FR3036532A1 - Procede et systeme de generation et de detection d'ondes electromagnetiques centimetriques, millimetriques ou submillimetriques, notamment terahertz - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de génération et de détection d'ondes électromagnétiques centimétriques, sub-millimétriques ou millimétriques, de préférence Térahertz, selon lequel on utilise un seul dispositif électronique (1, 3) en tant que source de génération et en tant que détecteur des ondes émises depuis la source. Elle concerne également le système associé.

Description

1 PROCEDE ET SYSTEME DE GENERATION ET DE DETECTION D'ONDES ELECTRO1VIAGNETIQUES CENTIMETRIQUES, MILLIMETRIQUES OU SUBMILLIMETRIQUES, NOTAMMENT TERAHERTZ Domaine technique La présente invention concerne un procédé et un système de génération et de détection d'ondes électromagnétiques centimétriques, millimétriques ou submillimétriques, de préférence dans le domaine Térahertz. Le domaine des Térahertz désigne les ondes électromagnétiques dont la fréquence s'étend de 100 GHz (Gigahertz) à 30 THz (TéraHertz), pour des longueurs d'onde millimétriques ou submillimétriques, typiquement comprise entre 30 jam et 3mm. De manière générale, l'invention vise à rendre plus simples, plus compacts et moins coûteux les systèmes de génération et de détection d'ondes Térahertz. Etat de la technique Les ondes centimétriques, millimétriques et submillimétriques peuvent être générées et détectées par plusieurs dispositifs qui peuvent être classés en fonction de leurs caractéristiques et paramètres en trois catégories : les dispositifs que l'on désigne ci-après thermiques, ceux optiques et enfin les dispositifs électroniques. En ce qui concerne les dispositifs thermiques, les sources de chaleur sont des générateurs naturels d'ondes millimétriques et submillimétriques. Le corps noir est une source de radiations à large spectre. Des filtres peuvent être employés pour filtrer les ondes millimétriques et submillimétriques. Parmi les détecteurs thermiques qui convertissent les ondes millimétriques et submillimétriques en énergie thermique, on peut citer les bolomètres, les dispositifs dits pyroélectriques, i.e. en un matériau dans lequel un changement de température entraine une variation de polarisation électrique, et les cellules de Golay qui sont un type de détecteurs opto-acoustique principalement utilisé en spectroscopie infrarouge. Des détecteurs thermiques sont ainsi utilisés afin de détecter les variations de température, et pour certains, détecter passivement des ondes millimétriques et submillimétriques émises par l'environnement. Ils sont alors sensibles aux ondes infrarouges et nécessitent l'emploi de filtres. De plus, les variations de température sont soumises à des lois de dissipation thermique qui rendent le temps de réponse de ces détecteurs thermiques, long : [1].

