Générations et détection THz

•    Générations plasma

Cette activité est articulée autour de la chaîne laser amplifiée (50 fs, 1 kHz, 5 mJ/pulse) qui permet d’obtenir des puissances optiques crêtes d’une centaine de GW. En focalisant ces impulsions optiques, nous obtenons des champs électriques suffisamment intenses pour ioniser l’air. Ce plasma est un milieu centro-symétrique dans lequel l’effet non linéaire d’ordre 3 (effet Kerr) est prépondérant. Par conséquent, la superposition spatialle et temporelle d’une impulsion centrée 800 nm et d’une autre centrée à 400 nm, permet la génération d’une impulsion THz par effet Kerr (ωrouge+ωrouge-ωbleu=ΩTHz).

L’objectif est d’étudier les mécanismes physiques mis en jeu dans ce processus de génération, ou encore l’impact de certains paramètres expérimentaux sur la qualité des impulsions THz.

En parallèle, nous aborderons le développement de sources THz plasma innovantes. Il s’agit d’enrichir le plasma photogénéré par l’ajout de particules chargées apportées par un plasma externe, et ce afin d’améliorer/modifier les caractéristiques de l’impulsion THz générée. Des résultats préliminaires encourageants nous permettent d’envisager le développement de sources THz dont les caractéristiques intrinsèques (durée d’impulsion, polarisation, amplitude...) sont paramétrées par les propriétés physiques du plasma externe (densité de charge, nature du gaz, température du plasma…). De telles sources THz auraient un grand intérêt pour le développement de systèmes de spectroscopie « agiles », par exemple.  Il est aussi par conséquent envisageable de diagnostiquer un plasma externe en observant l’impulsion THz générée en son sein. Pour nous assister dans ces études, nous avons initié une collaboration avec le laboratoire GREMI d’Orléans.

• Dispositifs THz intégrés

Nous poursuivons le développement et la caractérisation de photocommutateurs rapides en GaAs et à fort rendement de conversion ainsi que leurs circuits (coll. l’Institut Néel, groupe de Cohérence Quantique). La conception des photocommutateurs est basée sur la nano-photonique et la plasmonique. Les composants réalisés devront permettre la génération de signaux électriques picosecondes à l’aide de très faibles énergies optiques (~ pJ/ Pulse), pour contrôler le fonctionnement d’un circuit électronique aux propriétés quantiques (gaz d’électrons 2D) tout en maintenant le circuit à 100 mK (cette température est nécessaire pour assurer un temps de cohérence suffisament long des électrons).
A terme, nous souhaitons pouvoir générer des signaux électriques aux paramètres variables selon la fonction que devra réaliser le circuit quantique. Des amplitudes de 10 à 300 mV, des durées de 2 à 50 p et des formes (lorentzienne, carré) seront recherchées. La conception et la caractérisation de tels composants repose sur des compétences transversales au laboratoire (optique, semiconducteur et RF) et pourra faire l’objet d’une collaboration entre équipes via l’axe transversal « Composants et Techniques Optoélectroniques ».
La partie réalisation technologique des composants est externalisée, notamment à la PTA de Grenoble.
Ce thème de recherche est soutenu par le projet ANR STEPforQUBITS (AAP générique 2019).