Live cell imaging with FTIR spectroscopy offers a high throughput, non-damage and lab-free method to study the cells in vivo which has significant advantages in the field of cancer diagnosis and drug screening. However, due to the strong absorbance of water, using infrared spectroscopy in such field remains to be an underdeveloped topic. This project demonstrates a novel method to perform IR imaging of cells in solution. A novel water correction method, which avoids the using of water combination band, is proposed. A buffer reference and a cell reference spectra were introduced to fitting the contribution based on protein bands. This method was implemented on three types of IR spectrometers, namely conventional FTIR spectrometer, synchrotron-based FTIR spectrometer and quantum cascade laser (QCL) microscope. To date, most of the live cell imaging carried out with IR sources utilise synchrotron radiation. Recently, a new bench top system, QCL microscope, has been developed. It incorporates four tunable QCL laser sources covering the wavenumber range 900-1800 cm-1 which are many orders of magnitude brighter than conventional sources. The proposed water correction method is, therefore, capable of processing the data recorded by all three types of IR spectrometers. Three prostate cancer cell lines were employed to evaluate the water correction method and the performance of three spectrometers on imaging of cell in solution. The obtained spectra was analysed with multivariate analysis, PCA and PC-LDA which shows good separation between cell lines. The data was also examined with Random Forest algorithm to establish a classifier and the diagnostic capability of the water corrected spectra was proven.

Application of InAs/AlSb materials system for development of short-wavelength quantum cascade lasers is explored. Molecular beam epitaxy (MBE) technology allowing to grow multiperiodical unstrained InAs/AlSb heterostructures with roughness of 1-2 monolayers is developed. It is demonstrated that InAs/AlSb materials system is well-suitable for development of short-wavelength quantum cascade lasers operating below 4 µm wavelength. Lasers containing plasmon-enhanced waveguides as well as the short period InAs/AlSb superlattices as waveguides were designed, MBE-grown and studied. The effect of waveguide properties on the device parameters is revealed. Usage of these waveguides and innovations in laser active region introducing “funnel” injector allowed one to reach operation temperature 420 K at the emission wavelength of 3.3 µm. The obtained optical peak power exceeded 1 W per facet. The room temperature operation has been obtained at wavelength below 3 µm. As for wavelength range, applying the new active region design strategy and the short period InAs/AlSb superlattice spacers InAs based quantum cascade lasers emitting at the wavelengths as short as 2.63 µm were developed, which is today the shortest emission wavelength of the operation of semiconductor lasers based on the intersubband transitions. / Disertaciniame darbe nagrinėjamas InAs/AlSb medžiagų sistemos panaudojimas trumpabangių tarppajuostinių lazerių kūrimui. Buvo išplėtota molekulinių pluoštelių epitaksijos technologija, leidžianti auginti daugiaperiodines neįtemptas InAs/AlSb heterosandūras su mažu 1-2 atominių sluoksnių šiurkštumu. Buvo parodyta, jog InAs/AlSb medžiagų sistema yra tinkama kurti trumpabangiams kvantiniams kaskadiniams lazeriams, veikiantiems žemiau 4 µm bangos ilgio ribos. Buvo ištirtas kvantinių kaskadinių lazerių, turinčių tiek plazmoninius bangolaidžius su stipriai legiruotais InAs apdariniais sluoksniais, tiek ir mažo periodo InAs/AlSb supergardelių bangolaidžius, veikimas bei jų įtaka prietaiso parametrams. Šie sprendimai dėl bangolaidžių bei tolimesni aktyviosios terpės patobulinimai, naudojant piltuvėlio formos injektorių, leido sukurti didelio našumo prietaisus, galinčius veikti iki 420 K temperatūros, esant 3,3 µm bangos ilgio emisijai, ir pasiekti maksimalią optinę galią siekiančią 1 W kambario temperatūroje. Šios inovacijos leido sukurti ir InAs/AlSb kvantinį kaskadinį lazerį, emituojantį ~2,6 µm bangos ilgio spinduliuotę  šiai dienai tai yra trumpiausią bangos ilgį spinduliuojantis tokio tipo prietaisas pasaulyje.

