Brevet FR3068480A1 — publié le 20190104

- 1 - « Cavité Fabry-Pérot haute finesse et procédé s'y rapportant » Domaine technique La présente invention se rapporte au domaine de l'interférométrie et concerne plus spécifiquement une cavité Fabry-Pérot ainsi qu'un procédé s'y rapportant. État de la technique antérieure On connaît dans l'état de la technique antérieure des résonateurs Fabry-Pérot permettant d'explorer différents domaines du spectre électromagnétique. Récemment, la communauté scientifique a tenté d'augmenter la finesse des résonateurs Fabry-Pérot pour explorer le domaine des fréquences térahertz (THz) des ondes électromagnétiques, c'est-à-dire un spectre de fréquences typiquement comprises entre 100 et 3000 GHz, ce qui correspond à une longueur d'onde dans le vide comprise entre 3 mm 15 et 0,1 mm. En particulier, les documents suivants décrivent des dispositifs améliorant la finesse de résonateurs Fabry-Pérot entre 100 et 3000 GHz: DePrince et coll. (2013) Extending high-finesse cavity techniques to the far-infrared, Review of Scientific Instruments, Vol.84(7) ; Braakman et Blake (2011) Principles and promise of Fabry-Perot 20 resonators at terahertz frequencies, Journal of Applied Physics, Vol .109(6). Toutefois, les résonateurs Fabry-Pérot connus dans l'état de la technique antérieure ne permettent pas d'atteindre des finesses supérieures à 250 entre 100 et 3000 GHz. 25 La présente invention a notamment pour but d'améliorer la finesse d'une cavité Fabry-Pérot dans le domaine des ondes TeraHertz. Exposé de l'invention À cet effet, l'invention propose un dispositif comprenant : 30 un premier réflecteur et un deuxième réflecteur, une cavité Fabry-Pérot comprenant une entrée formée par le premier réflecteur et une sortie formée par le premier ou le deuxième - 2 - réflecteur, la cavité Fabry-Pérot ayant une longueur délimitée par le premier et le deuxième réflecteur, un émetteur agencé pour émettre une onde électromagnétique avec une longueur d'onde À supérieure à 100 pm et/ou inférieure à 3 mm 5 en entrée de la cavité Fabry-Pérot, un guide agencé pour propager l'onde électromagnétique dans la cavité Fabry-Pérot, depuis l'entrée de la cavité Fabry-Pérot jusqu'à sa sortie, un capteur agencé pour capter l'onde électromagnétique sortant par 10 la sortie de la cavité Fabry-Pérot le guide formant un tube creux s'étendant selon une direction longitudinale, l'intérieur du tube comprenant des cavités latérales agencées pour guider l'onde électromagnétique dans la cavité Fabry-Pérot. Dans tout le présent document, chaque longueur d'onde À considérée 15 d'une onde est la longueur d'onde « dans le vide » même si en réalité cette onde ne se propage dans le vide, et obéit donc à la relation : À = - 12 avec C la vitesse de la lumière dans le vide, et y la fréquence de cette onde. 20 Ainsi, le guide forme un tube doté de cavités latérales, en particulier des cavités latérales qui se succèdent les unes après les autres le long de la direction longitudinale. Autrement dit, le dispositif selon l'invention comprend un guide corrugué situé à l'intérieur de la cavité Fabry-Pérot. Un tel dispositif selon l'invention permet d'augmenter la finesse par 25 rapport aux dispositifs connus dans l'état de la technique antérieure. En particulier, un tel dispositif selon l'invention permet de confiner l'onde électromagnétique, et ainsi éviter toute perte de rayonnement par diffraction, dans le mode du guide présentant un minimum de perte. Un tel dispositif selon l'invention permet aussi de s'affranchir ou de 30 limiter les difficultés d'alignement soulevées par des résonateurs FabryPérot de l'état de la technique antérieure. En outre, un tel dispositif selon l'invention est de conception relativement simple par rapport aux résonateurs Fabry-Pérot de l'état de la technique antérieure opérant dans le domaine entre 100 et 3000 GHz. -3 De préférence, le guide et/ou l'intérieur du tube peuvent avoir une symétrie de révolution autour d'un axe de symétrie parallèle à la direction longitudinale. 5 Les cavités latérales peuvent chacune consister en une rainure réalisée dans le tube sur tout un pourtour de l'intérieur du tube. Un tel guide permet de confiner l'onde électromagnétique et d'éviter les pertes dues à la diffraction. 10 Un tel guide permet dans un mode de réalisation d'utiliser comme réflecteurs des grilles à haute réflectivité, idéales dans le THz, au lieu de miroirs courbes qui permettent certes de confiner l'onde électromagnétique et réduisent les pertes de diffraction mais n'existent pas avec une réflectivité suffisante pour le THz. Un tel guide peut être utilisé à pression atmosphérique, mais permet aussi d'avoir une cavité fermée (de préférence sous vide), par exemple pour faire de la détection de gaz. En réduisant toute perte par diffraction qui peut être importante dans cette gamme de fréquence, l'ensemble permet d'atteindre des finesses importantes encore jamais démontrées dans cette gamme de fréquence. Ainsi, un tel guide permet de réduire les pertes en propagation de l'onde électromagnétique et donc participe directement aux bonnes performances du dispositif selon l'invention. De préférence, l'émetteur peut être agencé pour émettre une onde électromagnétique avec une longueur d'onde À, en entrée de la cavité Fabry-Pérot, supérieure à 100 pm et/ou inférieure à 900 pm, par exemple égale à 500 pm ±10%. Les dimensions et l'agencement des cavités latérales se déterminent idéalement en