and spatial resolution are important parameters to consider in THz imaging.

The main objective of this experimental thesis work is to develop imaging systems in the terahertz frequency range. These enable rapid image acquisition, with high sensitivity and optimum spatial resolution. Contributions have been made, from the THz light source used to illuminate the imaged object to the imaging technique employed and image processing.

This manuscript is structured between a detailed contextualization of the research project and a comprehensive presentation of the results obtained. The field of terahertz waves is first introduced (see Introduction). In addition to its applications, the main methods used to transmit and detect these waves are presented. The motivations and objectives of this work are also described. Next, a second part (see Chapter : 1) presents the state of the art in the key concepts discussed in this work. The third part (see Chapter 2 ) presents the study carried out on a THz source by optical rectification of a ytterbium laser pulse in a zinc telluride crystal. A fourth section (see Chapter 3) presents a THz source based on optical rectification in a lithium niobate crystal using a pumping technique with an inclined wavefront. It is this high-performance source that has been used with the imaging systems set up in the remainder of this thesis. A fifth section describes a coherent imaging system used in a near-field configuration (see Chapter 4). With this system, we have demonstrated the acquisition of hyperspectral images with sub-wavelength resolutions. A sixth section focuses on exploratory work on an imaging technique for reconstructing THz images with enhanced spatial resolution (see Chapter 5). This included an active modulation technique for a THz beam. The final section outlines the future prospects arising from this work.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse présentée à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention du doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 173-203).
Mots-clés libres:	térahertz, redressement optique, source intense, imagerie en champ proche, imagerie hyperspectrale , imagerie super-résolution
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Blanchard, François
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	30 avr. 2025 14:30
Dernière modification:	30 avr. 2025 14:30
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3591

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt