Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont mis au point un laser terahertz au design compact, pouvant être configuré dans très large plage de fréquences. Une avancée majeure pour démocratiser l’utilisation des ondes térahertz dans de nombreuses applications. Ces travaux ont été publiés début janvier dans le magazine APL Photonics.
L’utilisation des ondes térahertz intéresse de nombreux secteurs. Se situant entre 300 GHz et plusieurs milliers de GHz - soit entre la plage de fréquence des infrarouges et des micro-ondes – cette gamme de fréquences peut être utilisée dans des domaines variés comme l’imagerie médicale ou encore le contrôle non destructif.
Des systèmes à taille réduite
La conception d’un dispositif dédié aux ondes terahertz pose encore certains défis. En effet, si les systèmes électroniques, tels que les transistors, fonctionnent bien en bas de cette gamme de fréquences, leurs performances chutent drastiquement lorsque l’on dépasse le terahertz. A contrario, les systèmes photoniques comme les lasers à diode ne sont performants que dans les très hautes fréquences (supérieures à 10 Thz). En outre, les dispositifs capables d’atteindre le terahertz nécessitent le plus souvent des boîtiers volumineux et encombrants. Les systèmes les plus compacts demandent un environnement à très basse température (en dessous de 200 kelvin) pour limiter l’agitation moléculaire et faciliter le réglage.
Les chercheurs du SEAS sont partis d’une précédente innovation du Capasso Group de l’Université d’Harvard. Celui-ci a montré en 2019, qu’une source terahertz, portative et facilement réglable, pouvait fonctionner à température ambiante. Les scientifiques ont utilisé un laser peu volumineux à cascade quantique (QCL) pour le pompage optique, associé à un milieu amplificateur constitué d’oxyde nitreux (N2O). Ce concept a permis d’obtenir un laser pouvant être réglé sur 39 fréquences, allant de 0,25 à 0,95 terahertz.
Un large gamme de fréquences
L’innovation du SEAS a été de remplacer l’oxyde nitreux du milieu amplificateur par du fluorométhane (CH3F). Les tests réalisés ont permis au laser d’atteindre près de 120 fréquences différences, dans une gamme allant de 0,25 à 1,3 terahertz. Selon les chercheurs, l’émission du laser au-delà du terahertz est atteinte de manière fiable avec un dispositif peu volumineux.
Cette innovation pourrait faciliter l’intégration des sources terahertz dans de nombreuses applications comme l’imagerie médicale pour la détection de cancer, l’inspection non destructive pour l’industrie ou la sécurité des lieux sensibles, ou encore la communication sans fil à haute fréquence.