3036532 2 On a représenté schématiquement en figure 1, un système thermique dans laquelle la source 1 d'émission THz est l'environnement naturel et les ondes THz réémises par un objet 2 par réflexion ou par un objet 2' par transmission peuvent être détectées par un détecteur thermique comme un bolomètre 3. Dans l'exemple illustré, le bolomètre peut 5 être intégré comme module de caméra, qui comprend un objectif 30 et une matrice à plan focal 31 comprenant une pluralité de détecteurs de rayonnement. Il existe deux types de sources optiques d'ondes millimétriques et submillimétriques: celles émettant des ondes continues (« Continues Wave » en anglais d'acronyme CW) et celles émettant des ondes pulsées. Parmi les sources CW, on peut citer 10 les sources à gaz basse pression excitées par des lasers CO2 ou les photo-mixeurs utilisés également comme détecteurs CW. Les lasers à cascade quantique (abrégé QCL pour « Quantum Cascade Laser » en anglais) peuvent fonctionnés aussi bien en mode CW qu'en mode pulsé. Les spectromètres dans le domaine temporel (abrégé TDS pour « time domain spectroscopy ») 15 sont des générateurs pulsés, utilisés comme des sources larges bande. La publication [3] décrit un laser à cascade quantique dont la source et le détecteur sont combinées au sein d'un dispositif. Les inconvénients du dispositif divulgué sont nombreux parmi lesquels on peut citer : - la nécessité de réaliser un refroidissement cryogénique pour le 20 fonctionnement, - une dissipation de puissance en courant continu élevée, - une réalisation en technologie de couches minces difficile à mettre en oeuvre, - un signal de sortie très irrégulier. En effet, du fait de la dispersion d'ondes 25 dans les un laser à cascade quantique, le faisceau est non contrôlé ce qui se traduit par une irrégularité. En ce qui concerne enfin les dispositifs électroniques, il existe une variété de sources électroniques telles que les oscillateurs à onde arrière (abrégé BWO pour « Backward Wave Oscillators » en anglais) et les gyrotrons, comme décrits dans la 30 publication [3], qui nécessitent un champ magnétique intense pour fonctionner. Cependant, le marché est actuellement dominé par les sources multiplixées basées sur les diodes à effet Gunn ou à effet Tunnel. Ces sources sont relativement 3036532 3 compactes en comparaison aux BWO et aux gyrotrons, sont fabriquées en technologie diode III-V, et utilisent par contre des technologies de guide d'onde qui peuvent être difficiles à intégrer. Ces dernières années, un intérêt particulier est apporté pour la technologie 5 intégrée silicium dans le domaine des ondes millimétriques et sub-millimétriques. La technologie silicium est disponible, robuste, et bon marché. Les premiers brevets, parmi lesquels on peut citer le brevet US 8330111B2, qui sont relatifs aux les dispositifs de détection d'ondes millimétriques et submillimétriques en technologie silicium concernent les détecteurs de puissance directe.

10 Le fonctionnement de ces détecteurs consiste à utiliser les propriétés de rectification de signal de transistors au-delà des fréquences de coupures (fi' /fmax). Ces détecteurs sont intégrés avec une antenne et un circuit de lecture. La demande de brevet US 2014/0091376 divulgue une optimisation de ce type de détecteurs.

