Experiments and Models of Active and Thermal Imaging Under Bad Weather Conditions

Thermal imaging cameras are widely used in military contexts for their night vision capabilities and their observation range; there are based on passive infrared sensors (e.g. MWIR or LWIR range). Under bad weather conditions or when the target is partially hidden (e.g. foliage, military camouflage) they are more and more complemented by active imaging systems, a key technology to perform target identification at long range. The 2D flash imaging technique is based on a high powered pulsed laser source that illuminates the entire scene and a fast gated camera as the imaging system. Both technologies are well experienced under clear meteorological conditions; models including atmospheric effects such as turbulence are able to predict accurately their performances. However, under bad weather conditions such as rain, haze or snow, these models are not relevant. This paper introduces new models to predict performances under bad weather conditions for both active and infrared imaging systems. We point out their effects on controlled physical parameters (extinction, transmission, spatial resolution, thermal background, speckle, turbulence). Then we develop physical models to describe their intrinsic characteristics and their impact on the imaging system performances. Finally, we approximate these models to have a “first order” model easy to deploy for industrial applications. This theoretical work will be validated on real active and infrared data

Contrôle optique des cathodes froides à base de nanotubes de carbone pour les sources THz

The THz field is experiencing a tremendous boom since the late 1980s. However, the design of powerful sources (>10mW) is still difficult so they often remain massive and bulky. Today, research is therefore focused on the development of compact sources using technics from solid electronics, optics or vacuum electronics. This thesis considers an electron tube associated to a premodulated cold cathode. This cathode is an array of vertically aligned carbon nanotubes optimized to extract electrons at low electric field. The nanotubes are grown on a metallic surface grating dedicated to the coupling of a THz dual-frequency laser to the electrons thanks to surface plasmons. The study is focused on the development of the metallic grating and on the understanding of the electronic properties of the new cathode. These directions have led in particular to the fabrication of functional gratings, to quantify the divergence of the electron beam and the development of a thermal annealing technique of nanotubes by pulsed laser. Regarding the fabrication of this new cathode, a technological solution has been developed in compatibility with the high temperature growth of nanotubes (>500°C). The expertise developed during this work should lead to the THz modulation of electron beams and more generally should improve the performances of existing electronic sources or devices based on surface gratings.Le domaine THz connaît un extraordinaire essor depuis la fin des années 1980. Néanmoins, la conception de sources puissantes (>10 mW) est difficile et celles-ci restent souvent massives et volumineuses. Aujourd'hui, les recherches portent donc sur le développement de sources compactes utilisant des techniques de l'électronique solide, de l'optique ou de l'électronique sous vide. Ce travail considère un tube électronique associé à une cathode froide pré-modulée. Celle-ci se compose d'un réseau de nanotubes de carbone verticaux permettant d'extraire les électrons sous faible champ. Ce réseau de nanotubes est intégré sur un réseau de surface métallique permettant de coupler le battement THz d'un laser bifréquence aux électrons par l'intermédiaire de plasmons de surface. L'étude porte sur le développement du réseau métallique et sur la compréhension des propriétés électroniques de cette nouvelle cathode. Ces axes de travail ont notamment mené à la fabrication de réseaux fonctionnels, à la quantification de la divergence du faisceau électronique et à la mise au point d'une technique de recuit des nanotubes par laser impulsionnel. Concernant la fabrication de cette nouvelle cathode, une solution technologique a été développée en compatibilité avec la croissance haute température des nanotubes (>500°C). La maîtrise des techniques développées durant ce travail devrait conduire à la modulation THz de faisceaux électroniques et plus généralement à l'amélioration des sources électroniques actuelles ou des appareils intégrant des réseaux de surface

Contrôle optique des cathodes froides à base de nanotubes de carbone pour les sources THz

Résumé français : Le domaine THz connaît un extraordinaire essor depuis la fin des années 1980. Néanmoins, la conception de sources puissantes (>10 mW) est difficile et celles-ci restent souvent massives et volumineuses. Aujourd'hui, les recherches portent donc sur le développement de sources compactes utilisant des techniques de l'électronique solide, de l'optique ou de l'électronique sous vide. Ce travail considère un tube électronique associé à une cathode froide pré-modulée. Celle-ci se compose d'un réseau de nanotubes de carbone verticaux permettant d'extraire les électrons sous faible champ. Ce réseau de nanotubes est intégré sur un réseau de surface métallique permettant de coupler le battement THz d'un laser bifréquence aux électrons par l'intermédiaire de plasmons de surface. L'étude porte sur le développement du réseau métallique et sur la compréhension des propriétés électroniques de cette nouvelle cathode. Ces axes de travail ont notamment mené à la fabrication de réseaux fonctionnels, à la quantification de la divergence du faisceau électronique et à la mise au point d'une technique de recuit des nanotubes par laser impulsionnel. Concernant la fabrication de cette nouvelle cathode, une solution technologique a été développée en compatibilité avec la croissance haute température des nanotubes (>500C). La maîtrise des techniques développées durant ce travail devrait conduire à la modulation THz de faisceaux électroniques et plus généralement à l'amélioration des sources électroniques actuelles ou des appareils intégrant des réseaux de surface.Résumé anglais : The THz field is experiencing a tremendous boom since the late 1980s. However, the design of powerful sources (>10mW) is still difficult so they often remain massive and bulky. Today, research is therefore focused on the development of compact sources using technics from solid electronics, optics or vacuum electronics. This thesis considers an electron tube associated to a premodulated cold cathode. This cathode is an array of vertically aligned carbon nanotubes optimized to extract electrons at low electric field. The nanotubes are grown on a metallic surface grating dedicated to the coupling of a THz dual-frequency laser to the electrons thanks to surface plasmons. The study is focused on the development of the metallic grating and on the understanding of the electronic properties of the new cathode. These directions have led in particular to the fabrication of functional gratings, to quantify the divergence of the electron beam and the development of a thermal annealing technique of nanotubes by pulsed laser. Regarding the fabrication of this new cathode, a technological solution has been developed in compatibility with the high temperature growth of nanotubes (>500C). The expertise developed during this work should lead to the THz modulation of electron beams and more generally should improve the performances of existing electronic sources or devices based on surface gratings.PALAISEAU-Polytechnique (914772301) / SudocSudocFranceF