Disertaciniame darbe nagrinėjamas InAs/AlSb medžiagų sistemos panaudojimas trumpabangių tarppajuostinių lazerių kūrimui. Buvo išplėtota molekulinių pluoštelių epitaksijos technologija, leidžianti auginti daugiaperiodines neįtemptas InAs/AlSb heterosandūras su mažu 1-2 atominių sluoksnių šiurkštumu. Buvo parodyta, jog InAs/AlSb medžiagų sistema yra tinkama kurti trumpabangiams kvantiniams kaskadiniams lazeriams, veikiantiems žemiau 4 µm bangos ilgio ribos. Buvo ištirtas kvantinių kaskadinių lazerių, turinčių tiek plazmoninius bangolaidžius su stipriai legiruotais InAs apdariniais sluoksniais, tiek ir mažo periodo InAs/AlSb supergardelių bangolaidžius, veikimas bei jų įtaka prietaiso parametrams. Šie sprendimai dėl bangolaidžių bei tolimesni aktyviosios terpės patobulinimai, naudojant piltuvėlio formos injektorių, leido sukurti didelio našumo prietaisus, galinčius veikti iki 420 K temperatūros, esant 3,3 µm bangos ilgio emisijai, ir pasiekti maksimalią optinę galią siekiančią 1 W kambario temperatūroje. Šios inovacijos leido sukurti ir InAs/AlSb kvantinį kaskadinį lazerį, emituojantį ~2,6 µm bangos ilgio spinduliuotę  šiai dienai tai yra trumpiausią bangos ilgį spinduliuojantis tokio tipo prietaisas pasaulyje. / Application of InAs/AlSb materials system for development of short-wavelength quantum cascade lasers is explored. Molecular beam epitaxy (MBE) technology allowing to grow multiperiodical unstrained InAs/AlSb heterostructures with roughness of 1-2 monolayers is developed. It is demonstrated that InAs/AlSb materials system is well-suitable for development of short-wavelength quantum cascade lasers operating below 4 µm wavelength. Lasers containing plasmon-enhanced waveguides as well as the short period InAs/AlSb superlattices as waveguides were designed, MBE-grown and studied. The effect of waveguide properties on the device parameters is revealed. Usage of these waveguides and innovations in laser active region introducing “funnel” injector allowed one to reach operation temperature 420 K at the emission wavelength of 3.3 µm. The obtained optical peak power exceeded 1 W per facet. The room temperature operation has been obtained at wavelength below 3 µm. As for wavelength range, applying the new active region design strategy and the short period InAs/AlSb superlattice spacers InAs based quantum cascade lasers emitting at the wavelengths as short as 2.63 µm were developed, which is today the shortest emission wavelength of the operation of semiconductor lasers based on the intersubband transitions.

Nous proposons dans cette thèse une modélisation du processus de corrélation d'alertes avec une nouvelle logique de préférences, appelée IFO-QCL (pour Instanciated First Order Qualitative Choice Logic). Le processus de corrélation d'alertes modélisé prend en entrée un ensemble d'alertes, générées par les systèmes de détection d'intrusions (IDS), ainsi que les connaissances et les préférences d'un opérateur de sécurité sous forme de bases de connaissances/préférences, codées en logique IFO-QCL. En sortie, un sous-ensemble d'alertes jugées les plus pertinentes sont transmises à l'opérateur de sécurité.Dans la pratique, les alertes fournies par les IDS ne renseignent pas tous les attributs exprimés par l'opérateur de sécurité dans ses bases de connaissances/préférences. Afin de pouvoir classer ce type d'alertes et leur attribuer un degré de satisfaction, nous avons proposé deux méthodes duales pour traiter le manque d'information. La première consiste en la complétion des alertes dites partielles et la deuxième méthode consiste à modifier les formules des bases de connaissances/préférences, afin de se focaliser uniquement sur les attributs présents dans les alertes.Nous avons proposé un algorithme polynomial qui permet d'attribuer un degré de satisfaction, basé sur la logique IFO-QCL, aux alertes et de retourner un sous-ensemble d'alertes préférées.Des études expérimentales ont été effectuées sur une base d'alertes réelles qui montrent l'efficacité de notre modèle de corrélation d'alertes. / In this thesis, we propose a model for alert correlation process using a new preference logic, called IFO-QCL (for Instanciated First Order Qualitative Choice Logic). The proposed alert correlation process has as inputs a set of alerts, generated by intrusion detectin systems (IDS), and a set of knowledge and preferences of a security operator, encoded using IFO-QCL logic. As output, a set of preferred a relevant alerts are produced.In practise, IDS alerts may not provide information about attributes expressed by the security operator in his knowledge and preferences. In order to classify such kind of alerts, two dual methods have been proposed. The first one consists in the completion of the so-called partial alerts and the second one reduces knowledge/preferences formulas, in order to only focus on attributes that are present in the alerts.We proposed a polynomial algorithm that assigns a satisfaction degree, according to the IFO-QCL logic, to alerts and select a set of preferred ones.Experimental studies were carried out using real alerts show the merits of our model.