15 Le brevet US 8907284B2 divulgue une intégration de ce type de détecteurs sous la forme d'une caméra. Les détecteurs hétérodynes sont quant à eux plus sensibles que les détecteurs de puissance directe. Le fonctionnement des détecteurs hétérodynes consiste à transposer l'énergie d'une partie du spectre à plus basse fréquence (dite « intermédiaire ») avant de la 20 détecter. Ainsi, un détecteur hétérodyne comprend un mélangeur (« mixer » en anglais) et un oscillateur local (« Local Oscillator » en anglais) qui agit comme référence d'ondes millimétrique ou submillimétrique de référence. Lorsqu'une source extérieure excite l'entrée du mélangeur, usuellement notée RF pour signal Radio Fréquence, une fréquence intermédiaire usuellement notée FI pour signal à Fréquence Intermédiaire (ou IF acronyme 25 anglais de « Intermediate Frequency ») est collecté a la sortie. Un tel fonctionnement est par exemple décrit dans la demande de brevet US 2014/070893. De plus, les dispositifs hétérodynes nécessitent une source d'onde millimétrique ou submillimétrique pour fonctionner. La limite pour réaliser les sources d'ondes millimétriques ou submillimétriques en technologie silicium est la fréquence de 30 coupure des composants (fi' /fmax). Des systèmes harmoniques sont alors mis en oeuvre, ils peuvent être de type à oscillateur libre, comme décrits dans les publications [4, 5], de type à oscillateur verrouillé 3036532 4 comme décrit dans la publication [6] ou à chaîne de multiplication, comme décrit dans la publication [7]. On a représenté schématiquement en figure 2, le principe de fonctionnement d'un dispositif électronique THz avec harmoniques selon la publication [5] : il s'agit 5 d'éclairer de manière non focalisée un objet 2 à l'aide d'une source d'émission THz 1 pour une imagerie active en mode transmission. La matrice de source 11 émet ainsi des ondes millimétriques et submillimétriques que l'objectif 10 transmet à l'objet éclairé 2. Les ondes millimétriques et submillimétriques réémises par l'objet 2 sont captées par l'objectif 30 du détecteur (objectif) 3 puis détectés par la matrice plan focal 31. Autrement 10 dit, dans ce cas, la matrice de source 11 qui peut être programmée, fournit un rétro- éclairage à la matrice de plan focal 31. Selon les auteurs de cette publication [5], cela a pour avantage de permettre à une caméra vidéo, de type CMOS d'acquérir les images en temps réel sans avoir besoin de balayage ou d'orientation de faisceau. Les inconvénients de tous les dispositifs de génération et de détection des 15 ondes millimétriques et submillimétriques existantes sont nombreux. Tout d'abord, les performances des dispositifs de détection réalisés en technologie silicium sont jusqu'à ce jour limitées. Il est donc nécessaire de les associer nécessairement à des dispositifs d'émission. Dans le cas où un dispositif de détection cohérente est nécessaire, il est 20 également difficile de faire parvenir au détecteur comme à la source la même référence d'ondes. De plus, quel que soit le type de détecteurs existants, ils ne permettent pas l'extraction de changement de phase ou de fréquence des sources THz détectées. Enfin, quel que soit le type de générateurs et de détecteurs existants, tous les 25 systèmes qui ont été mis en oeuvre jusqu'à ce jour, n'ont été envisagés qu'avec deux dispositifs distincts, à savoir un pour l'émission et un autre pour la détection. Or, mettre en oeuvre deux dispositifs distincts implique une difficulté de mise au point, un coût élevé et au final un système complexe. Il existe donc un besoin pour améliorer les systèmes de génération et de 30 détection d'ondes millimétriques et submillimétriques (THz), notamment afin de permettre une détection cohérente avec la même référence d'ondes que la source, de permettre 3036532 5 l'extraction par le détecteur, de changement de phase ou de fréquence des sources et de simplifier leur mise en oeuvre et de réduire leur coût. Le but de l'invention est de répondre au moins en partie ce besoin. Exposé de l'invention 5 Pour ce faire, l'invention a pour objet selon un aspect, un procédé de génération et de détection d'ondes électromagnétiques centimétriques, sub-millimétriques ou millimétriques, de préférence Térahertz, selon lequel on utilise un seul dispositif électronique en tant que source de génération et en tant que détecteur des ondes émises depuis la source.

10 L'invention a également pour objet un système de génération et de détection d'ondes électromagnétiques centimétriques, sub-millimétriques ou millimétriques, de préférence Térahertz, comprenant un seul dispositif électronique constituant à la fois une source de génération et le détecteur des ondes émises depuis la source. Par « dispositif électronique », on entend un dispositif dont les composants 15 sont réalisés en technologie d'intégration 3D des composants. Les technologies d'intégrations sont multiples. Un exemple est la technologie CMOS (acronyme anglais de « Complementary Metal Oxide Semiconductor ») mais l'invention ne se restreint pas à cette technologie est peut être appliquée pour n'importe quel composant électronique. Un autre exemple d'intégration est la technologie de diode III-V ou encore une technologie 20 d'intégration à très grande échelle (ou VLSI pour « Very-Large-Scale Integration" en anglais) ou encore une technologie d'intégration des transistors bipolaires à hétérojonction (HBT, de l'anglais « Hetero-junction &polar Transistor »). De manière surprenante, l'inventeur à penser à réaliser la génération et la détection d'ondes centimétriques, millimétriques ou submillimétriques avec le même 25 dispositif électronique. L'inventeur a ainsi vaincu un préjugé universel dans le domaine des ondes THz selon lequel en termes de conception des systèmes, il était impératif de concevoir une source d'émission indépendamment du détecteur. Autrement dit, tous les concepteurs de systèmes THz ont jusqu'à présent pensé 30 que tels systèmes ne pouvaient être mis en oeuvre qu'avec deux dispositifs distincts, à savoir une source d'émission et un détecteur.