fonction de la longueur d'onde À privilégiée. De préférence, les cavités latérales peuvent être, entre le premier et le deuxième réflecteur, espacées d'un pas P. - 4 - Autrement dit, deux cavités latérales contiguës peuvent être espacées dudit pas P. Pour toutes les cavités, ce pas P est de préférence constant ou sensiblement constant autour d'une valeur moyenne ±30% ou même de 5 préférence ±15%. Les cavités latérales peuvent être, entre le premier et le deuxième réflecteur, régulièrement espacées d'un pas P constant. Lors de la conception du dispositif selon l'invention, chaque pas P ou la valeur moyenne du pas P peut de préférence être déterminé en fonction 10 de la longueur d'onde À que l'on souhaite mettre en oeuvre. Chaque pas P peut être supérieur à À/5 et/ou inférieur à À/2 ; et/ou égal à À/3 ±30% (À/3 -30% La longueur de chaque cavité w peut être inférieure ou égale à À/6. - 10 - Ainsi, dans un exemple de mode de réalisation, la longueur de chaque cavité w peut être supérieure à 50 pm et/ou inférieure à 125 pm, de préférence égale à 60 pm ±20% ou même de préférence ±10%. 5 La longueur de chaque cavité w peut être inférieure ou égale à la moitié de chaque pas P séparant cette même cavité de ses cavités voisines. Chaque cavité latérale peut de préférence avoir une épaisseur d, définie perpendiculairement à la direction longitudinale du guide. 10 Toutes les épaisseurs d des différentes cavités sont de préférence égales entre elles, éventuellement à ±20% ou même de préférence ±10%. On peut déterminer l'épaisseur d en fonction de la longueur d'onde À que l'on souhaite mettre en oeuvre. L'épaisseur d de chaque cavité peut être supérieure à À/8 et/ou 15 inférieure à À/2 ; et/ou égale à À/4 ±20% ou même de préférence ±10%. Ainsi, dans un exemple de mode de réalisation, l'épaisseur d de chaque cavité peut être supérieure à 100 pm et/ou inférieure à 200 pm, de préférence égale à 125 pm ±20% ou même de préférence ±10%. 20 Concernant le tube, celui-ci peut avoir un diamètre intérieur minimum a supérieur à 10À. Le diamètre intérieur minimum a peut être supérieur à 10 mm. Ce diamètre intérieur minimum est de préférence défini comme exposé pour le dispositif selon l'invention. 25 Le premier réflecteur et le deuxième réflecteur peuvent comprendre chacun une grille inductive. Typiquement, une telle grille inductive comprend un maillage définissant des ouvertures entre différentes mailles de matériau. 30 Par exemple, la grille inductive peut être en cuivre et/ou avoir une épaisseur de 1,6 pm, un pas de 16,9 pm entre les mailles et une largeur de maille de 8,4 pm. Alternativement, le premier réflecteur et/ou le deuxième réflecteur peuvent comprendre une grille capacitive ou polarisante, et/ou un miroir 35 photonique. Le procédé selon l'invention peut comprendre une translation le long de la direction longitudinale d'au moins un, de préférence les deux, parmi le premier réflecteur et le deuxième réflecteur de manière à faire varier la 5 longueur de la cavité Fabry-Pérot, cette translation étant de préférence réalisée par l'au moins un actionneur du dispositif selon l'invention tel que précédemment exposé. Le procédé selon l'invention peut comprendre une translation par le premier actionneur du premier réflecteur le long de la direction longitudinale, et une translation par le deuxième actionneur du 10 deuxième réflecteur le long de la direction longitudinale. De préférence, l'au moins un actionneur peut être piézoélectrique. De préférence, le procédé selon l'invention comprend une variation de la longueur d'onde À, cette variation étant de préférence réalisée par 15 l'émetteur du dispositif selon l'invention tel que précédemment exposé. Le procédé selon l'invention peut comprendre un pilotage (de préférence de l'émetteur et de l'au moins un actionneur par les moyens d'asservissement du dispositif selon l'invention tel que précédemment exposé ) de manière à : 20 faire varier la longueur d'onde À de l'onde électromagnétique émise (de préférence par l'émetteur), recevoir un signal reçu (de préférence par le capteur) lors de la variation de la longueur d'onde À, asservir la longueur de la cavité Fabry-Pérot en fonction du signal 25 reçu de manière à maximiser une amplitude ou puissance ou intensité du signal reçu. Le procédé selon l'invention peut comprendre un traitement du signal reçu par le capteur avec une base de données référençant plusieurs 30 substances et une fourniture d'information sur au moins une substance contenue dans la cavité Fabry-Pérot en fonction de ce traitement, ce traitement et cette fourniture d'information étant de préférence réalisées par les moyens de traitement du dispositif selon l'invention tel que précédemment exposé. 35 - 12 - Le procédé selon l'invention peut comprendre une mesure et/ou une régulation de la pression à l'intérieur de la cavité Fabry-Pérot, de préférence à l'aide des moyens de mesure et/ou de régulation du dispositif selon l'invention tel que précédemment exposé. 