Génération de rayonnement terahertz par photomélange et développement d'une détection homodyne : application à la caractérisation de polluants atmosphériques et de milieux diélectriques
Institution:
LittoralDisciplines:
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Abstract EN:
The aim of this thesis work was to exploit frequency conversion by photomixing provifing a widely tunable source to make a terahertz spectrometer with improved spectral resolution than those obtained by pulsed methods. After the analytic description of the terahertz generation process by photomixing, the experimental characterization of the photomixers with planar and vertical configurations, used in this study, allowed the developed model to be checked. It was etablished that the vertical photomixer display better efficiency and thermal dissipation, however a smaller bandwidth compared with the planar photomixer. The characteristics of the terahertz spectrometer have been determined from a study of the hydrogen sulfide molecule. The spectrometer has a spectral purity of 5 MHz (FWHM) and a sensitivity of a few 10‾4 cm‾1 around 1 THz. Its spectral coverage spans from 100 GHz (3 mm) to 3 THz (100 [micro]m) and its ease are the major advantaged. This permitted the intensity and the colisionnal broadening of several rotational transitions of the base level of carbonyl sulfide (OCS) to be measured. Finally, photomixing also offers the possibility to perform coherent detection of terahertz radioation. The time independant signal generated depends upon both amplitude and phase of the terahertz field detected. The absorption and the dispersion of dielectric medium was measured, as well as the anormal dispersion near the rotational transition of OCS.
Abstract FR:
Le but de ce travail de thèse a été de tirer profit d ela conversion de fréquence par photomélange pour réaliser un banc de spectroscopie térahertz largement accordable permettant d'avoir une résolution spectrale supérieure à celle offerte par les méthodes impulsionnelles. Après la description analytique du processu de génération de rayonnement térahertz par photomélange, la caractérisation expérimentale des photomélangeurs de géométriesplanaire et verticale utilisés dans cette étude, a permis la vérification du modèle développé. Nous avons aussi établit que le photomélangeur vertical présente un meilleur rendement et une meilleure dissipation thermique mais une bande passante plus limitée que le photomélangeur planaire. Ensuite, les caractéristiques du banc de spectroscopie térahertz ont été déterminées à partir de l'étude de la molécule de sulfure d'hydrogène. Le spectromètre possède une pureté spectrale de 5 MHz (FHWM) et une sensibilité de quelques 10‾4 cm‾1 vers THz. Sa couverture spectrale s'étendant de 100 GHz (3 mm) à 3 THz (100 [micron]m) et sa souplesse d'utilisation constituent ses principaux atouts. Puis, l'intensité et le coefficient d'auto-élargissement collisionnel de diverses transitions de rotation du niveau de base du sulfure de carbonyle (OCS) ont pu être déterminés. Enfin, le photomélange offre également la possibilité de faire la détection cohérente du rayonnement térahertz. Le signal indépendant du temps (détection homodyne) généré dépend de l'amplitude et de la phase du champ térahertz détecté. L'absorption et la dispersion de milieux diélectriques ont été mesurées ; ainsi que la dispersion anormale au voisinage d'une transition de rotation de OCS.