3036532 6 Les avantages de l'invention sont nombreux parmi lesquels on peut énumérer ceux qui suivent. Le principal avantage d'un système selon l'invention est la simplicité de mise en oeuvre avec notamment un montage optique simplifié, la compacité et le coût 5 nécessairement réduits par rapport aux systèmes THz selon l'état de l'art. Par ailleurs, l'invention évite d'avoir à mettre au point deux chaines de traitement d'ondes distinctes, ou à utiliser un diplexeur, i.e. un dispositif passif de télécommunications pour fréquences THz, à deux voies dont chacune avec un filtrage de fréquences, sans recouvrement des bandes passantes, et à trois portes, l'une étant 10 commune aux deux voies, et les deux autres étant isolées l'une par rapport à l'autre, et terminant respectivement chacune des voies. Le système selon l'invention peut fonctionner à température ambiante, et peut être intégrée dans une configuration multi- pixel de type caméra. L'émission et la détection d'une même onde selon l'invention permet 15 d'envisager une détection cohérente, avec la possibilité de détecter l'amplitude de l'onde, mais également sa phase. Si une source à fréquence variable est utilisée, alors elle peut être employée pour la détection de distance (radar), mais également à l'extraction des propriétés diélectriques de divers matériaux. Par « rayonnement THz cohérent », on entend ici et dans le cadre de 20 l'invention, soit à un rayonnement monochromatique de grande pureté spectrale, soit à une impulsion THz dont les différentes composantes spectrales ont une relation de phase bien déterminée qui conditionne la forme temporelle de l'impulsion. Enfin un système selon l'invention peut avoir une taille de matrice modulable en émission et en détection. Cela permet une intégration de type imageur.

25 Selon un premier mode de réalisation avantageux, le système peut comprendre au moins une source d'alimentation en courant alternatif à fréquence réglable équipée d'une antenne. On peut prévoir deux sources d'alimentation en courant alternatif à fréquence réglable avec miroirs de courant.

30 Selon ce premier mode, on peut envisager différentes variantes avantageuses avec au choix : 3036532 7 - un T de polarisation relié entre l'antenne et un amplificateur de courant à faible impédance lui-même relié à une source de tension, la sortie de l'amplificateur définissant la sortie de détection du dispositif, - un T de polarisation relié entre l'antenne et un amplificateur de courant à 5 impédance élevée lui-même relié à une source de courant, la sortie de l'amplificateur définissant la sortie de détection du dispositif, - une antenne différentielle mise à la terre reliée à un amplificateur de courant à faible impédance lui-même relié à une source de tension, la sortie de l'amplificateur définissant la sortie de détection du dispositif. L'avantage de cette variante est l'absence 10 de T de polarisation, - une antenne différentielle mise à la terre reliée à un amplificateur de courant à impédance élevée lui-même relié à une source de courant, la sortie de l'amplificateur définissant la sortie de détection du dispositif. L'avantage des systèmes selon le premier mode est l'intégration en circuit 15 avec une interface à blocs analogiques et digitaux pour le traitement du signal. Selon un deuxième mode de réalisation, le système peut comprendre au moins une source de fréquence équipé d'une antenne. Selon ce deuxième mode, on peut prévoir deux sources de fréquence différentiels de type "N-push" équipés d'une antenne différentielle. L'invention ne se limite pas à ce type de sources. D'autre oscillateurs 20 peuvent être utilisés, comme par exemple des oscillateurs linéaires comme des oscillateurs dits d'Armstrong d'Hartley, de Colpitts, de Clapp, de Pierce à déphasage, à pont de Wien, de type LC couplés en croix, de Robinson ou des oscillateurs non linéaires ou à relaxation, tels qu'un multivibrateur, oscillateur à lampe à néon, oscillateur en anneau, dit de Royer ou encore un oscillateur dit à ligne de retard.