5 Le procédé selon l'invention peut comprendre une transformation d'un mode de l'onde électromagnétique avant son entrée dans la cavité Fabry-Pérot et/ou après sa sortie de la cavité Fabry-Pérot, cette transformation étant de préférence réalisée par les moyens de 10 transformation du dispositif selon l'invention tel que précédemment exposé. En particulier : l'émission par l'émetteur et/ou la captation par le capteur peuvent être une émission et/ou une captation de l'onde électromagnétique dans le mode TEM00, et/ou 15 la propagation peut être une propagation de l'onde électromagnétique à l'intérieur de la cavité Fabry-Pérot dans le mode H En. Description des figures et modes de réalisation 20 D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la figure 1 représente un mode de réalisation préférentiel de dispositif 700 selon l'invention ; 25 - la figure 2 représente un guide corrugué du dispositif 700 selon l'invention ; - les figures 3 et 4 représentent sous forme graphique des résultats de mesures d'une puissance transmise par le dispositif 700 selon l'invention en fonction de la fréquence d'un émetteur du dispositif 700; 30 - la figure 5 représente sous forme graphique des résultats de mesures d'une absorbance du dispositif 700 selon l'invention en fonction de la fréquence d'un émetteur du dispositif 700. Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, 35 on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne - 13 - comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour 5 différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la 10 technique antérieure. La figure 1 illustre un exemple de réalisation d'un dispositif 700 selon l'invention. Le dispositif 700 comprend un premier réflecteur 11 et un deuxième 15 réflecteur 12. Dans cet exemple, chacun des réflecteurs 11 et 12 comprend une grille inductive (non représentée) dotée d'un maillage définissant des ouvertures entre différentes mailles de matériau. Par exemple, la grille inductive peut être en cuivre et avoir une épaisseur de 1,6 pm, un pas de 16,9 pm entre les mailles et une largeur de maille de 8,4 pm (non 20 représenté). Le dispositif 700 comprend une cavité Fabry-Pérot 100 comprenant une entrée El formée par le premier réflecteur 11 et une sortie Si formée par le deuxième 12 réflecteur. 25 La cavité Fabry-Pérot 100 a une longueur délimitée entre le premier réflecteur 11 et le deuxième réflecteur 12. Cette longueur est mesurée le long de la direction longitudinale Dl. Le réflecteur 11 est plan, et non courbe. 30 Le réflecteur 12 est plan, et non courbe. Le dispositif 700 comprend un émetteur 13 agencé pour émettre une onde électromagnétique avec une longueur d'onde À. Cet émetteur 13 est dans cet exemple agencé pour faire varier la longueur d'onde À. - 14 - En entrée El de la cavité Fabry-Pérot 100 et/ou en sortie de l'émetteur 13, la longueur d'onde À est dans cet exemple égale à 500 pm ±10%. L'invention ne se limite toutefois pas à une telle longueur d'onde, celle-ci pouvant en particulier être supérieure à 100 pm et/ou 5 inférieure à 3mm ou même 900 pm en entrée de la cavité Fabry-Pérot 100 et/ou en sortie de l'émetteur 13. Le dispositif 700 comprend un capteur 14 agencé pour capter l'onde électromagnétique sortant par la sortie Si de la cavité Fabry-Pérot 100. 10 Un élément important du dispositif 700 consiste en un guide 200 de ce dispositif 700. L'émetteur 13 comprend - une chaine de multiplication de fréquence pilotée par un 15 synthétiseur de fréquence (VDI Synthesizer (Virginia Diodes, Inc.)) - une lentille, située entre la chaine de multiplication et l'entrée El, pour un bon couplage de l'onde électromagnétique dans le mode de plus faible perte du guide d'onde 200. La chaine de multiplication peut être : 20 - WR10AMC Amplifier/multiplierChains (Virginia Diodes, Inc.) : 70 -110 GHz ; et/ou - WR5.1x2, Boadband Doubler (Virginia Diodes, Inc.) : 140 -220 GHz ; et/ou - WR1.5x3, Broadband Tripler (Virginia Diodes, Inc.) : 500- 750 25 GHz Le capteur 14 comprend : - une diode Schottky fonctionnant à température ambiante (WR1.5 ZBD (Virginia Diodes, Inc.), et - une lentille, située entre la sortie Si et la diode Schottky, pour un 30 bon couplage de l'onde électromagnétique détectée avec le guide d'onde 200. Comme on le verra par la suite, ce guide 200 est un guide d'onde corrugué surdimensionné à très faible perte. - 15 - Le guide 200 a, parallèlement à la direction longitudinale D1, une longueur supérieure à trois fois la valeur moyenne du P, dans le cas présent une longueur égale à 180,80 mm. Le guide 200 est typiquement en métal (de préférence de bonne 5 conductivité électrique, en alliage ou non) de préférence en Or, cuivre, et/ou Argent. On pourrait aussi imaginer un guide en quartz ou autre matériau de bonne conductivité électrique. Le guide 200 est agencé pour propager l'onde électromagnétique dans la cavité Fabry-Pérot 100, depuis l'entrée El de la cavité Fabry-10 Pérot 100 jusqu'à sa sortie Si. Le guide 200 forme un tube creux qui s'étend selon une direction longitudinale Dl. Cette direction D1 est dite longitudinale car elle s'étend le long de la cavité Fabry-Pérot 100 en passant d'une part par le premier réflecteur 11 et d'autre part par le deuxième réflecteur 12. 