Nous reportons dans ces travaux de thèse le développement de deux spectromètres à lasers fonctionnant dans la région spectrale du moyen infrarouge (2,78 µm et 8 µm) correspondant aux deux fenêtres atmosphériques pour la détection de traces de gaz. Le premier spectromètre, basé sur la génération de différence de fréquences (DFG) vers 2,78 µm, est couplé à un spectromètre utilisant un laser à cascade quantique (QCL) vers 8 µm dans une cellule multipassages. Ce montage croisé nous a permis de déterminer pour la première fois expérimentalement les intensités de 31 raies d’absorption les plus intenses de la branche Q de la bande fondamentale ν₁ de l’isomère trans de l’acide nitreux (trans-HONO), considéré comme espèce clé pour la capacité d'oxydation atmosphérique. Nous avons exploité le spectromètre à QCL lors d’une campagne de mesures ciblée sur la surveillance continue du méthane (CH₄) pendant le mois de janvier 2013 à Dunkerque. Les observations de la variation de la concentration du CH₄ ont été analysées à l'aide des paramètres météorologiques simultanément enregistrées. Face au besoin d’identification de ses sources d’émission, nous avons développé la technique IRLS (Isotope Ratio Laser Spectrometry) pour la mesure du taux isotopique de ¹³CH₄/¹²CH₄. Les résultats préliminaires sont présentés. / I report in this PhD thesis on the development of two mid-infrared laser spectrometers, based on difference-frequency generation (DFG) and quantum cascade laser (QCL), for application to trace gas monitoring. The DFG spectrometer (2.78 µm) was coupled with the QCL spectrometer (8 µm) to simultaneously measure nitrous acid (HONO) absorption spectra of the v₁ and v₃ bands respectively. Such crossing measurements allow us to determine experimentally, for the first time, the line strengths of 31 absorption lines of the ν1 band of trans isomer of nitrous acid that significantly impacts the air quality and climate change because of its crucial role in the atmospheric oxidation capacity. The QCL spectrometer is also deployed for continuous monitoring of methane (CH₄) during January 2013 in Dunkirk. Methane concentration variation is analyzed with the help of the simultaneously recorded meteorological parameters. In order to identify the sources of CH₄ emission, I developed an Isotope Ratio Laser Spectrometry (IRLS) technique to measure the isotopic ratio of ¹³CH₄/¹²CH₄. Preliminary results are presented.

Diese Arbeit untersucht den Einfluss verschiedener physikalischer Parameter auf das Verhalten von Frequenz-abstimmbaren External-Cavity Quantenkaskadenlasern (EC-QCLs) theoretisch und experimentell. Diese beinhalten unter anderen die Antireflexschicht, die Art der Optiken, die geometrischen und die mechanisch/strukturellen Eigenschaften. Dies wurde erreicht durch Aufbau dreier sehr unterschiedlicher EC-Konfigurationen, der Diskussion und dem Vergleich ihrer Leistungsmerkmale und ihrer Vor- und Nachteile für verschiedene Anwendungen unter hauptsächlicher Verwendung von QCLs desselben Wafers der Vergleichbarkeit wegen. Für den letzten Teil dieser Arbeit wurde ein neuer Typus EC-QCL mit vielversprechenden Eigenschaften entwickelt, sodass wir glauben er hat das Potential das Littrow Design langfristig abzulösen. Dieses selbststabilisierende Design verwendet einen Retroreflektor als externen Reflektor. Für die Demonstration dieses Konzepts war die Entwicklung eines Tuning-Elements in Form eines Winkel-verstimmbaren Mittinfrarot-Bandpass-Interferenzfilters mit sehr hohem Gütefaktor vonnöten. Für das Design des Filters wurden Materialien mit sehr strengen Toleranzen bezüglich ihrer physikalischen und optischen Eigenschaften auf Basis von theoretischen Überlegungen ausgewählt und eine Fabrikationsmethode mit hochoptimierten Prozessparametern entwickelt. Die ersten Filter auf Basis von Yttriumfluorid/Yttriumoxid/Germanium/Silizium haben eine Transmissionsbandbreite von 0.14% der Zentralwellenlänge und eine maximale Transmission von etwa 60%. Die EC Konfiguration resultierte in verminderter Empfindlichkeit gegenüber Mechanischen Störungen des Reflektors um zwei Größenordnungen. Das Design behebt die grundsätzliche Limitierung des Littrow Designs bezüglich Miniaturisierung, da kein großer Strahldurchmesser vonnöten ist um kleine Bandbreiten des Littrowgitters zu erreichen. / This thesis thoroughly investigates theoretically and experimentally the effects many physical parameters have on the performance of Tunable External-Cavity Quantum-Cascade Lasers (EC-QCLs). These include, among others, the anti-reflection coating, the type of optics, and the geometrical as well as mechanical and structural properties of the EC setup. This was done by assembling three very different EC setups and comparing and discussing their performance, as well as advantages and disadvantages for different purposes using mainly QCLs from the same original wafer for better comparability. For the last part of this thesis, a new