Terahertz wave-guided reflectometry system

par Mingming Pan

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Patrick Mounaix, Dean Lewis et de Jean-Paul Guillet.

  • Titre traduit

    Réflectométrie dans le domaine temporel pour l’optique guidée terahertz


  • Résumé

    Ce travail vise à construire un système compact et facile à mettre en œuvre de réflectométrie guidée par ondes térahertz (TGR) en tirant parti de l'émetteur-récepteur térahertz et des guides d'ondes pour diverses applications. Par rapport aux systèmes conventionnels utilisant une méthode quasi-optique, le nouveau concept a une configuration beaucoup plus simple et permet des applications de sondage à distance.Après des études sur le développement de la technologie térahertz, un émetteur-récepteur à double ACP à pompage optique et deux émetteurs-récepteurs radar à ondes continues modulées en fréquence (FMCW) ainsi que des guides d'ondes à parois minces à noyau creux sont sélectionnés pour mettre en œuvre le premier système TGR en mode impulsionnel et en mode FMCW. Les deux expériences et la simulation 3D pleine onde sont exploitées pour étudier les comportements de propagation des ondes à l'intérieur du système et pour évaluer les performances du système. Les systèmes TGR créés font l'objet d'une démonstration à des fins d'imagerie et de détection. Grâce à la capacité de guidage du guide d'ondes, ces installations présentent un potentiel dans certaines conditions de mesure difficiles, comme dans un environnement étroit et semi-fermé ou dans le liquide. En particulier, la lentille d'immersion solide insérée à l'extrémité du guide d'ondes s'est avérée être une méthode efficace pour améliorer la capacité d'imagerie du système TGR en mode FMCW, donnant lieu à une résolution de sous-longueur d'onde dans la bande de fréquences autour de 100 GHz.En plus des études sur les systèmes TGR, un système de réflectométrie sur plaquette exploitant des sources à pompage optique est également proposé pour bénéficier de la large bande de fréquences des sources photoniques. Comme première tentative, des sondes RF associées à un émetteur-récepteur à double ACP sont utilisées pour délivrer le signal d'impulsion dans des échantillons sur la tranche et les signaux temporels obtenus sont analysés. D'autres propositions sont faites pour pousser plus loin cette étude.


  • Résumé

    This work aims to build up a compact easily-implemented terahertz wave-guided reflectometry (TGR) system by taking advantage of the terahertz transceiver and waveguides for diverse applications. Compared to conventional systems using a quasi-optical method, the new concept has a much simpler configuration and allows for remote probing applications.After reviews on the development of terahertz technology, an optical-pumped double-PCA transceiver and two frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar transceivers together with hollow-core thin-wall waveguides are selected to implement the first TGR system in pulse mode and in FMCW mode. Both experiments and 3D full-wave simulation are exploited to investigate the propagation behaviors of waves inside the system and to evaluate the system performance. The created TGR systems are demonstrated for imaging and sensing purposes. Thanks to the guiding capacity of the waveguide, these setups show potential in some difficult measurement conditions, such as in a narrow semi-enclosed environment or the liquid. In particular, the solid immersion lens inserted at the end of the waveguide has been proved as an efficient method to enhance the imaging capacity of the TGR system in FMCW mode, giving rise to a subwavelength resolution at the frequency band around 100 GHz.In addition to the studies of TGR systems, an on-wafer reflectometry system exploiting optical-pumped sources is as well proposed to benefit from the wide frequency band of photonic sources. As the first attempt, RF probes in association with double-PCA transceiver are used to deliver the pulse signal into samples on-wafer and the obtained time signals are analyzed. More propositions are given to push further up this study.


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