Thèse soutenue

Etudes des matériaux, composants et systèmes dans le domaine térahertz par analogie aux méthodes optiques

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Auteur / Autrice : Cyndie Poulin
Direction : Hassan AkhouayriMyriam ZerradMeriam Triki
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Optique, Photonique et traitement d'image
Date : Soutenance le 27/11/2018
Etablissement(s) : Ecole centrale de Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Fresnel (Marseille, France) - Institut FRESNEL / FRESNEL
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Haese-Rolland, Isabelle Sagnes
Rapporteurs / Rapporteuses : Georges Boudebs, Dominique Coquillat

Mots clés

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Résumé

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L’objectif de ma thèse est d’étendre les modèles électromagnétiques existants à l’Institut Fresnel pour les fréquences optiques vers le domaine des fréquences térahertz (THz), pour mieux comprendre les phénomènes physiques mis en jeu lors d’interaction onde-matière. Cette compréhension permettrait d’améliorer l’analyse des images THz acquises et de mieux définir les configurations des systèmes optiques utilisés. Ce travail est réalisé en comparant les résultats issus de la modélisation avec ceux provenant d’expériences menées par imagerie THz au sein de l’entreprise Terahertz Waves Technologies. Dans le futur, la modélisation pourrait devenir un outil prédictif pour la caractérisation de matériaux dans le domaine THz.Les ondes THz se situent entre l’infrarouge lointain et les micro-ondes dans le spectre électromagnétique allant de 0.01 mm à 3 mm (ou 100 GHz à 30 THz). Ces ondes bénéficient des avantages des ondes optiques et des micro-ondes dépendant des longueurs d’ondes utilisées. L’imagerie THz présente un fort potentiel pour la caractérisation de la matière, car ces ondes peuvent pénétrer beaucoup de matériaux qui sont opaques dans le visible et dans l’infrarouge. La détection de défauts, les délaminations, la présence d’humidité, etc…, sont un exemple des problématiques qui peuvent être investiguées grâce au rayonnement THz.Dans un premier temps, j’ai pu simuler la réponse optique d’échantillons polymères plans homogènes et isotropes avec de bons accords entre le calcul et la mesure. Ces résultats ont permis de réaliser de premières modélisations d’images en adéquation avec l’imagerie THz. L’étude est ensuite élargie aux matériaux anisotropes qui existent dans l’environnement industriel actuel ainsi qu’aux objets de forme cylindrique. Les modèles développés considèrent l’indice de réfraction complexe d’un échantillon et son épaisseur, c’est pourquoi un chapitre est dévolu à la méthode d’estimation de ces paramètres à partir de mesures issues de spectroscopie THz dans le domaine temporel mise en œuvre.