Conversion de Térahertz en Gigahertz

Informations sur le Térahertz (THz)

Le térahertz est une unité de fréquence valant mille milliards de hertz. Son symbole est THz. Il occupe l’intervalle entre les fréquences radio les plus hautes et la lumière infrarouge la plus basse, région qui, pendant l’essentiel du XXe siècle, fut si difficile à produire ou à détecter qu’on l’appela le fossé térahertz.

La difficulté était pratique et non théorique. Les oscillateurs électroniques s’essoufflent au-delà de quelques centaines de gigahertz parce que les porteurs de charge ne répondent pas assez vite, tandis que les sources optiques telles que les lasers perdent leur rendement en dessous de l’infrarouge. La bande intermédiaire ne disposait d’aucune technique commode de part ni d’autre, et elle fut pendant des décennies la portion la moins explorée du spectre électromagnétique.

Cela a changé avec les lasers ultrarapides et les antennes photoconductrices, qui produisent des impulsions térahertz en éclairant un semi-conducteur avec une impulsion laser de quelques femtosecondes. La spectroscopie térahertz dans le domaine temporel mesure aujourd’hui la réponse des matériaux sur toute la bande, et la technique est devenue un outil courant en science des matériaux.

Le contrôle de sûreté est l’application la plus connue. Le rayonnement térahertz traverse les vêtements, le papier, le plastique et les céramiques mais est arrêté par le métal et absorbé par l’eau, et son énergie par photon est bien trop faible pour ioniser quoi que ce soit : il peut donc imager des objets dissimulés sans les risques des rayons X. Les scanners corporels des aéroports fonctionnent sur ce principe.

La spectroscopie moléculaire emploie la bande parce que bien des grosses molécules y possèdent des modes de rotation et de vibration. Les explosifs et les stupéfiants présentent des signatures térahertz caractéristiques, et la technique sert au contrôle qualité pharmaceutique pour distinguer des formes cristallines que d’autres méthodes rendent identiques. La conservation des œuvres d’art l’applique pour voir sous les couches de peinture sans toucher une toile.

L’astronomie observe à ces fréquences depuis des sites élevés et secs ou depuis l’orbite, car la vapeur d’eau atmosphérique absorbe fortement le rayonnement térahertz. La poussière froide et le gaz moléculaire des régions de formation stellaire rayonnent ici, d’où la construction d’observatoires en altitude au Chili et au pôle Sud.

La recherche en télécommunications a commencé à entrer dans la bande. Les débits croissent avec la largeur de bande disponible, et il y a bien plus de place au-dessus de 100 gigahertz qu’au-dessous : des laboratoires ont donc démontré des liaisons sans fil portant des centaines de gigabits par seconde à des fréquences approchant le térahertz. L’obstacle est que la vapeur d’eau absorbe fortement ces ondes, bornant une liaison à quelques centaines de mètres par air clair et à bien moins sous la pluie. Cela confine la technique à de courts sauts : liaisons entre antennes de toiture, liens à l’intérieur d’un centre de données, ou le dernier tronçon entre un candélabre et un immeuble, plutôt que quoi que ce soit ressemblant à une diffusion.

Un térahertz équivaut à mille milliards de hertz, à 1000 gigahertz ou à une longueur d’onde d’environ 0,3 millimètre.

Informations sur le Gigahertz (GHz)

Le gigahertz est une unité de fréquence valant un milliard de hertz. Son symbole est GHz. C’est la plage des communications sans fil modernes et de l’horloge interne de tout ordinateur actuel, et presque rien de ce qui s’y trouve n’était d’usage courant avant les années 1990.

Le wifi occupe deux bandes principales, à 2,4 et 5 gigahertz, avec une bande plus récente vers 6. La bande de 2,4 est encombrée parce qu’elle est libre d’usage presque partout et partagée avec le Bluetooth, les téléphones sans fil et les fours à micro-ondes, qui fonctionnent à 2,45 gigahertz parce que les molécules d’eau y absorbent efficacement l’énergie. La bande de 5 offre plus de canaux et des débits supérieurs, mais les murs l’absorbent davantage : elle couvre donc une zone plus réduite.

La téléphonie mobile s’étend sur toute la plage. Les générations antérieures ont utilisé des bandes sous 1 gigahertz pour leur portée dans les bâtiments et dans les campagnes, tandis que les attributions plus récentes à 1,8, 2,6 et 3,5 gigahertz transportent davantage de données sur de plus courtes distances. Plus une fréquence est haute, plus la largeur de bande disponible est grande et moins elle pénètre, et chaque génération de réseau est une négociation entre ces deux faits.

Les fréquences d’horloge des ordinateurs sont entrées dans le gigahertz vers l’an 2000 et se sont arrêtées près de quatre quelques années plus tard. La limite est thermique : la dissipation croît fortement avec la fréquence, et au-delà d’environ quatre gigahertz un processeur en silicium classique ne parvient plus à évacuer la chaleur. Les gains de performance depuis lors sont venus de l’ajout de cœurs, de l’élargissement de l’émission d’instructions et de meilleures hiérarchies de mémoire, non d’une hausse de l’horloge.

Les liaisons par satellite, le radar et la radioastronomie travaillent tous ici. Le radar météorologique fonctionne d’ordinaire entre 2,7 et 5,6 gigahertz, celui du contrôle aérien dans des bandes voisines, et le rayonnement de fond micro-ondes qui emplit l’univers culmine près de 160 gigahertz, bien au-dessus de la plage des communications terrestres.

Les systèmes à ondes millimétriques à 24 gigahertz et au-delà servent au radar anticollision des automobiles et aux bandes de plus grande capacité des réseaux mobiles. Leurs longueurs d’onde très courtes autorisent de petites antennes et des débits énormes, mais presque tout les arrête, y compris la pluie et le feuillage.

Un gigahertz équivaut à un milliard de hertz, à 1000 mégahertz ou à 0,001 térahertz.