Development of a scanless terahertz time-domain imaging system.

Zanotto, Luca (2022). Development of a scanless terahertz time-domain imaging system. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 165 p.

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Résumé

Au cours des vingt dernières années, l'imagerie térahertz basée sur la spectroscopie dans le domaine temporel provoque un intérêt croissant grâce à ses capacités particulières d’étudier les caractéristiques spectrales des produits chimiques, d’extraire l'indice de réfraction et l'absorption des matériaux, ainsi que de révéler la structure interne d’objets complexes. Cependant, son utilisation répandue a été entravée par le temps d'acquisition chronophage généralement nécessaire pour balayer spatialement l'objet et, pour chaque point spatial, enregistrer le champ dans le domaine temporel via une ligne à retard. Dans ce projet de recherche, nous avons abordé cet obstacle fondamental en utilisant deux approches complémentaires. Tout d'abord, nous avons mis en œuvre une configuration d'imagerie à « pixel unique » dans le domaine temporel, qui permet d'éviter le balayage spatial et d'utiliser une reconstruction de détection compressée. Nous avons démontré l'extraction cohérente des formes d'onde temporelles térahertz d’une façon indirecte, à chaque position spatiale d'un objet via l’imagerie à « pixel unique ». Cette stratégie permet ainsi de préserver les capacités de sonder les propriétés des matériaux, offertes par la spectroscopie dans le domaine temporel, tout en permettant une réduction du temps d'acquisition. Dans la deuxième partie, nous avons davantage amélioré l'arrangement d'imagerie en utilisant un schéma de détection sans balayage. En exploitant correctement la diffraction naturelle des ondes, un cartographie tempsespace appliquée à la détection de point térahertz permet une acquisition quasi instantanée des formes d'onde térahertz. La combinaison de ces deux approches permet une réduction significative de la complexité du système et du temps d'acquisition, et constitue ainsi une solution prometteuse pour le développement d'imageurs térahertz rapides et compacts de nouvelle génération.

In the last twenty years, terahertz imaging based on time-domain spectroscopy, has attracted increasingly growing attention thanks to its peculiar abilities to study spectral features of chemicals, extracting the refractive index and absorption of materials, as well as revealing the inner structure of complex objects. However, its widespread use has been hampered by the very long acquisition time typically required to perform a pixel-by-pixel scan of the object and, for each spatial point, record the field in time via a delay line. In this research project, we aimed to address this fundamental bottleneck by using two complementary approaches. First, we implemented a time-domain singlepixel imaging configuration, which avoids the spatial scan and makes it possible to use a compressed sensing reconstruction. We demonstrated the indirect coherent extraction of terahertz temporal waveforms at each spatial position of an object via single-pixel imaging. This strategy preserves the capabilities of probing material properties, offered by time-domain spectroscopy, while enabling a reduction of the acquisition time. In the second part, we further improved the imaging arrangement employing a scanless terahertz waveform detection scheme. By properly exploiting natural wave diffraction, a time-to-space encoding applied to terahertz point detection allows for an almost instantaneous capture of the terahertz waveforms. The combination of these two approaches leads to a significant reduction of both system complexity and acquisition time, and thus is a promising solution for the development of next-generation fast and compact terahertz imagers.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Razzari, Luca
Mots-clés libres:	rayonnement térahertz ; spectroscopie dans le domaine temporel ; imagerie à « pixel unique » ; détection compressée ; détection « seul coup »; terahertz radiation; time-domain spectroscopy; single-pixel imaging; compressed sensing; single-shot detection
Centre:	Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt:	25 janv. 2023 16:02
Dernière modification:	27 janv. 2023 15:43
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13164

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