15 Le guide 200 et l'intérieur du tube (c'est-à-dire notamment les cavités) ont une symétrie de révolution autour de l'axe de symétrie parallèle à la direction longitudinale D1, cet axe étant illustré en pointillés sur les figures 1 et 2. En référence à la figure 2, l'intérieur du tube comprend des cavités 20 latérales 2a, 2b et 2c ou rainures agencées pour guider l'onde électromagnétique dans la cavité Fabry-Pérot 100. Ces cavités latérales 2a-2c, ou corrugations, se succèdent les unes après les autres le long de la direction longitudinale Dl. Pour éviter de surcharger la figure 2, seules sept cavités y sont illustrées, et seules trois de ces cavités sont référencées 25 respectivement 2a, 2b et 2c. Dans cet exemple, le tube 200 a une section intérieure circulaire définie par un diamètre intérieur minimum a. Dans un mode de réalisation, les dimensions des cavités latérales 2a-2c dépendent de la longueur d'onde À de l'onde électromagnétique et/ou du 30 diamètre intérieur minimum a. Typiquement : le diamètre intérieur minimum a est supérieur à 10À et supérieur à 10 mm ; les cavités latérales 2a-2c sont, entre le premier réflecteur 11 et le deuxième réflecteur 12, régulièrement espacées d'un pas P. Pour 35 toutes les cavités, ce pas P est de préférence constant ou - 16 - sensiblement constant autour d'une valeur moyenne ±30% et même de préférence ±15%. Chaque pas P ainsi que la valeur moyenne du pas P est supérieur à À/5 et inférieur à À/2, et égal à À/3 ±30% et même ±15% ; ainsi dans le cadre d'une mise en oeuvre pour un 5 travail à À = 500 pm chaque pas P est supérieur à 100 pm et inférieur à 250 pm, et même supérieur à 116 pm et inférieur à 216 pm ; chaque cavité latérale 2a-2c a une longueur w, définie parallèlement à la direction longitudinale Dl du guide 200, inférieure à P/2 c'est à dire inférieure à À/6. w est supérieure à À/10 et inférieure à À/4, et 10 égale à À/6 ±30% et même ±15%, et supérieure à 50 pm et/ou inférieure à 125 pm, de préférence égale à 60 pm ±10% ; ainsi dans le cadre d'une mise en oeuvre pour un travail à À = 500 pm, la longueur w doit être inférieure à 108 pm et supérieure à 58 pm, et idéalement inférieure à 83 pm. 15 chaque cavité latérale 2a-2c a une épaisseur d, définie perpendiculairement à la direction longitudinale Dl du guide 200, supérieure à À/8 et inférieure à À/2, et égale à À/4 ±20% et même ±10%, et supérieure à 100 pm et/ou inférieure à 200 pm, de préférence égale à 125 pm ±10%. Ainsi dans le cadre d'une mis en 20 oeuvre pour un travail à À = 500 pm, l'épaisseur d doit être égale à 125 pm ±20% ou même de préférence ±10%, et donc supérieure à 100 pm et inférieure à 150 pm Ces valeurs de a, P, w, et d en fonction de À sont valables pour toutes 25 les valeurs de À lors de la mise en oeuvre du mode de réalisation de procédé selon l'invention décrit par la suite pour lequel À varie dans son intervalle de travail de longueur d'onde À. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la longueur w est inférieure à la moitié du pas P. Dans un mode de réalisation non représenté, 30 la longueur w peut être égale à la moitié du pas P. Le dispositif 700 comprend en outre un premier actionneur 31 et un deuxième actionneur 32 respectivement agencés pour translater le long de la direction longitudinale Dl le premier réflecteur 11 et le deuxième réflecteur 12 de manière à faire varier la longueur de la cavité Fabry- 35 Pérot 100. - 17 - Le premier 31 et le deuxième 32 actionneurs sont de préférence piézoélectriques. Le dispositif 700 comprend des moyens d'asservissement 40 agencés et/ou programmés pour piloter l'émetteur 13 et les actionneurs 31 et 32 de 5 manière à : faire varier la longueur d'onde À de l'onde électromagnétique émise par l'émetteur 13, recevoir un signal reçu par le capteur 14 lors de la variation de la longueur d'onde À, 10 asservir la longueur de la cavité Fabry-Pérot 100 en fonction du signal reçu par le capteur 14 de manière à maximiser une amplitude ou puissance ou intensité du signal reçu par le capteur 14. Les moyens 40 comprennent les moyens suivants : - une détection synchrone (Signal Recovery modèle 7230); 15 - un moyen (ordinateur) agencé et/ou programmé pour l'acquisition des données et le pilotage du synthétiseur de la source 13 ; - une boucle Proportionnelle, Intégrateur, Dérivateur (ou « PID », par exemple réalisée par ordinateur via une carte Analogique/Numérique -Numérique/Analogique) agencée et/ou 20 programmée pour un asservissement de la longueur de cavité 100 sur un maximum de transmission (sur une résonance du résonateur) en agissant sur deux actionneurs piézoélectriques 31, 32 sur lesquels les grilles inductives 11, 12 sont placées. Le signal de correction produit par la boucle PID pilote une 25 alimentation haute tension (E-508.00 (Physik Instrument)) pour l'utilisation des actionneurs piézoélectriques 31, 32. Le dispositif 700 comprend en outre une base de données (non représentée) référençant plusieurs substances ainsi que des moyens de traitement (non représentés). 30 Ces moyens de traitement (non représentés) sont agencés et/ou programmés pour, en fonction d'un traitement d'un signal reçu par le capteur 14 avec la base de données (non représentée), fournir une information sur au moins une substance contenue dans la cavité FabryPérot 100. - 18 - Le dispositif 700 comprend en outre des moyens de mesure et/ou de régulation (non représentés) de la pression à l'intérieur de la cavité Fabry- Pérot 100 (Groupe de pompage (primaire +secondaire) Turbolab 80 (oerlikon)). 