25 Le système selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs chaines de multiplication de fréquence avec un circuit tampon. Avantageusement, le système peut comprendre une ou plusieurs antennes à faisceau orientable par un circuit de contrôle électrique. Il est ainsi possible de créer des images en temps réel en combinant l'orientation à souhait du faisceau émis/reçu par 30 l'antenne avec une génération et détection à partir d'un même dispositif 3036532 8 L'invention concerne également l'utilisation du procédé ou d'un système selon l'une des revendications décrits précédemment pour l'imagerie, notamment l'imagerie en champ proche. Description détaillée 5 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'exemples de mise en oeuvre de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique d'un système de génération et de détection d'ondes millimétriques et submillimétriques selon l'état de l'art, avec 10 l'environnement en tant que source d'émission, - la figure 2 est une vue schématique d'un autre système de génération et de détection d'ondes millimétriques et submillimétriques selon l'état de l'art, avec un éclairage non focalisé sur un objet, - la figure 3 est une vue schématique d'un premier système de génération et 15 de détection d'ondes centimétriques, millimétriques et submillimétriques selon l'invention, - la figure 4 est une vue schématique d'un deuxième système de génération et de détection d'ondes centimétriques, millimétriques et submillimétriques selon l'invention, 20 - la figure 5 est une vue schématique d'un troisième système de génération et de détection d'ondes centimétriques, millimétriques et submillimétriques selon l'invention, - la figure 6 est une vue schématique d'un quatrième système de génération et de détection d'ondes centimétriques, millimétriques et submillimétriques selon 25 l'invention, - les figures 7 et 8 sont des vues schématiques de variantes de système de génération et de détection d'ondes centimétriques, millimétriques et submillimétriques selon l'invention, dans lesquelles le dispositif unique est un oscillateur harmonique avec respectivement une antenne et une antenne différentielle, 30 - la figure 9 est une vue schématique d'un système de génération et de détection d'ondes centimétriques, millimétriques et submillimétriques selon l'invention, 3036532 9 avec un oscillateur harmonique permettant la détection possible des variations de phases et d'amplitude des ondes, - la figure 10 est une vue schématique d'une variante d'un système de génération et de détection d'ondes millimétriques et submillimétriques selon l'invention, 5 avec un circuit de lecture amélioré, - les figures 11 et 12 sont des vues schématiques de variantes de système de génération et de détection d'ondes centimétriques, millimétriques et submillimétriques selon l'invention, dans lesquelles le dispositif unique comporte un circuit tampon avec respectivement une antenne et une antenne différentielle, 10 - la figure 13 est une vue schématique d'une variante d'un système de génération et de détection d'ondes centimétriques, millimétriques et submillimétriques selon l'invention, utilisant un ensemble d'antennes à faisceau orientable par un circuit de contrôle électrique, - la figure 14 montre schématiquement la reconstruction d'une image à partir 15 d'un faisceau orientable émis et reçu depuis l'ensemble de la figure 13, - les figures 15 et 16 sont respectivement des vues de dessus et de côté d'un système pour l'imagerie en champ proche sans coupleur intégrant un dispositif d'émission/réception unique selon l'invention. Les figures 1 et 2 relatives à l'état de l'art ont déjà été décrites en détail en 20 préambule. Elles ne sont pas commentées ci-après. Dans l'ensemble des exemples illustrés, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références numériques. Tous les systèmes de génération et de détection d'ondes centimétriques, millimétriques ou submillimétriques (THz) selon l'invention, comprennent un seul 25 dispositif 1, 3 constituant à la fois une source d'émission de ces ondes et le détecteur des ondes émises par la source. Dans le dispositif unique, on détecte avec un circuit de lecture à fréquence FI, les variations de courant ou de tension du circuit d'alimentation par exemple. Comme illustré aux figures 3 à 6, le dispositif unique 1, 3 selon l'invention 30 permet d'émettre des ondes THz qui, à la surface d'un objet 2 placé a une certaine distance sont réémises, soit en étant réfléchies directement, soit en étant absorbées puis réfléchies, les ondes ainsi réémises étant détectées par le même dispositif électronique.