type of EC-QCL configuration was developed with properties so promising that we believe it has the potential to replace the Littrow Cavity in the long term. This is an alignment-stabilized and interference filter-tuned design using a retroreflector as the external reflector. For the demonstration of this concept, development of the tuning element in the form of an angle-tunable high-Q mid-infrared bandpass filter was necessary. For the design of the filter, materials with very strict tolerances on the physical and optical properties were selected from theoretical considerations and a fabrication method with highly optimized process parameters was developed. The first filters on the basis of yttrium fluoride/yttrium oxide/germanium/silicon have a transmission bandwidth of 0.14% of the central wavelength and a peak transmission of approximately 60%. The EC configuration resulted in a sensitivity reduction to mechanical perturbations of the reflector by two orders of magnitude, with a calculated potential for three orders of magnitude using optimized optics. This design lifts the fundamental constraint on miniaturization imposed on the Littrow design that requires large beam diameters to ensure a small bandwidth of the Littrow grating.

La plasmonique est un domaine de la nano-photonique qui étudie le comportement de la lumière à des échelles sub-longueurs d'ondes en présence de métaux. Les plasmons polaritons de surface (SPPs) sont des modes électromagnétiques qui se propagent à l'interface entre un diélectrique et un métal. Les SPPs trouvent des applications dans plusieurs domaines comme la communication et le traitement tout-optique du signal, la spectroscopie, la détection en biologie et en chimie. De nombreux composants plasmoniques (modulateurs, coupleurs, détecteurs ...) ont été démontrés ces dernières années. Cependant, leur l'intégration reste conditionnée par l'absence d'un générateur compact (pompage électrique, dimensions réduites) et par les grandes pertes ohmiques. Les techniques standards de génération de SPs nécessitent l'alignement d'un laser externe sur un prisme ou un réseau de diffraction afin d'adapter le vecteur d'onde incident avec celui du plasmon. L'approche que nous avons choisie est basée sur l'utilisation de lasers à semiconducteur ayant une polarisation transverse magnétique (TM) comme source d'excitation et de gain. Notre approche, permet d'obtenir des dispositifs compacts et facilement intégrables sur puce. Pendant ma thèse j'ai étudié expérimentalement et numériquement les performances d'un laser en fonction rapprochement du contact métallique à sa région active. La proximité du gain optique au métal est nécessaire pour la réalisation de dispositifs plasmoniques actifs. J'ai démontré la génération et l'amplification des plasmons de surface dans la bande télécom (λ=1.3µm), avec des dispositifs compacts, à base de semiconducteurs, fonctionnant par injection électrique et à température ambiante. Notamment, j'ai réalisé une architecture élégante, avec coupleur intégré, pour la génération de SPPs accessibles sur le sommet du dispositif. Un dispositif avec gaine superficielle ultrafine a permis de démontrer un mode hybride plasmonique avec une fraction consistante de champ électrique à l'interface métal/semiconducteur. Finalement, j'ai montrée que la structuration nanométrique du contact métallique réduit les pertes du mode laser. Les résultats sont renforcés par une nouvelle technique de imagerie de champ proche (SNOM) qui a permis de mesurer les SPPs à l'interface métal/or et à l'interface métal/ semiconducteur. Grâce aux mesures SNOM, il a aussi été possible de démontrer sans aucune ambiguïté l'effet de la structuration du métal sur le mode optique. / The field of plasmonics is experiencing a rapid development, due to the interest in studying the behavior of light at the nanometer scale. Key ingredients of plasmonics are the surface plasmons (SPs), electromagnetic modes localized at the interface between a metal and a dielectric. SPs rely on the interaction between electromagnetic radiation and conduction electrons at metallic interfaces or in "small" metallic nanostructures. The recent intense activity on plasmonics has been also enabled by state-of-the-art nano fabrication techniques and by high-sensitivity optical characterization techniques. These tools pave the way to promising applications (integration in electronics, chemical and biological detection...), which exploit the SP peculiarity of confining optical fields over sub-wavelength mode volumes. The number of publications concerning plasmonics has been continuously increasing over the last twenty years giving rise to a dynamic research context. Several plasmonic devices have been demonstrated during the last years (modulators, couplers, detectors ...). However their integration is limited by the absence of a compact generator (electrical pumping, small dimensions) and by the huge ohmic