5 Le dispositif 700 comprend en outre des moyens de transformation (non représentés) pour transformer un mode de l'onde électromagnétique avant son entrée dans la cavité Fabry-Pérot 100 et/ou après sa sortie de la cavité Fabry-Pérot 100. Dans cet exemple, de tels moyens de transformation (non 10 représentés) sont agencés pour : que le mode de l'onde électromagnétique émise par l'émetteur 13 et/ou captée par le capteur 14 soit un mode électromagnétique transverse TEM00 qui est le mode transverse fondamental et qui a la même forme qu'un faisceau Gaussien, et/ou 15 que le mode de l'onde électromagnétique à l'intérieur de la cavité Fabry-Pérot 100 soit un mode guidé HEll. Il s'agit d'un mode de propagation hybride qui conserve la polarisation du rayonnement et présente également de faibles pertes. que le mode TEM00 produit par l'émetteur 13 soit le plus efficacement 20 possible couplé au mode HEll du guide. que l'onde transmise par le guide soit couplée le plus efficacement au capteur 14. Le couplage du mode TEM00 vers le mode guidé HEll est idéalement 25 de 98%. La lentille de la source 13 (de focale 25 mm) permet d'adapter les dimensions spatiales de l'onde électromagnétique émise par l'émetteur 13 pour un couplage efficace dans le mode visé. Inversement, le mode HEll se projette en quasi totalité sur un mode gaussien en sortie de guide 200, et la lentille du capteur 14 focalise l'onde électromagnétique sur la diode du 30 capteur 14. Ce mode HEll conserve également la polarisation de l'onde électromagnétique, et la diode Schottky du capteur 14 permet la détection de l'onde électromagnétique. D'autres détecteurs d'onde THz suffisamment sensibles sont compatibles avec l'invention (Détecteur bolométrique, pyroélectrique, etc.). 35 - 19 - Un tel dispositif 700 peut mettre en oeuvre dans un mode de réalisation de procédé selon l'invention tel que décrit ci-dessous, en utilisant notamment : le premier réflecteur 11 et le deuxième réflecteur 12, 5 la cavité Fabry-Pérot 100 comprenant l'entrée El formée par le premier réflecteur 11 et la sortie Si formée par le premier 11 ou le deuxième 12 réflecteur, la cavité Fabry-Pérot 100 ayant une longueur délimitée par le premier 11 et le deuxième 12 réflecteur. Ce mode de réalisation de procédé selon l'invention comprend les 10 étapes suivantes : une émission de l'onde électromagnétique avec une longueur d'onde À supérieure à 100 pm et/ou inférieure à 3 mm en entrée El de la cavité Fabry-Pérot 100, cette émission étant réalisée par l'émetteur 13, 15 une propagation de l'onde électromagnétique dans la cavité Fabry- Pérot 100, depuis l'entrée El de la cavité Fabry-Pérot 100 jusqu'à sa sortie Si, cette propagation étant réalisée par le guide 200, le guide 200 formant un tube creux s'étendant selon la direction longitudinale D1, l'intérieur du tube 200 comprenant les cavités 20 latérales 2a-2c, un guidage de l'onde électromagnétique dans la cavité FabryPérot 100 par les cavités latérales 2a-2c, une captation de l'onde électromagnétique sortant par la sortie Si de la cavité Fabry-Pérot 100, cette captation étant réalisée par le 25 capteur 14. Dans cet exemple : on espace régulièrement du pas P les cavités latérales 2a-2c entre le premier 11 et le deuxième 12 réflecteur ; 30 on détermine le pas P en fonction de la longueur d'onde À ou de l'intervalle de travail de longueur d'onde À que l'on souhaite mettre en oeuvre ; on détermine la longueur w en fonction de la longueur d'onde À ou de l'intervalle de travail de longueur d'onde À que l'on souhaite mettre 35 en oeuvre ; - 20 - on détermine l'épaisseur d en fonction de la longueur d'onde À ou de l'intervalle de travail de longueur d'onde À que l'on souhaite mettre en oeuvre ; on réalise une étape de translation le long de la direction 5 longitudinale d'au moins un, de préférence les deux, parmi le premier réflecteur 11 et le deuxième réflecteur 12 de manière à faire varier la longueur de la cavité Fabry-Pérot 100, cette translation étant réalisée par l'au moins un actionneur 31, 32 ; de préférence, on réalise plus spécifiquement une étape de translation par le premier actionneur 31 10 du premier réflecteur 11 le long de la direction longitudinale D1, et une étape de translation par le deuxième actionneur 32 du deuxième réflecteur 12 le long de la direction longitudinale D1 ; on réalise une étape de variation de la longueur d'onde À au sein de son intervalle dit de travail, cette variation étant réalisée par 15 l'émetteur 13 ; on réalise une étape de pilotage par les moyens d'asservissement (non représentés) de l'émetteur 13 et de l'au moins un actionneur 31, 32 de manière à : o faire varier la longueur d'onde À de l'onde électromagnétique 20 émise par l'émetteur 13, o recevoir un signal reçu par le capteur 14 lors de la variation de la longueur d'onde À, o asservir la longueur de la cavité Fabry-Pérot 100 en fonction du signal reçu par le capteur 14 de manière à maximiser une 25 amplitude ou puissance ou intensité du signal reçu par le capteur 14 ; on réalise une étape de traitement du signal reçu par le capteur 14 avec la base de données (non représentée) et une étape de fourniture d'information sur au moins une substance contenue dans 30 la cavité Fabry-Pérot 100 en fonction de cette étape de traitement, ces étapes de traitement et de fourniture d'information étant réalisées par les moyens de traitement (non représentés) ; on réalise par exemple une étape de traitement du signal afin d'identifier des espèces cibles à l'aide de bases de données usuelles utilisées dans la 35 gamme spectrale définie ; - 21 - on réalise une étape de mesure et/ou de régulation de la pression à l'intérieur de la cavité Fabry-Pérot 100, à l'aide des moyens de mesure et/ou de régulation (non représentés) ; La pression est de préférence régulée à une valeur inférieure à 1 mbar: un tel « vide » 5 permet d'éviter des pertes atmosphériques qui auraient un effet négatif sur la finesse de la cavité 100 ; on réalise une étape de transformation d'un mode de l'onde électromagnétique avant son entrée dans la cavité Fabry-Pérot 100 et/ou après sa sortie de la cavité