Matrices d'antennes photoconductrices pour l'imagerie terahertz rapide champ lointain et champ proche // Terahertz array sources and sensors for far-field and near-field imaging

Ces dernières décennies, les technologies d'imagerie THz ont connu des développements significatifs, avec des applications diverses telles que l'imagerie biomédicale, le contrôle non destructif ou la sécurité. Toutefois, l'utilisation des systèmes d'imagerie térahertz impulsionels large bande actuels est limitée par leur lenteur. Ce projet de thèse repose sur la conception récente d'une matrice composée d'antennes photoconductrices plasmoniques terahertz (THz-FPA ) pour une acquisition directe des informations spatiales et spectrales des objets sans balayage, en collaboration avec UCLA.
Après une étude bibliographique, le premier travail expérimental sera lié à la caractérisation du dispositif et l'évaluation de plusieurs configurations (multi pixel, groupe de pixels et illumination de toute la matrice). Ce travail consiste à intégrer l'antenne THz avec un laser femtoseconde à l'IMS. Cette partie expérimentale mettra en œuvre un scanner galvanométrique, un réseau de microlentilles, un laser femtoseconde en mode pompe-sonde avec une ligne de retard, un amplificateur de verrouillage de phase et des éléments optomécaniques.
Il s'en suivra une étude dans des configurations d'imagerie en champ lointain et en champ proche, le but cette fois étant d'évaluer la dynamique des mesures, la résolution, la vitesse, la bande spectrale, etc. Au-delà de l'aspect expérimental, le travail de traitement du signal visera à évaluer les performances du système d'imagerie et impliquera des mesures sur des échantillons de référence et des mires de résolution dédiées. Cette méthodologie de métrologie térahertz vise non seulement à caractériser le système, mais implique également des expériences de comparaison avec des systèmes point par point présents sur la plateforme ATLAS, pour l'imagerie en champ lointain.
Puis, en fin de 2ieme année, une nouvelle intégration de THz-FPA est prévue avec des fonctionnalités avancées. Dans cette configuration, le réseau d'antennes peut être piloté électriquement et nous n'avons plus besoin d'aucun scanner galvanométrique, ouvrant ainsi une augmentation importante de la vitesse (taux de vidéo) et une expérience plus simple à intégrer. Le but est d'appliquer en 3ieme année cette expérience l'ouvrir à des applications transdisciplinaires, pour tirer profit de cette matrice dans des contextes applications communs de l'équipe (art et patrimoine, test non destructif, etc).
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In recent decades, THz imaging technologies have seen significant developments, with a wide range of applications such as biomedical imaging, non-destructive testing, and security. However, the use of current broadband pulsed terahertz imaging systems is limited by their slowness.
This PhD project is based on the recent design of an array composed of plasmonic photoconductive terahertz antennas (THz-FPA) for the direct acquisition of spatial and spectral information of objects without scanning, in collaboration with UCLA (University of California, Los Angeles).
After a literature review, the first experimental task will involve characterizing the device and evaluating several configurations (multi-pixel, pixel group, and full-array illumination). This work involves integrating the THz antenna with a femtosecond laser at IMS. The experimental part will implement a galvanometric scanner, a microlens array, a femtosecond pump-probe laser with a delay line, a lock-in amplifier, and optomechanical components.
This will be followed by a study in both far-field and near-field imaging configurations, with the goal of evaluating measurement dynamics, resolution, speed, spectral bandwidth, etc. Beyond the experimental aspect, signal processing work will aim to assess the imaging system's performance and will include measurements on reference samples and dedicated resolution targets. This terahertz metrology methodology not only aims to characterize the system but also involves comparison experiments with point-by-point systems available on the ATLAS platform at IMS for far-field imaging.
Then, at the end of the second year, a new integration of the THz-FPA is planned with advanced features. In this configuration, the antenna array can be electrically controlled, eliminating the need for any galvanometric scanner, thus significantly increasing speed (video rate) and making the experiment easier to set up. The goal for the third year is to apply this system to transdisciplinary applications, such as art and heritage, non-destructive testing, etc..
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Début de la thèse : 01/10/2025

MESRI

Université de Bordeaux

209 Sciences Physiques et de l'Ingénieur