Projet ANR-11-BS03-0008 – MASTHER : Récepteur terahertz hétérodyne tout état solide miniaturisé pour applications en sécurité
Programme : Blanc - SIMI 3 - Matériels et logiciels pour les systèmes et les communications (Blanc SIMI 3) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Annick DÉGARDIN (ECOLE SUPERIEURE D'ELECTRICITE (SUPELEC))
Partenaires : Unité Mixte de Physique CNRS/Thalès; CentraleSupélec; THALES; Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques
Montant : 702842.0 euros
Durée : 42 mois
Résumé : Depuis la démonstration en 2002-2003, d’un laser à cascade quantique (QCL) émettant aux fréquences terahertz (THz, typiquement 500 GHz à 5000 GHz), on a noté un fort regain d'intérêt pour cette région spectrale, avec des applications en sécurité, contrôle non destructif, environnement, pharmaceutique et domaine médical. Ainsi, pour la sécurité, des projets ambitieux ont vu le jour, qui ont conduit à d'excellents résultats scientifiques et techniques. Cependant, ceux-ci ont été acquis avec une applicabilité limitée: bien que des systèmes complets aient montré les potentialités uniques du domaine, ils sont restés complexes, encombrants et surtout peu aptes à fonctionner en temps réel, pour la détection à distance en particulier. Il est en outre permis de croire que l'absence de systèmes véritablement opérationnels résulte principalement d'efforts insuffisants pour réaliser des chaînes de détection THz compactes et à hautes performances.
En parallèle, des détecteurs / mélangeurs THz hétérodynes à bolomètres à électrons chauds (HEB) supraconducteurs ont été optimisés pour la radioastronomie, atteignant des sensibilités ultimes de quelques photons THz par seconde, mais avec l'inconvénient d’une cryogénie à 4 K. 
A 300 K, les diodes Schottky sont l’alternative en mélange hétérodyne haute sensibilité. La limitation provient alors de la puissance élevée requise pour l’oscillateur local (OL), laquelle augmente avec la fréquence (quelques mW à 2 THz, contre quelques dizaines de nW avec un HEB). Il devient alors difficile de satisfaire tout le domaine d'intérêt pour les applications en sécurité. 
Entre 4 K et 300 K, les matériaux supraconducteurs à haute température critique (SHT) exploitables vers 77 K, ont atteint un niveau de maturité élevé qui permet de réaliser des dispositifs micro-ondes à hautes performances. En outre, ces dispositifs peuvent être mis en œuvre dans des refroidisseurs en circuit fermé très compacts (400 cm3 environ). 
Nous pensons ainsi : 1) qu’un bloc détecteur THz très sensible, compact et facile d’emploi est l’élément manquant qui pourrait justifier l'avènement de systèmes THz réellement applicatifs; 2) qu’un tel détecteur THz cohérent pourrait résulter de la combinaison des connaissances présentes sur le concept HEB, avec la haute qualité des matériaux SHT actuels ; 3) que la compacité et facilité d'utilisation du détecteur THz final bénéficieront de la compacité des systèmes de refroidissement en circuit fermé autour de 70 K, dans lesquels on pourra intégrer un mélangeur HTS HEB, ainsi qu’un QCL comme OL THz.
Dans ce contexte d'applicabilité de systèmes de détection cohérente très compacts dans le marché potentiellement riche du THz, MASTHER vise à mettre en œuvre un récepteur hétérodyne construit à partir d'une puce mélangeuse sensible HEB dans un refroidisseur léger (80 K) avec sa source QCL THz à état solide (60 K) comme OL, dans des cryo-réfrigérateurs miniaturisés. MASTHER sera donc un système de détection THz portable offrant une bonne sensibilité à coût réduit.
Les partenaires du consortium proposé sont: LGEP (SUPELEC-CNRS-Univ. UPMC Paris 6 et Paris Sud 11), coordonnateur, avec le CEA-INAC (sous-traitant); UMPhy (Thales-CNRS); MPQ (Univ. Paris Diderot-CNRS) et Thales Research & Technology. Le projet MASTHER comporte 5 tâches : 1) coordination (LGEP), 2) croissance du matériau HTS (YBaCuO) et physique du HEB (LGEP / CEA et UMPhy), 3) réalisation de mélangeurs HEB YBaCuO et tests en laboratoire (LGEP), 4) Réalisation de sources THz QCL et tests (MPQ), 5) intégration et démonstration d'un prototype (TRT). En pratique, il combinera les compétences des 4 partenaires, qui travailleront en étroite collaboration les uns avec les autres pendant toute la durée de ce projet industriel.
En fin de projet, un récepteur à 2,5 THz tout état solide miniaturisé doit être intégré. Il devra montrer sa capacité à détecter un objet présentant 10 à 20 degrés de température différentielle à une distance de quelques mètres.