janvier 2024 – juin 2027
Projet ANR-23-CE47-0005 (ANR)
INTERQUO fournira des sources THz prêtes à être utilisées dans des schémas de détection cohérents hautement sensibles, compétitifs avec les ressources actuellement disponibles, telles que la spectroscopie dans le domaine temporel.
Contexte
Grâce à sa capacité unique de détection biochimique, le THz est très prometteur pour une large gamme d’applications dans l’analyse des matériaux, la détection environnementale et les diagnostics de santé. Le THz est aussi utilisé pour la communication en espace libre à large bande passante, en exploitant les fenêtres de transmission atmosphérique. En effet, la diffusion par le brouillard et la pollution est réduite à ces fréquences. L’ouverture de nouveaux horizons dans ces domaines est attendue lors du passage de sources classiques aux quantiques. Les applications THz reposent sur l’utilisation de détecteurs peu sensibles dans le THz, intrinsèquement limités par le fait que l’énergie du photon à mesurer est comparable à celle du fond thermique ambiant. La mécanique quantique fournit un outil puissant pour surmonter ces limitations: l’intrication. Le projet INTERQUO porte sur la réalisation de sources quantiques THz intégrées et leur démonstration en tant que sources dans des expériences d’imagerie et de spectroscopie quantique. En liant un photon THz à un autre à plus haute énergie, l’interaction du THz avec la matière est obtenue par des mesures effectuées uniquement dans le proche-infrarouge (NIR) à l’aide de détecteurs très sensibles. Le fond de rayonnement thermique n’impacte pas ce schéma, car celui-ci repose sur la corrélation quantique entre deux photons intriqués. INTERQUO réalisera des sources THz miniaturisées à base de GaP, un matériau dont la dispersion intrinsèque est extrêmement bien adaptée à la génération de paires de photons THz-NIR par des interactions non linéaires et compatible avec la technologie silicium.
Une génération efficace de radiation THz sera démontrée dans des sources GaP basée sur des guides d’ondes, où le recouvrement entre les modes impliqués dans le processus non linéaire est optimisé en même temps que le couplage de la lumière avec les modes d’émission en espace libre.
Objectifs
INTERQUO fournira des sources THz prêtes à être utilisées dans des schémas de détection cohérents hautement sensibles, compétitifs avec les ressources actuellement disponibles, telles que la spectroscopie dans le domaine temporel. INTERQUO couvrira les gammes dans le haut (20 à 35 THz) et bas THz (1 à 6 THz), où les techniques classiques de spectroscopie cohérente exigent des infrastructures relativement coûteuses, telles que des lasers et des amplificateurs ultrarapides, ainsi que des technologies de détection complexes.
Dans ce projet nous démontrerons une détection cohérente THz demandant des technologies de semi-conducteurs bien établies, des lasers continus et des détecteurs de photons uniques dans le NIR. Dans le même temps, INTERQUO surmontera l’utilisation de caméras THz, des détecteurs coûteux avec un nombre limité de pixels et des performances médiocres, pour les applications d’imagerie. Le THz est un outil puissant dans les applications biologiques et médicales en tant que sonde non invasive pour distinguer les tissus sains des tissus malades et pour observer les cellules sans induction d’effet photochimique. Cependant, le manque de détecteurs très sensibles dans le THz entraîne l’utilisation de fortes impulsions pour des applications d’imagerie qui peuvent induire une forte altération des biomolécules telles que des instabilités d’ADN ou des ondes de choc. INTERQUO fournit une solution l’image THz se lira directement sur l’acquisition très sensible d’une caméra NIR. Parallèlement, des tests fondamentaux de mécanique quantique, effectués en routine pour le traitement de l’information quantique, seront accessibles dans le spectre THz, ouvrant la voie à une application plus large du THz en physique quantique.
Production scientifique
Documents récupérés de l'archive ouverte HAL 
Partenaires
MPQ (Paris), Inst. FOTON (Rennes), C2N (Saclay), LPENS (Paris).
Coordinateur
Maria AMANTI (MPQ)
Coordinateur iFOTON: Alexandre BECK (Foton-OHM)
Financement
ANR (589 k€)
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