L'imagerie repose sur des micro-miroirs

Scanners corporels et contrôle des matériaux grâce au rayonnement térahertz

Elles sont utilisées dans les scanners corporels des aéroports : les ondes terahertz. Ce rayonnement à faible énergie, inoffensif pour la santé, permet de jeter un coup d'œil à l'intérieur : il peut par exemple éclairer le plastique et les textiles. Cela les rend également intéressants pour les contrôles non destructifs des matériaux. Mais pour utiliser des procédés d'imagerie spectroscopique, il faut jusqu'à présent beaucoup d'efforts. Un composant développé par des chercheurs de Kaiserslautern pourrait y remédier à l'avenir. Grâce à leur modulateur à micro-miroirs à commande électromécanique, il devrait être possible à l'avenir d'examiner des objets à l'aide de la spectroscopie térahertz à imagerie rapide.

Les ondes térahertz se situent dans le spectre électromagnétique entre les micro-ondes et le rayonnement infrarouge. "Elles traversent des matériaux tels que le papier, le bois et la céramique, ne sont pas ionisantes et ne présentent aucun danger pour l'homme", explique Jan Kappa du groupe de travail sur les métamatériaux et la technologie térahertz au sein du département d'électrotechnique et de technologie de l'information de l'université technique de Kaiserslautern (TUK).

Toutefois, l'examen et l'identification d'objets sans contact au moyen de la spectroscopie térahertz par imagerie nécessitent encore d'énormes moyens techniques et du temps. Des chercheurs de la TUK ont développé un premier élément qui pourrait permettre à l'avenir une telle technique. Avec leur modulateur à micro-miroirs, ils peuvent modifier le rayonnement térahertz de manière ciblée dans l'espace, comme les rayons lumineux d'un diaphragme réglable d'un appareil photo. Voici ce qui se passe avec cette technologie : Une source émet un rayonnement terahertz qui frappe le modulateur. "Grâce à ses micromiroirs, celui-ci active un certain modèle qui s'imprime en quelque sorte dans le rayonnement", explique Kappa. Le motif rencontre alors l'objet à examiner. Une partie du rayonnement est absorbée, une autre se déplace et est focalisée sur un détecteur. Grâce à plusieurs passages et à différents motifs commutés, l'image peut finalement être calculée. "Cette méthode est une acquisition d'image indirecte", poursuit Kappa. "Nous connaissons le motif commuté et le signal de sortie correspondant. Les algorithmes peuvent reconstruire l'image de l'objet à partir de ces données".

Grâce à ce procédé, les chercheurs sont en mesure de couvrir un très large spectre de fréquences. "Outre les informations spatiales sur l'objet, nous collectons également des informations spectrales pour chaque point de l'image", explique Kappa. "Jusqu'à présent, cela n'était possible que de manière limitée, car les méthodes comparables ne pouvaient jusqu'à présent influencer les ondes terahertz que dans une plage spectrale très étroite".

Le nouveau système de micro-miroirs permet d'étudier les propriétés spectrales des objets en un temps très court. "Potentiellement, il permet d'identifier des substances chimiques à l'aide d'empreintes spectrales dans le domaine spectral des térahertz, sans avoir à scanner les objets pendant de longues minutes", explique le professeur Marco Rahm
, titulaire de la chaire, à propos de cette technique.

Sur le campus, les chercheurs ont fabriqué eux-mêmes leur modulateur à micro-miroirs dans la salle blanche du NanoStructuringCenter. Dans les mois à venir, ils travailleront surtout à optimiser les modulateurs pour l'étude des matériaux. Cette technique est intéressante par exemple pour le contrôle des denrées alimentaires, où les substances nocives provenant de la fabrication et de l'emballage peuvent avoir des conséquences sur la santé. Mais le contrôle non destructif des matériaux dans l'industrie automobile ou aéronautique est également un domaine d'application possible, par exemple pour jeter un coup d'œil sous une couche de peinture. En outre, le procédé peut être utilisé dans l'industrie pharmaceutique et la technique médicale.

Les chercheurs ont déjà présenté leur technique au début de l'année dans la célèbre revue spécialisée Scientific Reports. En septembre, Jan Kappa a obtenu pour son travail la deuxième place du Best Student Paper Award lors de l'International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz) 2019 à Paris.

L'équipe de Jan Kappa, Dominik Sokoluk, Corey Shemelya et du professeur Dr Marco Rahm a travaillé en étroite collaboration avec Steffen Klingel et le professeur Dr Egbert Oesterschulze de la chaire de physique et de technologie des nanostructures de la TUK. L'équipe du Dr Sandra Wolff du Nano Structuring Center a également participé au développement. Les travaux de recherche sont ainsi intégrés dans le centre de recherche régional pour l'optique et les sciences des matériaux (OPTIMAS).

L'étude "Electrically Reconfigurable Micromirror Array for Direct Spatial Terahertz Modulation of Terahertz Waves over a Bandwidth Wider Than 1 THz" a été publiée dans la revue Scientific Reports. DOI : 10.1038/s41598-019-39152-y

Réponse aux questions :
Jan Kappa
Chaire d'électrotechnique théorique
Groupe de travail sur les métamatériaux et la technologie terahertz
Tél. : 0631 205-5334
E-mail : kappa@eit.uni-kl.de