3036532 10 Tout matériau métallique ou diélectrique d'objet 2 peut réfléchir avec ou sans absorption les ondes THz. Autrement dit, la source même est utilisée également en tant que détecteur de l'onde générée ayant été réfléchie. Le dispositif électronique 1, 3 selon l'invention peut 5 alors non seulement détecter l'amplitude de l'onde (puissance) mais également sa phase. Le circuit de lecture est employé afin de détecter les variations de courant (figures 3 et 5) ou de tension (figures 4 et 6). Comme illustré en figure 1, le dispositif électronique unique 1, 3 comprend une source d'alimentation en courant alternatif à fréquence réglable 4 reliée à une antenne 10 6. Un T de polarisation 5 est relié entre l'antenne 6 et un amplificateur de courant à faible impédance 8 lui-même relié à une source de tension 7. La sortie 80 de l'amplificateur 8 définit la sortie de détection du dispositif. En lieu et place de l'amplificateur de courant 8 à faible impédance et la source de tension 7, on peut prévoir un amplificateur de courant 8' à impédance élevée et une 15 source de courant 7' (figure 4). Un bloc redresseur de courant continu 12 peut être prévu en entrée d'amplificateur 8' (figure 4). En lieu et place du T de polarisation 5 et de l'antenne simple 6, on peut prévoir une antenne différentielle 9 avec mise à la terre 13 (figures 5 et 6). La source peut être un oscillateur harmonique 14 équipé d'une antenne 6 20 (figure 7). Cette antenne 6 peut être intégrée ou un composant discret, de type Patch, ou ayant des propriétés de radiation à travers le substrat, ou mettant en oeuvre une lentille. L'oscillateur harmonique peut consister en oscillateurs différentiels 14.1, 14.2 de type "N-push" équipés d'une antenne différentielle 9 (figure 8). Comme illustré en figure 8, les deux oscillateurs 14.1, 14.2 permettent d'obtenir un décalage de phase de 25 180°. A l'interface entre générateur et détecteur, il existe une fonction de transmission et de réflexion. Les ondes émises par la source 1 puis réfléchies sont alors retransmises dans le transistor. Le transistor est soit un générateur de mode fondamental, soit un détecteur du Nème harmonique réfléchi à l'interface entre le noeud commun et 30 l'antenne 6 ou 9 par exemple. Comme l'antenne est un dispositif réciproque, i.e. qui émet et reçoit de la même manière les ondes, il est alors possible de détecter des variations d'amplitude et de phase des ondes réfléchies, comme illustré en figure 9.

3036532 11 D'autres variantes et améliorations peuvent être prévues sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Une amélioration envisagée peut être apportée au niveau du circuit de lecture. Ainsi, des sources de courants 4.1, 4.2 avec miroirs de courant 15 peuvent être intégrées, 5 un pixel de référence (« blind pixel » en anglais) peut être utilisé afin de diminuer les décalages, et plus efficacement amplifier la tension du détecteur (figure 10). On peut aussi envisager un système digital de CDS (acronyme anglais « correlated double sampling ») peut également être mis en oeuvre pour le circuit de lecture.