losses. Standard techniques for surface plasmon polariton (SPP) generation need an external alignment with a laser source on a prism or on a grating. Our approach is based on semiconductor lasers sources with a transverse magnetic (TM) polarization. Therefore, it is possible to obtain compact semiconductor devices suitable for the on chip integration. During my thesis I studied experimentally and numerically the performance of a diode laser as a function of the metal distance from its active region. The proximity of the gain to the metal is necessary to realize active plasmonic devices. I demonstrated the generation and the amplification of SPP in the telecom range (λ=1.3µm) with compact semiconductor based devices, operating at room temperature and by electrical injection. I realized an elegant architecture with an integrated coupler grating for the SPP generation. The SPPs are directly accessible at the device surface. An ultra-thin cladding device allowed the demonstration of a hybrid plasmonic laser with a consistent fraction of electric field at the metal/semiconductor interface. Finally I demonstrated that the metal patterning allows a loss reduction, decreasing the laser threshold. The results are strengthened by a new near-field technique (NSOM) which permitted to measure the SPPs at the metal/air interface and at the metal/semiconductor interface. Thanks to the NSOM we showed unambiguously the effect of the metal patterning on the optical mode.

La détermination du rapport de la masse du proton à celle de l'électron via la spectroscopie rovibrationnelle de H2+ nécessite une détermination théorique et expérimentale des fréquences de transition avec une incertitude de l'ordre de 1 kHz. Les calculs de corrections radiatives et relativistes les plus précis atteignent aujourd'hui une incertitude de quelques dizaines de kHz, ce qui rend possible une expérience de spectroscopie haute résolution. Le dispositif expérimental que nous avons mis en place s'articule autour de deux axes. Le premier est le dispositif de préparation des ions et de détection de la transition vibrationnelle. Celui-ci se base sur la photodissociation sélective des ions H2+ confinés dans un piège de Paul hyperbolique. Le deuxième est une source laser accordable autour de 9.2 microns, spectralement étroite (au niveau du kHz) et stable, émettant 50 mW en régime continu. Cette source nous a permis de réaliser la spectroscopie haute résolution de l'acide formique.

La plasmonique est un domaine de la nano-photonique qui étudie le comportement de la lumière à des échelles sub-longueurs d'ondes en présence de métaux. Les plasmons polaritons de surface (SPPs) sont des modes électromagnétiques qui se propagent à l'interface entre un diélectrique et un métal. Les SPPs trouvent des applications dans plusieurs domaines comme la communication et le traitement tout-optique du signal, la spectroscopie, la détection en biologie et en chimie. De nombreux composants plasmoniques (modulateurs, coupleurs, détecteurs ...) ont été démontrés ces dernières années. Cependant, leur l'intégration reste conditionnée par l'absence d'un générateur compact (pompage électrique, dimensions réduites) et par les grandes pertes ohmiques. Les techniques standards de génération de SPs nécessitent l'alignement d'un laser externe sur un prisme ou un réseau de diffraction afin d'adapter le vecteur d'onde incident avec celui du plasmon. L'approche que nous avons choisie est basée sur l'utilisation de lasers à semiconducteur ayant une polarisation transverse magnétique (TM) comme source d'excitation et de gain. Notre approche, permet d'obtenir des dispositifs compacts et facilement intégrables sur puce. Pendant ma thèse j'ai étudié expérimentalement et numériquement les performances d'un laser en fonction rapprochement du contact métallique à sa région active. La proximité du gain optique au métal est nécessaire pour la réalisation de dispositifs plasmoniques actifs. J'ai démontré la génération et l'amplification des plasmons de surface dans la bande télécom (λ=1.3µm), avec des dispositifs compacts, à base de semiconducteurs, fonctionnant par injection électrique et à température ambiante. Notamment, j'ai réalisé une architecture élégante, avec coupleur intégré, pour la génération de SPPs accessibles sur le sommet du dispositif. Un dispositif avec gaine superficielle ultrafine a permis de démontrer un mode hybride plasmonique avec une fraction consistante de champ électrique à l'interface métal/semiconducteur. Finalement, j'ai montrée que la structuration nanométrique du contact métallique réduit les pertes du mode laser. Les résultats sont renforcés par une nouvelle technique de imagerie de champ proche (SNOM) qui a permis de mesurer les SPPs à l'interface métal/or et à l'interface métal/ semiconducteur. Grâce aux mesures SNOM, il a aussi été possible de démontrer sans aucune ambiguïté l'effet de la structuration du métal sur le mode optique.

