amélioration du montage de détection térahertz par

Université du Québec
Institut National de la Recherche Scientifique
Centre Énergie Matériaux Télécommunications
AMÉLIORATION DU MONTAGE DE DÉTECTION TÉRAHERTZ PAR
INTERFÉROMÉTRIE DANS LE DOMAINE FRÉQUENTIEL
Par
Marie Kirouac-Turmel
Mémoire présenté pour l’obtention du grade de
Maître ès sciences (M.Sc.)
en sciences de l’énergie et des matériaux
Jury d’évaluation
Président du jury et Patrizio Antici
examinateur interne INRS
Examinateur externe Denis Morris
Département de physique
Université de Sherbrooke
Directeur de recherche Tsuneyuki Ozaki
INRS
Codirecteur de recherche Christian-Yves Côté
Axis-Photonique
© Droits réservés de (Marie Kirouac-Turmel), 16 février 2017

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REMERCIEMENTS
Je voudrais d’abord remercier mon directeur de recherche, le professeur Tsuneyuki
Ozaki, qui m’a accueillie dans son groupe de recherche puis conseillée et guidée
jusqu’à la fin de ma maîtrise. Je remercie également mon codirecteur, Christian-Yves
Côté, pour la proposition de mon sujet de maîtrise et pour ses conseils.
Je voudrais aussi remercier tous les gens avec lesquels j’ai travaillé au cours de ces
deux dernières années et grâce auxquels j’ai beaucoup appris. Je pense en particulier à
Denis Férachou pour son support et son aide tout au long de ma maîtrise. Merci aussi à
Xavier Ropagnol et à Hassan Hafez pour le partage de leurs connaissances et à Akram
Ibrahim pour les discussions de laboratoire.
Un gros merci également aux techniciens Philippe Lassonde et Antoine Laramée, sans
lesquels les expériences effectuées au ALLS n’auraient jamais été possibles. Merci
aussi à Philippe pour ses idées apportées lors des séances de laboratoire.
Pour finir, je remercie grandement les membres du jury pour le temps qu’ils prennent à
lire ce mémoire.

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RÉSUMÉ
Une des techniques les plus communes de détection térahertz est l’échantillonnage
électro-optique. Or, la différence de phase maximum mesurable avec cette technique
est limitée, ce qui cause un problème de sur-rotation lors de la mesure de champs
térahertz intenses. La détection térahertz par interférométrie dans le domaine
fréquentiel a été développée pour pallier ce problème. Une énorme amélioration de la
phase maximum mesurable a été reportée, avec toutefois une importante diminution du
rapport signal sur bruit. Dans une optique de commercialisation future, il est nécessaire
d’améliorer les performances de la détection par interférométrie dans le domaine
fréquentiel, mais aussi sa facilité d’utilisation et son intégration.
Ce mémoire propose quelques améliorations apportées au montage et au traitement
des données. D’abord, une intégration partielle du système a amélioré le rapport signal
sur bruit temporel d’un ordre de grandeur en plus de faciliter grandement l’alignement.
Une technique d’acquisition avec référence a aussi été testée mais pose plus de
problèmes pour les mêmes performances. Une méthode de moyennage rapide a
également été implémentée, dont les premiers tests avec seulement quelques images
moyennées ont amélioré les performances d'environ deux fois. Un algorithme de
traitement des données permettant d’éviter le déroulage de phase a également été
proposé pour optimiser l’alignement d’un montage de génération THz avec le système
de détection par interférométrie fréquentielle, ce qui n’a jamais été fait. Finalement, une
formule pour calculer le champ électrique térahertz en unités réelles a été développée
puisque les mesures effectuées à ce jour n’utilisaient que des unités arbitraires.
Mots-clés : Térahertz; THz; interférométrie dans le domaine fréquentiel; SDI; détection;
sur-rotation; rapport signal sur bruit; SNR; échantillonnage électro-optique; EOS