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Spectroscopie et imagerie Térahertz

 

Chercheurs permanents :


Guilhem Gallot (CNRS)
 

Etudiants :


Xiujun Zheng (thèse)

   

LE RAYONNEMENT TÉRAHERTZ


 

Le groupe de Spectroscopie et d'Imagerie Térahertz a pour but de développer de nouveaux outils d'imagerie et d'analyse des systèmes biologiques à l'aide du rayonnement infrarouge Térahertz (1012 Hz). La gamme des radiations térahertz se situe entre deux régions spectrales bien connues, les micro-ondes et l'optique infrarouge. Pour mémoire, 1 THz correspond à 300 µm, et à 33 cm-1, soit en dessous du bruit thermique à température ambiante. La région qui nous intéresse couvre les fréquences comprises entre 10 GHz et 5 THz. Cette gamme de fréquence a longtemps été très délicate d'accès, mais les développements de ces 15 dernières années ont en partie comblés ces lacunes. Parmi les nombreuses techniques produisant des térahertz, nous nous intéressons à celles produisant des spectres larges et des impulsions de courte durée, et en particulier les systèmes à antennes photoconductrices, qui permettent de travailler à température ambiante.

 

 

      Le principe est le suivant : une impulsion femtoseconde est focalisée sur une antenne photoconductrice sur laquelle sont déposée de lignes conductrices auxquelles on applique une tension continue. Un plasma électron-trou est ainsi optiquement généré. Il s'ensuit une accélération des porteurs sous l'effet du champ statique, et la génération d'une onde électromagnétique très brève dans la région des térahertz. Cette onde est linéairement polarisée dans la direction du champ statique appliqué. Ces impulsions térahertz sont ensuite couplées vers l'extérieur par une lentille en silicium, puis collimatées par deux miroirs paraboliques. Après propagation, ces impulsions sont focalisées sur une antenne photoconductrice semblable à l'émettrice. Cette antenne agit comme un interrupteur photoconducteur, piloté par une seconde impulsion femtoseconde qui génère un courant proportionnel au champ électrique instantané de l'impulsion THz. En faisant varier le retard entre les deux impulsions optiques, on mesure ainsi le profil temporel du champ électrique de l'onde. Ensuite, une transformée de Fourier permet d'obtenir les informations spectrales.

Au Laboratoire d'Optique et Biosciences, nous nous intéressons à l'interaction du rayonnement Térahertz avec les systèmes biologiques (neurone, cellules) en mettant à profit la sensibilité des ondes Térahertz avec les ions en solution. Un microscope Térahertz en champ proche a ainsi été développé, pour dépasser les limites classiques de la diffraction et obtenir des résolutions d'imagerie compatible avec les systèmes biologiques
 

Anciens participants:


Marianne Grognot (PhD 2016)
Antoine Wojdyla (PhD 2011)
Alexander Podzorov (PhD 2009)
Jean-Baptiste Masson (PhD 2007)

Research highlights:


"Observer les neurones grâce aux ondes térahertz"
La Recherche, Mai 2006. PDF
La Recherche, Janvier 2007. PDF

Liens Térahertz:


Association TERANAUTE : Le réseau Téranaute regroupe des industriels et de nombreux acteurs de la recherche française dans le domaine des Térahertz, avec l'objectif d'identifier des applications et le développement de sources et de détecteurs adaptés

 

Publications:


"Quantitative measurement of permeabilization of living cells by terahertz attenuated total reflection"
M. Grognot et G. Gallot
Appl. Phys. Lett. 107, 103702 (2015). PDF

"Attenuated internal reflection terahertz imaging"
A. Wojdyla et G. Gallot
Opt. Lett. 38, 112 (2013). PDF

"Diffraction from a subwavelength elliptic aperture: analytic approximate aperture fields"
J.-B. Masson et G. Gallot
J. Opt. Soc. Am. A 29, 2005 (2012). PDF

"Optical activity of metallic helices in the THz domain: a theoretical investigation."
F. Hache et G. Gallot
J. Opt. Soc. Am. B 29, 2675 (2012). PDF

"Brewster's angle silicon wafer terahertz linear polarizer"
A. Wojdyla et G. Gallot
Opt. Exp. 19, 14099 (2011). PDF

"Few femtosecond, few kiloampere electron bunch produced by a laser-plasma accelerator"
O. Lundh, J. Lim, C. Rechatin, L. Ammoura, A. Ben-Ismaïl, X. Davoine, G. Gallot, J.-P. Goddet, E. Lefebvre, V. Malka et J. Faure
Nature Physics 7, 219 (2011). PDF

"Density of states and vibrational modes of PDMS studied by terahertz time-domain spectroscopy"
A. Podzorov et G. Gallot
Chem. Phys. Lett. 495, 46 (2010). PDF

"Beam waist measurement for terahertz time-domain spectroscopy experiments"
A. Podzorov, A. Wojdyla et G. Gallot
Opt. Lett. 35, 901 (2010). PDF

"Extended Fano model of Extraordinary Electromagnetic Transmission through
subwavelength hole arrays in the terahertz domain"
J.-B. Masson, A. Podzorov et G. Gallot
Opt. Exp. 17, 15280 (2009). PDF
"Anomalies in the disappearance of the extraordinary electromagnetic transmission in subwavelength hole arrays"
J.-B. Masson, A. Podzorov et G. Gallot
Opt. Exp. 16, 4719 (2008). PDF

"Low-loss polymers for terahertz applications"
A. Podzorov et G. Gallot
Appl. Opt. 47, 3254 (2008). PDF

"A model for thermal exchange in axons during action potential propagation"
J.-B. Masson et G. Gallot
Eur. Biophys. J. 37, 1001 (2008). PDF

"True near field versus contrast near field imaging. II. imaging with a probe"
J.-B. Masson et G. Gallot
Opt. Exp. 15, 3078 (2007). PDF

"True near field versus contrast near field"
J.-B. Masson et G. Gallot
Opt. Exp. 14 , 11566 (2006). PDF

"Ionic contrast terahertz time resolved imaging of frog auricular heart muscle electrical activity"
J.-B. Masson, M.-P. Sauviat et G. Gallot
Appl. Phys. Lett. 89, 153904 (2006). PDF

"Ionic contrast terahertz near field imaging of axonal water fluxes"
J.-B. Masson, M.-P. Sauviat, J.-L. Martin et G. Gallot
PNAS 103 , 4808 (2006). PDF

"Coupling between surface plasmons in subwavelength hole arrays"
J.-B. Masson et G. Gallot
Phys. Rev. B 73, 121401(R) (2006). PDF

"Terahertz achromatic quarter-wave plate"
J.-B. Masson et G. Gallot
Opt. Lett. 31, 265 (2006). PDF

"Ultrashort laser pulses and ultrashort electron bunches generated in relativistic laser-plasma interaction"
J. Faure, Y. Glinec, G. Gallot et V. Malka
Phys. of Plasma 13, 056706 (2006). PDF