Non-linear THz sources for time domain spectroscopy
Sources THz non-linéaires pour la spectroscopie résolue en temps
Résumé
The objective of this thesis is to investigate different types of spectrometers in the THz domain thanksto a generation by optical rectification and an electro-optical detection. THz generation was performed usingtwo nonlinear crystals namely ZnTe and BNA. By using the ZnTe crystal as the emitter, a 1 ps long bipolar THzelectric field was generated via optical rectification with a corresponding narrow THz spectrum whose frequencyis centered at 0.5 THz. The detection was performed by electro-optic sampling in a 1 mm thick ZnTe crystal.The experiment was carried out using an Ytterbium-based laser whose center wavelength is at 1030 nm and apulse duration of 500 fs. In the same vein, multicycle THz pulses were generated by replacing the ZnTe emitterwith a 390 μm thick BNA crystal. The duration of the generated THz pulse was less than 1 ps, with a spectralbandwidth of 0.5 THz and a center frequency of 1.3 THz. In addition, the feasibility of both generating anddetecting few picosecond THz pulse in the same crystal was also demonstrated. The THz pulse was characterizedvia the single shot electro-optic scheme. On the application point of view, petrological samples made of organicmatter were characterized by THz time domain spectroscopy. The aim was to identify the elemental presence ofCarbon which are a major constituent of organic matters. A clear inhomogeneity in the samples was revealed.As such, other optical analysis (LIBS and SEM-EDX) was carried out and it revealed several mixtures ofelements in addition to Carbon.
L’objectif de cette thèse est d’étudier différents types de spectromètre dans le domaine THz grâce àune génération par rectification optique et une détection électrooptique. La génération THz a été réalisée à l'aidede deux cristaux non linéaires de ZnTe et BNA. En utilisant le ZnTe comme émetteur, un champ électrique THzbipolaire d’une durée de 1 ps a été généré par rectification optique associé à un spectre THz étroit centré à 0,5THz. La détection a été réalisée par un échantillonnage électrooptique dans un cristal de ZnTe de 1 mmd'épaisseur. L'expérience a été réalisée à l'aide d'un laser ytterbium émettant un spectre centré à 1030 nm et unedurée d'impulsion de 500 fs. De même, des impulsions THz à cycles multiples ont été générées en remplaçantl'émetteur de ZnTe par un cristal de BNA de 390 μm d'épaisseur. La durée de l'impulsion THz générée étaitinférieure à 1 ps, avec une bande passante spectrale de 0,5 THz et une fréquence centrale de 1,3 THz. Encomplément, la possibilité de générer et de détecter à la fois des impulsions THz de quelques picosecondes dansle même cristal a été démontrée. Les impulsions THz ont été caractérisées par une détection électrooptiquemonocoup. Du point de vue applicatif, des échantillons collectés au Nigeria sur un site industriel ont éténotamment caractérisés par spectroscopie THz résolue en temps. En effet, les ondes térahertz (THz) sontapparues comme un nouvel outil scientifique et technologique, en particulier dans le domaine de l'industriepétrolière et gazière. La spectroscopie THz peut détecter diverses vibrations intermoléculaires, du réseau enparticulier les structures organiques comme le kérogène présent dans ces échantillons. Les données rapportéescomplètent d'autres analyses optiques (LIBS et SEM-EDX) et ont révélé plusieurs mélanges d'éléments en plusdu carbone, constituant majeur des matières organiques de type kérogènes. Une nette inhomogénéité dans leséchantillons a été révélée.
Domaines
Physique [physics]Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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