Fabry-Pérot 100, cette 10 transformation étant réalisée par les moyens de transformation (non représentés) ; typiquement : o l'étape d'émission par l'émetteur 13 et/ou de captation par le capteur 14 peuvent être une émission et/ou une captation de l'onde électromagnétique dans le mode TEM00, et/ou 15 o l'étape de propagation peut être une propagation de l'onde électromagnétique à l'intérieur de la cavité Fabry-Pérot 100 dans le mode HEll qui présente les plus faibles pertes. Puissance transmise du dispositif 700 20 Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, on fait varier la longueur d'onde À, et donc la fréquence v (qui peut être aussi notée f), de l'onde électromagnétique émise par l'émetteur 13. Il est ainsi possible d'obtenir la puissance transmise du dispositif 700 en fonction de la fréquence v qui présente une succession de maximums consistants en des 25 pics de résonance. De tels pics de résonances sont représentés sur le graphique de la figure 3 dans lequel l'axe des abscisses X1 est la fréquence v de l'onde électromagnétique mesurée par le capteur 14, comprise entre 581 GHz et 590 GHz, et l'axe des ordonnées Y1 est la puissance transmise (unités 30 arbitraires). Pour obtenir les résultats de la figure 3, la pression à l'intérieur de la cavité Fabry-Pérot 100 a été régulée par des moyens de régulation (non représentés) de manière à atteindre une pression inférieure à 0,01 mbar. Une telle pression permet d'optimiser le fonctionnement du dispositif 700 en 35 limitant l'absorption atmosphérique essentiellement liée à la vapeur d'eau. - 22 - L'intervalle en fréquence entre chaque maximum est appelé « intervalle spectrale libre » (ISL) et, dans cet exemple, est calculé selon l'équation suivante : 12 ISL = -2L= 826,35 + 0,01 MHz où y correspond à la fréquence de l'onde électromagnétique dans le 5 guide 200 et L correspond à la longueur physique du guide. Dans cet exemple, L = 180,80 mm. Finesse L'une des caractéristiques déterminantes et pertinentes du dispositif 10 700 pour les applications envisagées, que sont en particulier l'analyse de gaz à l'état de trace et/ou l'étude de transitions moléculaires de très faibles intensités, est la finesse définie par l'équation suivante : ISL Finesse = - Av où Av correspond à la pleine largeur en fréquence d'un pic de résonance à mi hauteur. 15 Un ajustement sur un enregistrement réalisé à haute résolution spectrale d'un pic de résonance, tel que représenté en figure 4, permet d'obtenir une mesure de Av. En figure 4, l'axe des abscisses X2 est la fréquence y de l'onde électromagnétique mesurée par le capteur 14, comprise entre 580,640 GHz et 580,660 GHz, et l'axe des ordonnées Y2 est 20 la puissance détectée (unités arbitraires). La finesse du dispositif 700 ainsi que son coefficient de qualité Q surpassent toutes les valeurs connues dans l'état de la technique antérieure : ISL 826,35 Finesse = - = > 850 Av 0,95 580000 Q = > 600000 0,95 25 Les performances du dispositif 700, en termes de finesse, sont limitées par les deux facteurs suivants : d'une part, le coefficient de réflexion insuffisant des grilles inductives 11 et 12 ; d'autre part, les pertes de transmission du guide 200. - 23 - À ce stade, selon les inventeurs, il semble difficile d'identifier lequel des deux facteurs précités limite la finesse obtenue. Finesse, réflexion des grilles inductives 11 et 12 et pertes G dans le guide sont reliées par l'équation suivante : ISL n- Finesse = - = Av 1- R + G 5 où R est un coefficient de réflexion en puissance d'une grille inductive avec : A + T + R =1 où A désigne l'absorption du fait d'un passage à travers la grille inductive et T désigne le coefficient de transmission. Dans cet exemple, une finesse de 850 entraîne des pertes de 1 - R + G = 0,37%. 10 Analyse de gaz Les inventeurs ont utilisé un dispositif 700 pour réaliser l'équivalent d'une « cellule multipassage » pour atteindre des longueurs d'interactions difficilement accessibles dans la gamme de fréquence typiquement 15 comprises entre 100 et 3000 GHz. Il est démontré que le trajet optique équivalent Leg d'un résonateur Fabry-Pérot est proportionnel à la finesse du dispositif 700 : 2FL 2 * 850 * 0,18 Leg = - = 97m n- n- où F est la finesse et L la longueur physique de la cavité 100. On dispose ainsi d'une cellule d'absorption qui présenté un trajet 20 optique d'environ 100 m de longueur avec un encombrement limité. Une importante différence vis-à-vis des investigations spectroscopiques de l'infrarouge (1-10 pm de longueur d'onde) concerne la largeur des raies d'absorption. La largeur des raies étant proportionnelle à la fréquence y à basse pression, les raies sont beaucoup moins larges dans 25 le domaine THz que dans l'infrarouge. Dès lors, la difficulté est d'ajuster la longueur de la cavité 100 afin de faire coïncider la fréquence d'une transition moléculaire et la résonance du dispositif 700, et de conserver cette coïncidence en balayant la fréquence y de l'émetteur 13. Pour ce faire, les inventeurs ont utilisés, selon un mode de réalisation 30 décrit plus haut, deux actionneurs piézoélectriques 31 et 32 et un émetteur 13 modulé en fréquence. - 24 - Ainsi, au passage autour d'une résonance du dispositif 700, la détection synchrone permet d'isoler les harmoniques 1 et 2 du signal reçu par le capteur 14, ces harmoniques étant respectivement proportionnelles à la dérivée première et seconde du pic de résonance. La dérivée première 5 génère un signal d'erreur qui pilote, via le PID, les actionneurs 31 et 32 afin d'asservir la longueur de la cavité Fabry-Pérot 100 au maximum de transmission. La dérivée seconde est caractéristique de la transmission en puissance du dispositif 700 et donc de la résonance moléculaire. 