10 Une des variantes de l'invention peut consister en l'utilisation d'oscillateurs fondamentaux, ou de chaines de multiplication de fréquence avec un circuit tampon. Le circuit tampon 16, 16.1, 16.2 peut être utilisé comme un circuit de détection (figures 11 et 12). On a illustré en figure 13, une variante avantageuse selon laquelle le dispositif 15 selon l'invention comprend un ensemble d'antennes 6' à faisceau électromagnétique orientable par un circuit contrôle électrique adapté 17. On peut prévoir une seule antenne 6' à faisceau à orientation variable. Cette variante est avantageuse car il est possible de créer des images en temps réel en combinant l'orientation à souhait du faisceau émis/reçu par l'antenne avec une 20 génération et détection à partir d'un même dispositif. En plus, on peut moduler la fréquence d'une ou plusieurs antennes 6' à faisceau orientable. La figure 14 montre schématiquement la reconstruction d'une image qu'il est possible d'obtenir dans le circuit de lecture 18 à partir d'un faisceau à orientation variable 25 émis/capté par l'ensemble d'antennes 6'. Des images de qualité ainsi créées peuvent être obtenues avec un nombre de pixels très important. Autrement dit, avec un tel dispositif on peut obtenir des tailles d'image importantes avec pourtant une faible taille d'émetteur/récepteur. De nombreuses applications peuvent être envisagées pour l'invention parmi 30 lesquelles on peut citer l'interférométrie, la mesure de vitesse et de vibration, l'extraction des propriétés diélectriques complexe des matériaux, les radars à ondes entretenues (« Radar Frequency modulated Continues Wave » en anglais, abrégé FMCW), les radars à 3036532 12 synthèse d'ouverture (« Synthetic Aperture Radar » en anglais, abrégé SAR) et les radars à synthèse d'ouverture inverse (« Inverse Synthetic Aperature Radar » en anglais, abrégé ISAR), l'imagerie en champs proche (« Near-field Imaging » en anglais), le contrôle de qualité, le contrôle de sécurité.

5 Une application particulièrement intéressante est l'imagerie en particulier l'imagerie dentaire, en particulier pour les dents d'enfant, où la compacité du système selon l'invention lui permet d'être introduit dans la bouche d'un enfant et d'assurer à la fois l'émission et la détection d'ondes Thz. Les figures 15 et 16 illustrent un dispositif unique selon l'invention 1, 3 utilisé 10 avantageusement en imagerie en champ proche. Le système d'imagerie 19 qui intègre un dispositif unique 1, 3 sans antenne permet une détection cohérente en champ proche et sans l'utilisation d'un coupleur et d'un détecteur comme dans les systèmes selon l'état de l'art dans lesquels un détecteur est un coupleur sont nécessaires au fonctionnement du système en champs proche. L'invention 15 décrite dans la présente demande permet de s'affranchir de ces composants simplifiant grandement l'imagerie en champs proche. Or s'affranchir d'un coupleur est un avantage conséquent. En effet, intrinsèquement un coupleur est un dispositif qui ne peut fonctionner que sur une faible largeur de bande de fréquences.

20 Ainsi, grâce au dispositif selon l'invention, on peut obtenir une détection cohérente en champ proche sur une grande largeur de bande de fréquences. Le dispositif 1, 3 unique du système d'imagerie utilise la réciprocité des lignes transmission 20 depuis et vers la zone sensible 21 des champs d'ondes évanescentes 22. Le dispositif 1, 3 utilisé dans un système en champ proche peut être intégré 25 aussi bien en pixels qu'en multi-pixels pour créer un dispositif de type imageur.

