L’émission de radiations THz attire depuis quelques années un très fort intérêt de la communauté scientifique internationale, du fait des nombreuses propriétés uniques de ce domaine de longueur d’onde situé entre le moyen infra-rouge et les micro-ondes. En effet, la faible énergie des photons dans ce domaine, ainsi que la présence de bandes d’absorptions de matériaux spécifiques (explosifs par ex.) en font un outil inestimable, notamment en spectroscopie. Dans ce contexte, le laboratoire CORIA travaille au développement de sources térahertz impulsionnelles à hautes cadences (>100 kHz), par opposition aux sources standards opérant à de faibles taux répétitions. L’objectif est ainsi de mettre au point des sources efficaces afin de les utiliser pour évaporer, de façon athermique, les atomes d’une nano-pointe lors d’une expérience de Sonde Atomique Tomographique (SAT) au laboratoire GPM. Au laboratoire, les impulsions THz sont générées par un processus de conversion non-linéaire en utilisant des lasers ultra-rapides dans le proche-infrarouge, et c’est dans ce contexte que s’inscrit cette proposition de stage.
Celui-ci comportera ainsi plusieurs volets, qui seront explorés ou non en fonction des compétences du stagiaire recruté. Le premier et principal volet est expérimental : il s’agira pour le stagiaire de prendre en main l’expérience d’émission et de caractérisation d’impulsions THz, accompagné par les chercheurs, ingénieurs et doctorants de l’équipe, puis d’explorer les configurations permettant une génération efficace, en se basant sur la plateforme haute-cadence / haute-énergie disponible au laboratoire. Cette étape passera notamment par une maitrise de la mise en forme du faisceau pompe avec un miroir « échelon » et le test de différents matériaux non-linéaires pour la conversion vers le THz (matériaux organiques, semiconducteurs et émetteurs spintronique). Ces travaux s’appuierons principalement sur un laser ytterbium émettant des impulsions de 300 fs à la longueur d’onde de 1 µm qui sera bientôt équipé d’un étage de post-compression permettant de générer des impulsions sub-40 fs. Le stagiaire aura aussi pour mission la caractérisation fine des propriétés du rayonnement émis : énergie/puissance, largeur spectrale et durée d’impulsions, à travers la technique d’échantillonnage électro-optique. L’autre facette du stage concernera la
simulation numérique de l’expérience afin d’optimiser les paramètres expérimentaux mentionnés précédemment, ainsi que la prise en compte de la taille du faisceau, etc…. Ce travail se basera sur les travaux en cours dans la thèse de Anna Martinez, doctorante GPM/CORIA/Univ. Napoli.
[1] R. Becheker, L. Guiramand, A. Martinez, S. Idlahcen, J. Houard, T. Godin, X. Ropagnol, D. Paparo, F. Blanchard, A. Vella, and A. Hideur, « High-intensity single-cycle THz source driven by a high-power fiber laser, » in Conference on Lasers and Electro-Optics/Europe (CLEO/Europe 2023) and European Quantum Electronics Conference (EQEC 2023), Technical Digest Series (Optica Publishing Group, 2023), paper cc_2_4. https://opg.optica.org/abstract.cfm?uri=CLEO_Europe-2023-cc_2_4
[2] Angela Vella et al. , High-resolution terahertz-driven atom probe tomography.Sci. Adv.7,eabd7259 (2021). DOI:10.1126/sciadv.abd7259 https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.abd7259
[3] J. Houard, L. Arnoldi , A. Ayoub, A. Hideur, A. Vella, Nanotip response to monocycle terahertz pulses, Appl. Phys. Lett. 117, 151105 (2020) https://doi.org/10.1063/5.0022182
[4] M. Sato, T. Higuchi, N. Kanda, K. Konishi, K. Yoshioka, T. Suzuki, K. Misawa, M. Kuwata-Gonokami, Terahertz polarization pulse shaping with arbitrary field control. Nat. Photonics 7, 724–731 (2013) https://www.nature.com/articles/nphoton.2013.213
[5] Guiramand, L., et al. « Near-optimal intense and powerful terahertz source by optical rectification in lithium niobate crystal. » Photonics Research 10.2 (2022): 340-346. https://opg.optica.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-10-2-340&id=468399
[6] R. Rouzegar, A.L. Chekhov, Y. Behovits, B.R. Serrano, M.A. Syskaki, C.H. Lambert, D. Engel, U. Martens, M. Münzenberg, M. Wolf, G. Jakob, M. Kläui, T.S. Seifert, and T. Kampfrath, “Broadband Spintronic Terahertz Source with Peak Electric Fields Exceeding 1.5 MV/cm” Phys. Rev. Applied 19, 034018 (2023). https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.034018