10 Les inventeurs ont testé la possibilité d'identifier un gaz avec un tel dispositif 700 et d'en évaluer la sensibilité. Le test a été réalisé avec un gaz de référence souvent employé pour calibrer les spectromètres, en l'occurrence un isotope minoritaire du sulfure de carbonyle (18012c32S) en abondance naturelle de 0,188 W02. Un tel gaz possède de nombreuses 15 transitions moléculaires sur une très large gamme spectrale. La raie visée autour de 592,66803 GHz (I = 52 51) possède une intensité S (à température ambiante) : S = 3,1 * 10-25cm-1/(mo/écu/e. cm-2) J = 52 51 Cette intensité est disponible dans diverses bases de données (non 20 représentées). Cette unité est communément utilisée en spectroscopie et adoptée par différentes bases de données dont HITRAN. Cette intensité permet de calculer l'absorption d'un gaz en utilisant la loi de Beer Lambert : 1(12) = l0e-aM1 où a(v) désigne l'absorption en cm-1, / désigne la longueur d'interaction en cm, /0 désigne l'intensité de 25 l'émetteur 13, et /(v) désigne l'intensité transmise, avec : a(v) = NSgii où N désigne la concentration de molécules cible en molécule/cm-3, S désigne l'intensité de la transition cible cm-1/(molécule.cm-2), go désigne une forme de raie normalisée à 1 qui dépend de la pression. À basse 30 pression, sous un élargissement Doppler, go est une gaussienne : N1r1,2 [(y:y()) 2 ln (2)] e \ Lly D ' \I n-AvD - 25 - Avp = 3,58 * 10-71)0 1,56 * 10-5cm-1 0,404 MHz OÙ v0 est la fréquence centrale de la transition moléculaire, AvD est la demi largeur Doppler à mi hauteur de la transition visée exprimée en nombre d'onde (a = 1/À) en cm-1, T est la température (ici 300 K), et M est la masse molaire de la molécule (62 pour l'isotope ciblé). 5 Ainsi, pour une pression de 55 pbar, N = 1,35*10-15 molécules/cm-3 et a(v = v0) = 1,235*10-5 cm-1. On voit tout l'intérêt de disposer d'un parcours d'interaction le plus 10 important possible, soit pour étudier des transitions de faible intensité ou des molécules de faible concentration. Ainsi, en utilisant la loi de Beer Lambert : un trajet d'interaction de 1 m correspond à une absorption de 0,12%, un trajet d'interaction de 10 m correspond à une absorption de 1,2%. 15 Le protocole expérimental décrit ci-dessus permet d'obtenir un signal caractéristique de l'absorption moléculaire qui, dans cet exemple, est proportionnel à l'absorbance de la transition moléculaire cible : Signal détecté oc a(v)l = -1n(-) /0 20 Un tel signal est représenté dans le graphique de la figure 5 dont l'axe des abscisses X3 correspond à la fréquence y en GHz et l'axe des ordonnées Y3 correspond à l'absorption moléculaire (unités arbitraires) Ces résultats indiquent que l'invention devrait permettre d'enregistrer 25 des transitions dont les intensités sont inférieures à 10-26 cm 1/(molécule.cm-2) avec un temps de mesure de l'ordre de la minute autour de 600 GHz. L'invention permet une mise en oeuvre aisée d'un résonateur Fabry-30 Pérot et offre ainsi un accès à l'ensemble des applications connues dans - 26 - d'autres domaines spectraux tout en bénéficiant des avantages de travailler dans le domaine THz. En particulier, des systèmes de détection et de quantification de traces de gaz tirant profit d'une technique de type « cavity ring down 5 spectroscopy » et /ou « Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy » (CEAS) sont désormais envisageables grâce à la finesse du dispositif 700. L'excellente sélectivité du domaine THz permet une détection multi espèces avec d'excellentes limites de détection La surveillance de l'atmosphère ou de process industriels devrait 10 aussi profiter de cette avancée. L'analyse THz ultrasensible de l'air exhalée pourrait aider au diagnostic médical. La surveillance de la fraîcheur d'aliments peut aussi bénéficier de cette avancée. 15 Les systèmes destinés à l'infrarouge, souvent dédiés à une molécule cible, sont parfois limités par des interférents. Les largeurs de transition se révèlent en effet beaucoup plus importantes que dans le domaine THz dégradant alors la sélectivité. 20 Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons 25 dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. Dans un mode de réalisation non représenté : - l'entrée El et la sortie Si sont délimités par le premier réflecteur 11. L'émetteur 13 et le capteur 14 sont alors positionnés tous les 30 deux du côté du premier réflecteur 11 et sont séparés par une lame séparatrice ou par tout autre moyen de séparation entre l'onde entrant dans la cavité et l'onde sortant de la cavité basé par exemple sur des effets de polarisation ; et/ou - 27 - - les grilles inductives des réflecteurs 11, 12 peuvent être remplacées par n'importe quel moyen présentant un bon coefficient de réflexion et une perte par transmission minime dans le domaine des THz ; et/ou - l'émetteur 13 peut être remplacé par un ensemble d'émetteurs ; 5 et/ou - le capteur 14 peut être remplacé par un ensemble de capteurs ; et/ou - le réflecteur 11 et/ou REVENDICATIONS1. Dispositif comprenant : un premier réflecteur (11) et un deuxième réflecteur (12), une cavité Fabry-Pérot (100) comprenant une entrée (El) formée par le premier réflecteur (11) et une sortie (51) formée par le