La recherche et le développement de sources térahertz (THz) efficaces constituent l'un des objectifs scientifiques majeurs du 21e siècle. La région THz du spectre électromagnétique est composée de fréquences lumineuses situées entre les bandes infrarouge et micro-ondes et représente l'une des dernières régions de lumière à peine explorées. Il n'existe pas beaucoup de sources et de détecteurs puissants et efficaces actuellement disponibles pour la gamme de fréquences THz. .
Les efforts récents pour produire des sources THz impliquent l’utilisation d’installations laser à grande échelle utilisant des lasers à impulsions ultra-courtes capables de fournir à peu près la quantité d’énergie consommée par un billion d’ampoules de 1 W en l’espace d’un quadrillionième de seconde. L'intensité au foyer de ces lasers est suffisamment forte pour arracher les électrons des matériaux (la matière est transformée en plasma), conduisant à la génération de lumière sur tout le spectre électromagnétique.
Malheureusement, pour produire des fréquences THz plus fortes avec cette méthode, la technologie laser actuelle ne permet que quelques « tirs » sur une période de plusieurs minutes ou heures. Cela signifie que pour mesurer et caractériser correctement les sources THz, une méthode de détection capable de caractériser pleinement le rayonnement produit en un seul tir doit être développée.
Les chercheurs dirigés par le Pr X.-C. Zhang, de l'Institut d'optique de l'Université de Rochester à New York, aux États-Unis, a développé une méthode permettant de détecter le champ électrique THz en le convertissant en lumière visible, connue sous le nom de génération de « seconde harmonique induite par le champ THz » (TFISH). Cette méthode utilise l'optique non linéaire (étude de l'interaction entre la matière et une lumière très intense) pour doubler la fréquence d'un faisceau optique en présence d'une onde THz.
Bien que cette méthode de mesure soit utilisée depuis près de deux décennies, les chercheurs ont conçu une nouvelle stratégie pour mesurer le rayonnement directement au niveau de la source de plasma au fur et à mesure de sa production. L'ouvrage, intitulé "Mesure locale de la génération de deuxième harmonique induite par le champ térahertz dans les filaments plasma", a été publié le 13 décembre 2023 dans Frontiers of Optoelectronics. .
L’onde THz étant confinée au plasma lorsqu’elle est initiée, la conversion non linéaire du THz en lumière visible est extrêmement efficace et peut même être détectée à l’œil nu. Dans leur système, les chercheurs produisent du plasma dans l’air sec avec un faisceau intense et utilisent un deuxième faisceau laser faible de rayonnement optique pour sonder le plasma sous un angle non colinéaire. En synchronisant l'arrivée du faisceau de sondage avec la création du plasma, les chercheurs peuvent caractériser la dynamique du plasma, fournissant ainsi une suite complète de mesures pour la source THz.
De plus, en utilisant un réseau pour modifier la synchronisation à travers le faisceau de sondage, les chercheurs ont présenté la première mesure d'un signal TFISH réalisée en un seul tir laser. Cette méthode fournit à ce jour la plus grande bande passante pour la détection d'un coup unique THz.
Plus d'informations : Kareem J. Garriga Francis et al, Mesure locale de la génération de deuxième harmonique induite par un champ térahertz dans les filaments plasma, Frontiers of Optoelectronics (2023). DOI :10.1007/s12200-023-00095-y
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