3036532 13 REFERENCES CITEES [1]: J. Gao, J. Hovenier, Z. Yang, J. Baselmans, A. Baryshev, M. Hajenius, T. Klapwijk, A. Adam, T. Klaassen, B. Williams et al., "Terahertz heterodyne receiver based on a quantum cascade laser and a superconducting bolometer," Applied Physics Letters, 5 vol. 86, no. 24, p. 244104, 2005. [2] : P. Dean, Y. Leng Lim, A. Valavanis, R. Kliese, M. Nikoli'c, S. P. Khanna, M. Lachab, D. Indjin, Z. Ikoni'c, P. Harrison et al., "Terahertz imaging through self-mixing in a quantum cascade laser," Optics letters, vol. 36, no. 13, pp. 2587-2589, 2011. [3] : G. Gallerano, S. Biedron et al., "Overview of terahertz radiation sources," in 10 Proceedings of the 2004 FEL Conference, 2004, pp. 216-221. [4] : Y. Zhao, J. Grzyb, and U. Pfeiffer, "A 288-ghz lens-integrated balanced triplepush source in a 65-nm cmos technology," in ESSCIRC, 2012 Proceedings of the, Sept 2012, pp. 289-292. [51 : U. Pfeiffer, Y. Zhao, J. Grzyb, R. Al Hadi, N. Sarmah, W. Forster, H. Rucker, 15 and B. Heinemann, "A 0.53 thz reconfigurable source module with up to 1 mw radiated power for diffuse illumination in terahertz imaging applications," Solid-State Circuits, IEEE Journal of, vol. 49, no. 12, pp. 2938-2950, Dec 2014. [61 : Y. Tousi and E. Afshari, "14.6 a scalable thz 2d phased array with 17dbm of eirp at 338ghz in 65nm bulk cmos," in Solid-State Circuits Conference Digest of Technical Papers 20 (ISSCC), 2014 IEEE International, Feb 2014, pp. 258-259. 171 : E. Ojefors, J. Grzyb, Y. Zhao, B. Heinemann, B. Tillack, and U. Pfeiffer, "A 820ghz sige chipset for terahertz active imaging applications," in Solid-State Circuits Conference Digest of Technical Papers (ISSCC), 2011 IEEE International, Feb 2011, pp. 224-226.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de génération et de détection d'ondes électromagnétiques centimétriques, sub-millimétriques ou millimétriques, de préférence Térahertz, selon lequel on utilise un seul dispositif électronique (1, 3) en tant que source de génération et en tant que détecteur des ondes émises depuis la source.
2. 2. Système de génération et de détection d'ondes électromagnétiques centimétriques, sub-millimétriques ou millimétriques, de préférence Térahertz, comprenant un dispositif électronique (1,
3. 3) constituant à la fois une source de génération et le détecteur des ondes émises depuis la source. 3. Système selon la revendication 2, comprenant au moins une source d'alimentation en courant alternatif à fréquence réglable (4) équipé d'une antenne (6).
4. 4. Système selon la revendication 3, comprenant deux sources d'alimentation en courant alternatif à fréquence réglable (4.1, 4.2) avec miroirs de courant (15)
5. 5. Système selon la revendication 3, comprenant un T de polarisation (5) relié entre l'antenne (6) et un amplificateur de courant à faible impédance (8) lui-même relié à une source de tension (7), la sortie (80) de l'amplificateur (8) définissant la sortie de détection du dispositif
6. 6. Système selon la revendication 3, comprenant un T de polarisation (5) relié entre l'antenne (6) et un amplificateur de courant à impédance élevée (8') lui-même relié à une source de courant (7'), la sortie (80) de l'amplificateur (8') définissant la sortie de détection du dispositif
7. 7. Système selon la revendication 3, comprenant une antenne différentielle (9) mise à la terre (13) reliée à un amplificateur de courant à faible impédance (8) lui-même relié à une source de tension (7), la sortie (80) de l'amplificateur (8) définissant la sortie de détection du dispositif
8. 8. Système selon la revendication 3, comprenant une antenne différentielle (9) mise à la terre (13) reliée à un amplificateur de courant à impédance élevée (8') lui-même relié à une source de courant (7'), la sortie (80) de l'amplificateur (8') définissant la sortie de détection du dispositif
9. 9. Système selon la revendication 2, comprenant au moins une source de fréquence (14) équipé d'une antenne (6). 3036532 15
10. 10. Système selon la revendication 9, comprenant deux sources de fréquence (14.1, 14.2) de type "N-push" équipés d'une antenne différentielle (9).
11. 11. Système selon l'une des revendications 2 à 10, comprenant une ou plusieurs chaines de multiplication de fréquence avec un circuit tampon (16). 5
12. 12. Système selon l'une des revendications 2 à 11, comprenant une ou plusieurs antennes (6') à faisceau orientable par un circuit de contrôle électrique (17).
13. 13. Utilisation du procédé selon la revendication 1 ou d'un système selon l'une des revendications 2 à 12 pour l'imagerie, notamment l'imagerie en champ proche.