premier (11) ou le deuxième (12) réflecteur, la cavité Fabry- Pérot (100) ayant une longueur délimitée par le premier (11) et le deuxième (12) réflecteur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - un émetteur (13) agencé pour émettre une onde électromagnétique avec une longueur d'onde À supérieure à 100 pm et/ou inférieure à 3 mm en entrée (El) de la cavité Fabry-Pérot (100), un guide (200) agencé pour propager l'onde électromagnétique dans la cavité Fabry-Pérot (100), depuis l'entrée (El) de la cavité FabryPérot (100) jusqu'à sa sortie (51), un capteur (14) agencé pour capter l'onde électromagnétique sortant par la sortie (51) de la cavité Fabry-Pérot (100), et en ce que le guide (200) forme un tube creux s'étendant selon une direction longitudinale (D1), l'intérieur du tube comprenant des cavités latérales (2a, 2b, 2c) agencées pour guider l'onde électromagnétique dans 20 la cavité Fabry-Pérot (100). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les cavités latérales (2a, 2b, 2c) sont, entre le premier (11) et le deuxième (12) réflecteur, espacées d'un pas P. 25 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel chaque pas P est égal à À/3 ±30%. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 30 lequel chaque cavité latérale (2a, 2b, 2c) a une longueur w, définie parallèlement à la direction longitudinale (D1) du guide (200), égale à À/ 6 ±30%. - 29 - 5. Dispositif selon la revendication 4 considérée comme dépendante de la revendication 2 ou 3, dans lequel la longueur w est inférieure ou égale à la moitié du pas P. 5 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque cavité latérale (2a, 2b, 2c) a une épaisseur d, définie perpendiculairement à la direction longitudinale (D1) du guide (200), égale à À/4 ±20%. 10 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tube (200) a un diamètre intérieur minimum a supérieur à 10.1. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier réflecteur (11) et le deuxième (12) réflecteur 15 comprennent chacun une grille inductive. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un actionneur (31, 32) agencé pour translater le long de la direction longitudinale (D1) au moins un parmi le premier réflecteur (11) et le deuxième réflecteur (12) de manière à faire varier la longueur de la cavité Fabry-Pérot (100). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émetteur (13) est agencé pour faire varier la 25 longueur d'onde À. 11. Dispositif selon la revendication 10 considérée comme dépendante de la revendication 9, comprenant en outre des moyens d'asservissement (40) agencés et/ou programmés pour piloter l'émetteur (13) et l'au moins un 30 actionneur (31, 32) de manière à : faire varier la longueur d'onde À de l'onde électromagnétique émise par l'émetteur (13), recevoir un signal reçu par le capteur (14) lors de la variation de la longueur d'onde À, - 30 - asservir la longueur de la cavité Fabry-Pérot (100) en fonction du signal reçu par le capteur (14) de manière à maximiser une amplitude ou puissance ou intensité du signal reçu par le capteur (14). 5 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une base de données référençant plusieurs substances, et comprenant des moyens de traitement agencés et/ou programmés pour, en fonction d'un traitement d'un signal reçu par le 10 capteur (14) avec la base de données, fournir une information sur au moins une substance contenue dans la cavité Fabry-Pérot (100). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de mesure et/ou de régulation de la 15 pression à l'intérieur de la cavité Fabry-Pérot (100). 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de transformation pour transformer un mode de l'onde électromagnétique avant son entrée dans la cavité Fabry-20 Pérot (100) et/ou après sa sortie de la cavité Fabry-Pérot (100). 15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel les moyens de transformation sont agencés pour : que le mode de l'onde électromagnétique émise par l'émetteur (13) et/ou captée par le capteur (14) soit un mode TEM00, et/ou que le mode de l'onde électromagnétique à l'intérieur de la cavité Fabry-Pérot (100) soit un mode HEll. 16. Procédé mis en oeuvre dans un dispositif comprenant : un premier réflecteur (11) et un deuxième réflecteur (12), une cavité Fabry-Pérot (100) comprenant une entrée (El) formée par le premier réflecteur (11) et une sortie (Si) formée par le premier (11) ou le deuxième (12) réflecteur, la cavité FabryPérot (100) ayant une longueur délimitée par le premier (11) et le deuxième (12) réflecteur, - 31 - le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend : une émission d'une onde électromagnétique avec une longueur d'onde À supérieure à 100 pm et/ou inférieure à 3 mm en entrée (El) de la cavité Fabry-Pérot (100), cette émission étant réalisée par un 5 émetteur (13), une propagation de l'onde électromagnétique dans la cavité FabryPérot (100), depuis l'entrée (El) de la cavité Fabry-Pérot (100) jusqu'à sa sortie (Si), cette propagation étant réalisée par un guide (200), le guide (200) formant un tube creux s'étendant selon 10 une direction longitudinale (D1), l'intérieur du tube comprenant les cavités latérales (2a, 2b, 2c), un guidage de l'onde électromagnétique dans la cavité FabryPérot (100) par les cavités latérales (2a, 2b, 2c), une captation de l'onde électromagnétique sortant par la sortie (Si) 15 de la cavité Fabry-Pérot (100), cette captation étant réalisée par un capteur (14).