Cristaux de saphir : des scientifiques russes trouvent le moyen d’accroître l’intensité du rayonnement térahertz

Des scientifiques ont augmenté l’intensité des ondes térahertz grâce aux fibres de saphir.

Des chercheurs russes de l’Université technique d’État de Moscou Bauman et de l’Institut d’électronique semi-conductrice ultra-hertzienne Mokérov auprès de l’Académie des sciences de Russie ont élaboré une technologie permettant d’accroître le rayonnement térahertz d’au moins 8,5 fois. Pour ce faire, les chercheurs ont cultivé des fibres de saphir avant de les appliquer à la surface de l’émetteur d’une antenne générant des ondes térahertz. Cette procédure a permis de rendre beaucoup plus intense le rayonnement dont le champ d’application s’étend à plusieurs domaines : le dépistage médical, l’étude des objets archéologiques, le contrôle des passagers dans les aéroports, mais aussi le fonctionnement de certains systèmes de communication.

Les scientifiques russes ont créé un émetteur d’ondes térahertz de grande surface, muni d’un système optique cylindrique basé sur une microlentille en saphir qui accroît de 8,5 fois l’intensité du rayonnement, ce qui permettra de rendre la technologie plus efficace. Aujourd’hui, ces ondes sont utilisées pour diagnostiquer des maladies, scanner les passagers dans les aéroports, assurer le fonctionnement de certains systèmes de communication et dans d’autres domaines. C’est le service de presse de la Fondation scientifique russe qui l’a fait savoir à RT. La recherche était soutenue par une subvention de la Fondation, ses résultats ont été publiés dans la revue Applied Physics Letters.

Des spécialistes de l’Institut d’électronique semi-conductrice ultra-hertzienne auprès de l’Académie des sciences de Russie et de l’Université technique d’État de Moscou ont participé au projet.

Pour rappel, les ondes térahertz (ondes THz) sont des ondes submillimétriques d’une longueur égale ou inférieure à 1 millimètre, permettant d’examiner l’état des tissus biologiques pour dépister des pathologies, de scanner les bagages aux points de contrôles, mais aussi d’étudier des trouvailles archéologiques. Un avantage important de ce type de rayons est le fait qu’il ne présente aucun risque pour l’homme, contrairement aux rayons X, par exemple. De surcroît, les ondes térahertz trouvent une application dans les communications spatiales.

Pour générer ces rayons, des antennes photoconductrices sont employées qui transforment le rayon laser en ondes térahertz. Cependant, la puissance de ces antennes est limitée à cause de leurs propriétés physiques.

Les auteurs de l’étude ont trouvé le moyen d’intensifier la puissance des rayons térahertz avec une lentille spéciale, placée sur la surface de l’antenne. Pour l’obtenir, les scientifiques ont d’abord cultivé des cristaux de saphir sous forme de fines fibres, appliquées ensuite sur la surface de l’antenne.

Les expériences effectuées ont démontré que la puissance des ondes térahertz générées par le nouveau dispositif dépasse de 8,5 fois les caractéristiques d’une antenne analogue sans lentilles de saphir.

« L’émetteur de grande surface que nous avons mis au point, peut être facilement intégré dans des systèmes modernes de visualisation aux ondes térahertz qui sont notamment utilisés pour scanner des tissus vivants ou d’autres matières. En même temps, l’approche que nous avons proposée, à savoir l’utilisation de fibres de saphir comme microlentille efficace, permettra d’élargir le champ d’application des scanners à ondes térahertz dans des domaines comme la médecine, le suivi écologique, ou bien les systèmes de sécurité, confie à RT Dmitri Ponomariov, directeur adjoint chargé des études scientifiques à l’Institut d’électronique semi-conductrice ultra-hertzienne auprès de l’Académie des sciences et chercheur senior au laboratoire des lasers à cascade quantique de l’Université technique d’État de Moscou. »

Dans l’avenir, les chercheurs envisagent de tester l’efficacité du dispositif en utilisant des lasers de haute puissance, ainsi que d’améliorer la forme de l’émetteur de l’antenne.