dates de publication des articles associés [40].
Un deuxième problème desQCLest l’accordabilité. Comme rappelé ci-dessus, la lon- gueur d’onde d’émission du laser dépend de la largeur des puits quantiques choisis ce qui rend le changement de fréquence à priori difficile. Il convient cependant de nuancer cette affirmation. Il est possible de changer légèrement la fréquence de fonctionnement d’unQCLen changeant sa température de fonctionnement ou en faisant une zone de gain avec un gradient d’épaisseur et en jouant sur la cavité (laser à cavité étendue). Malgré ces inconvénients, leQCLreste une source térahertz fiable, compacte (outre la partie refroi- dissement) et dont on peut choisir la longueur d’onde d’émission avant sa fabrication.
c) Génération par phénomènes non linéaires
Une autre méthode de génération d’ondes térahertz consiste à utiliser des phéno- mènes non linéaires dans les cristaux. Ce phénomène peut se comprendre en oubliant l’une des premières approximations faites lorsqu’on fait l’étude électromagnétique d’un système : la linéarité du matériau. La relation est en fait tensorielle et plus compliquée [44] : P (t ) = ²0 ∞ X i =1 χ(i )(E (t ))i (1.2)
La relation (1.2) montre que dans le cas d’un matériau soumis à un champ électrique important et ayant un χ(2) suffisamment important, il est par exemple possible de gé- nérer une onde au second harmonique. La génération à partir de cristaux nécessite de prendre quelques précautions dans le choix du cristal. La première consiste à s’assurer que le cristal est transparent pour les longueurs d’onde utilisées (en entrée et en sortie). Il faut également s’assurer que le matériau peut supporter des champs électriques im- portants lorsque l’on souhaite travailler en régime impulsionnel. La dernière précaution concerne la dispersion du matériau, il faut un système assurant l’accord de phase. La pre- mière démonstration de génération au second harmonique à l’aide d’un cristal a été faite à l’aide d’un cristal de quartz [45] en créant une onde à 347.2 nm à partir d’un laser à rubis (longueur d’onde égale à 694.3 nm).
Plus récemment, différents cristaux ont été utilisés pour générer des ondes pulsées ou continues comme du lithium niobate LiNbO3ou du GaP. En 2013, une onde à 1.9 THz ayant une puissance de 100µW avec un cristal de LiNbO3périodiquement incliné (per- mettant ainsi de limiter la dispersion du matériau [46].
Une autre façon de générer des signaux en utilisant des cristaux non linéaires est la
génération par différence de fréquence ou Difference Frequency Generation (DFG), il est en effet possible de générer une onde de fréquenceν3en éclairant un cristal avec deux
ondes de fréquencesν1etν2telles queν3= |ν1− ν2| [47,48].
Il est également possible de générer des impulsions térahertz en faisant de la recti- fication optique, qui n’est qu’une généralisation du cas précédent. Pour ce faire, il suf- fit d’éclairer un cristal ayant unχ(2) non négligeable (de l’ordre de 5 × 10−12m V−1 [49]) avec une impulsion optique courte, générée par un laser Ti :Sapphire par exemple. L’en- semble des fréquences présentes dans l’impulsion optique va se mélanger dans le cris- tal et émettre une impulsion térahertz. Une méthode permettant de s’assurer que l’onde térahertz générée n’est pas affectée par la dispersion du matériau a été montrée sur un cristal de GaP en faisant en sorte que le front d’onde et le front de phase soient inclinés l’un avec l’autre [50]. Il est également possible d’agir sur la forme du faisceau incident en ajoutant un masque sur le cristal pour changer la fréquence d’émission du cristal [51]. Cette méthode a permis d’atteindre une puissance moyenne de l’ordre de 6.5µW dans un cristal de LiNbO3. D’autres types de cristaux plus exotiques comme les cristaux orga- niques peuvent être utilisés. L’avantage de ce type de cristaux est leur non-linéarité im- portante. En revanche, ils ne sont en général pas utilisés avec une impulsion classique comme celle d’un laser Ti :saphir, ils peuvent être éclairés par des impulsions centrées entre 1200 et 1500 nm. En 2011, HAURIet al. ont utilisé un cristal de sel organique 4-N,N- dimethylamino-4’-N’-methyl stilbazolium tosylate (ou DAST) pour générer des impul- sions couvrant la bande 0.5-5 THz.
Les sources d’impulsions térahertz par rectification optique sont notamment utilisées comme sources ou détecteurs dans les systèmes d’échantillonnage en temps équivalent comme laTDS.
1.2.3 Sources électroniques
a) Effet Smith-Purcell et carcinotrons
L’effet Smith-Purcell décrit l’émission d’une onde lorsqu’un faisceau d’électrons se propage dans un champ électrique périodique. Un effet similaire se retrouve lorsque le faisceau d’électrons rase un réseau de diffraction métallique. Cet effet a été mis en évi-
émise dépend de la vitesse v des électrons, de la période du réseau g , de l’ordre spectral
n choisi et de l’angle d’émissionθ en rapport à la normale du réseau : λSP= g n ³c v − sin (θ) ´ (1.3) Le carcinotron est l’une des sources térahertz se basant sur l’effet Smith-Purcell. Le faisceau d’électrons est émis depuis sa cathode chaude, est ensuite accéléré et se déplace vers l’anode. Les électrons sont ensuite collimatés par un champ magnétique uniforme et rasent une structure de diffraction périodique pour produire l’onde recherchée. Le choix des dimensions de la structure est fait de sorte que l’onde créée se déplace en sens op- posés au faisceau d’électrons, d’où le nom anglais Backward Wave Oscillators (voir figure
1.14). Le brevet du Backward Wave Oscillators date de 1961 [54], cependant, une struc- ture similaire française avait été développée une décennie avant par des Français [55] qui avaient été appelée carcinotron.