Le rayonnement térahertz peut pénétrer dans de nombreux matériaux :plastique, Vêtements, papier et certains tissus biologiques, ce qui en fait un candidat attrayant pour des applications telles que la détection d'armes dissimulées, inspection des colis et imagerie des tumeurs cutanées. Cependant, à ce jour, il n'existe pas de méthode standard pour mesurer la puissance de sortie absolue des lasers térahertz, une source de ce type de rayonnement. Maintenant, des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont découvert que des réseaux denses de nanotubes de carbone extra-longs absorbent presque toute la lumière des grandes longueurs d'onde, et sont donc des revêtements prometteurs pour des prototypes de détecteurs destinés à mesurer la puissance laser térahertz.

La recherche fait partie des efforts du NIST pour développer les premières normes de référence pour l'étalonnage des lasers qui fonctionnent dans la gamme térahertz, de l'infrarouge lointain à des longueurs d'onde de 100 micromètres jusqu'au bord de la bande des micro-ondes à 1 millimètre.

"Il n'y a pas de traçabilité des mesures de puissance absolue pour les sources laser térahertz, " Le chef de projet NIST, John Lehman, déclare. "Nous avons des clients qui demandent les étalonnages. Ce revêtement semble viable pour les détecteurs de puissance laser térahertz."

Le revêtement, appelé VANTA (matrice de nanotubes de carbone alignés verticalement), a plusieurs propriétés souhaitables. De toute évidence, il est facile à manipuler. Les nanotubes mesurent des dizaines de micromètres à plus d'un millimètre de long, une couche dense est donc visible sans microscope. Un morceau de VANTA peut être coupé, levé, et porté comme un morceau de gâteau, ce qui facilite le transfert d'une surface de silicium où les tubes sont développés à un détecteur de puissance laser.

Plus important encore, le revêtement est très foncé. L'équipe du NIST a évalué trois échantillons VANTA avec des longueurs moyennes de 40 et 150 micromètres et 1,5 millimètre (mm) et a découvert que des tubes plus longs réfléchissaient moins de lumière. La version 1,5 mm ne reflète presque pas la lumière, à peine 1 % à une longueur d'onde de 394 micromètres. Ce résultat, la toute première évaluation de la réflectance d'une VANTA à cette longueur d'onde térahertz, indique que pratiquement toute la lumière laser arrivant est absorbée, qui permettrait des mesures très précises de la puissance laser.

Le 1,5 mm VANTA absorbe plus de lumière que les revêtements comparables tels que le noir d'or, mais plus de travail est nécessaire pour calculer les incertitudes et déterminer les effets de facteurs tels que l'angle d'éclairage. Le projet prolonge la longue histoire du NIST dans les mesures de puissance laser et les récentes avancées de Lehman dans les revêtements de nanotubes ultra-sombres.

Les VANTA ont également des propriétés thermiques souhaitables. Les chercheurs du NIST ont découvert que le matériau absorbe et libère la chaleur rapidement par rapport aux autres revêtements noirs, ce qui rendra les détecteurs plus réactifs et plus rapides pour produire des signaux. Autrement, un revêtement suffisamment épais pour absorber les grandes longueurs d'onde de la lumière ne transmettrait pas efficacement la chaleur au détecteur.

En développant la capacité de radiométrie laser térahertz, Le NIST construit un laser térahertz conçu pour les mesures de routine et un détecteur appelé thermopile pour mesurer la puissance du laser. Cette conception de détecteur simple produit une tension lorsque de la chaleur est appliquée à une jonction de deux métaux différents. Des chercheurs du NIST ont utilisé le VANTA pour revêtir un prototype de thermopile. D'autres recherches sont prévues pour concevoir des détecteurs qui pourraient servir d'étalons de référence.