The region between the infrared and microwave region in the electromagnetic spectrum, the Terahertz (THz) gap, provides an exciting opportunity for future wireless communications as this band has been under utilised. This doctoral work takes a two-pronged approach into closing the THz gap with low-dimensional materials. The first attempt addresses the need for a compact THz source that can operate at room temperature. The second approach addresses the need to build optical elements such as filters and modulators in the THz spectrum. Terahertz quantum cascade lasers (THz QCLs) are one of the most compact, powerful sources of coherent radiation that bridge the terahertz gap. However, their cryogenic requirements for operation limit the scope of the applications. This is because of the electron-electron scattering and heating of the 2-dimensional free electron gas which leads to significant optical phonon scattering of the hot electrons. Theoretical studies in laterally confined QCL structures have predicted enhanced lifetime of the upper state through suppression of the non-radiative intersubband relaxation of carriers, which leads to lower threshold, and higher temperature performance. Lithographically defined vertical nanopillar arrays with electrostatic radius less than tens of nm offer a possible route to achieve lateral confinement, which can be integrated into QCL structures. A typical gain medium in a QCL consists of at least 100 repeat periods, with a thickness of 6-14 micron. For practical implementation of the top-down approach, restrictions are imposed by aspect ratios that can be achieved in present dry-etching systems. Typically, for sub-200 nm radius pillars, the thickness ranges from 1-3.5 micron. It is therefore necessary to work with THz QCLs based on 3-4 quantum well active regions, so as to maximise the number of repeat periods (hence gain) within an ultra-thin active region. After an introductory chapter, Chapter 2 presents a theoretical treatise on the realistic electrostatic potential in a lithographically defined nanopillar by scaling from a single quantum well (resonant tunnelling diode) to a THz QCL. Chapter 2 also discusses, the effect of lateral confinement on the intersubband states and the plasmonic mode in a THz QCL. One of the key experimental challenges in scaling down from QCLs to quantum-dot cascade lasers is the electrical injection into the nanopillars. This involves insulation and planarisation of the high aspect-ratio nanopillar arrays. Furthermore, the choice of the planarising layer is critical since it determines the loss of any optical mode. This experimental challenge is solved in Chapter 3. Chapter 4 presents the electro-optic performance of low-repeat period QCLs with an active region thickness that is less than 3.5 micron. Another topic of recent interest in the THz optics community is plasmonics in graphene. This is because the bound electromagnetic modes (plasmons) are tightly confined to the surface and can also be tuned with carrier concentration. Plasmonic resonance at terahertz frequencies can be achieved by gating graphene grown via chemical vapour deposition (CVD) to a high carrier concentration. THz time domain spectroscopy of such gated monolayer graphene shows resonance features around 1.6 THz superimposed on the Drude-like frequency response of graphene which may be related to the inherent poly-crystallinity of CVD graphene. Chapter 5 discusses these results, as an understanding of these features is necessary for the development of future THz optical elements based on CVD graphene. Chapter 5 finally describes how the gate tunability of THz transmission through graphene can be exploited to indirectly modulate a THz QCL. Chapter 6 presents ideas from this doctoral work, which can be developed in future to address the issues of enhanced temperature performance of THz QCLs and to realise realistic THz devices based on graphene.