Le rayonnement térahertz est utilisé pour les contrôles de sécurité dans les aéroports, pour les examens médicaux ainsi que pour les contrôles de qualité dans l'industrie. Cependant, le rayonnement dans la gamme térahertz est extrêmement difficile à générer. Les scientifiques de la TU Wien en étroite collaboration avec des collègues de l'Institute of Electronic Structure and Laser (IESL), La Fondation pour la recherche et la technologie - Hellas (FORTH) à Héraklion et la Texas A&M University au Qatar ont maintenant réussi à développer une source de rayonnement térahertz qui bat plusieurs records :elle est extrêmement efficace, et son spectre est très large - il génère différentes longueurs d'onde de toute la gamme térahertz. La recherche a été inspirée par la théorie développée à la Texas A&M University, prédisant qu'avec des impulsions laser de grande longueur d'onde, une génération THz extrêmement efficace pourrait être obtenue dans un plasma d'air. Cela ouvre la possibilité de créer de courtes impulsions de rayonnement avec une intensité de rayonnement extrêmement élevée. La nouvelle technologie térahertz a maintenant été présentée dans la revue Communication Nature .

Le "Terahertz Gap" entre les lasers et les antennes

"Le rayonnement térahertz a des propriétés très utiles, " explique Claudia Gollner de l'Institut de photonique de la TU Wien. " Il peut facilement pénétrer dans de nombreux matériaux, mais contrairement aux rayons X, il est inoffensif car ce ne sont pas des rayonnements ionisants."

D'un point de vue technique, cependant, le rayonnement térahertz est situé dans une région de fréquence très difficile d'accès, une sorte de no man's land entre deux zones bien connues :un rayonnement à des fréquences plus élevées peut être généré par des lasers à solide ordinaires. Rayonnement basse fréquence, d'autre part, tel qu'il est utilisé dans les communications mobiles, est émis par les antennes. Les plus grands défis se situent exactement entre les deux, dans la gamme térahertz.

Dans les laboratoires laser de la TU Wien, il faut donc déployer beaucoup d'efforts pour générer les impulsions de rayonnement térahertz de haute intensité souhaitées. "Notre point de départ est le rayonnement d'un système laser infrarouge. Il a été développé dans notre Institut et il est unique au monde, " dit Claudia Gollner. Tout d'abord, la lumière laser est envoyée à travers un milieu dit non linéaire. Dans ce matériau, le rayonnement infrarouge est modifié, une partie est convertie en rayonnement avec une fréquence double.

"Alors maintenant nous avons deux types différents de rayonnement infrarouge. Ces deux types de rayonnement sont ensuite superposés. Cela crée une onde avec un champ électrique avec une forme asymétrique très spécifique, " dit Gollner.

Transformer l'air en plasma

Cette onde électromagnétique est suffisamment intense pour arracher les électrons des molécules de l'air. L'air se transforme en un plasma incandescent. Puis, la forme particulière du champ électrique de l'onde accélère les électrons de telle sorte qu'ils produisent le rayonnement térahertz souhaité.

« Notre méthode est extrêmement efficace :2,3 % de l'énergie fournie est convertie en rayonnement térahertz, c'est-à-dire des ordres de grandeur de plus que ce qui peut être obtenu avec d'autres méthodes. Il en résulte des énergies THz exceptionnellement élevées de près de 200 µJ, " explique Claudia Gollner. Un autre avantage important de la nouvelle méthode est qu'un très large spectre de rayonnement térahertz est généré. Des longueurs d'onde très différentes dans toute la gamme térahertz sont émises simultanément. Cela produit des impulsions de rayonnement courtes extrêmement intenses. Plus le spectre des différents térahertz est grand. longueurs d'onde, les impulsions plus courtes et plus intenses peuvent être générées.

De nombreuses applications possibles

"Cela signifie que pour la première fois une source térahertz pour un rayonnement de très haute intensité est désormais disponible, " dit Andrius Baltuska, le chef du groupe de recherche à l'Université de technologie de Vienne. « Les premières expériences avec des cristaux de tellurure de zinc montrent déjà que le rayonnement térahertz est parfaitement adapté pour répondre aux questions importantes de la science des matériaux d'une manière totalement nouvelle. Nous sommes convaincus que cette méthode a un grand avenir.