Des sources et des détecteurs ont été développés récemment pour les fréquences térahertz (THz) mais de nombreux composants passifs sont encore manquants. C’est le cas des composants non-réciproques (NR) qui sont indispensables pour la protection et la stabilisation des sources cohérentes. Dans cette thèse on étudie un nouveau concept d’isolateur THz, basé sur la combinaison d'une résonance plasmonique de surface (SP) avec un matériau à forte gyrotropie dans la gamme THz. Nous utilisons un matériau ferrite de type magnétoplumbite hexagonale, sa gyrotropie résulte d'effets gyromagnétiques dus à la précession de ses moments magnétiques à la fréquence de Larmor autour du champ magnétique interne. Il en résulte une perméabilité tensorielle dont les éléments non-diagonaux opposés induisent une réponse NR. Le fort champ interne d'une hexaferrite mène à une fréquence Larmor proche de la gamme millimétrique. Les permittivités et perméabilités diagonales ont été déterminées par analyseur de réseau vectoriel (VNA) avec un fenêtrage temporel. La gyrotropie et l’anisotropie THz ont été mesurées par spectroscopie dans le domaine temporel (TDS). Les mesures confirment les fortes valeurs attendues, un isolateur de Faraday THz a été conçu et mesuré. D’autre part, un miroir magnéto-plasmonique NR a été conçu, il est basé sur la combinaison du gyromagnétisme THz de l’hexaferrite avec les résonances SP à la surface d’un réseau métallique sub-longueur d'onde. Ces résonnances ont été démontrées expérimentalement et sont en accord avec les simulations. A proximité des résonances SP le dispositif se comporte comme un miroir unidirectionnel. / A key element to protect coherent sources and achieve desired power stability and spectral purity is an isolator, which in THz range has no effective solution. In this thesis, a novel design of THz isolating device based on a one-way reflecting surface is proposed. It combines gyrotropy with surface plasmon (SP) resonance phenomena and requires thus a sufficiently strong THz gyrotropic material. In the last decades a ferrite material with a hexagonal magnetoplumbite structure was created. Gyrotropy in this material is a result of gyromagnetic effects occurring when magnetic dipole moments precess nonreciprocally (NR) at Larmor frequency around an internal magnetic field. Permeability acquires a tensorial form and its unequal off-diagonal elements are responsible for NR behavior. The strong internal field in hexaferrites results in a Larmor frequency close to the mm-wave range. Foremost the diagonal permittivity and permeability elements have been characterized by time-windowed Vector Network Analyzer (VNA). Their strong gyrotropic and anisotropic properties in THz range are then investigated by a magneto-optical Time-domain spectrometry. The obtained strong gyrotropic spectra prove their unique potential for THz NR applications, as shown by an original Faraday isolation measurement using a VNA, and by first designs of a NR magnetoplasmonic mirror using the fitted material parameters. It combines strong hexaferrites gyrotropy with SPs resonances formed due to a metal grating present at the ferrite surface. The SPs excitation in THz is demonstrated numerically and experimentally with a strong agreement. Close to SPs resonance frequencies the device acts as a one-way mirror.

Les communications aux fréquences terahertz sont étudiées dans un contexte de transmissions en espace libre. L’objectif de la thèse est de proposer une étude comparative de différentes topologies d’électrodes supérieures appliquées aux photodiodes UTC ainsi qu’un module d’intégration de ces composants. Ces composants permettent de réaliser des liens de communications sans fils aux fréquences terahertz. Une étude bibliographique évalue les domaines d’applications de ces fréquences, dont le nombre est croissant cette dernière décennie. Les sources terahertz existantes sont ensuite étudiées en fonction des performances et de leur domaine spectrale d’émission. Les photoréponses et puissances émises pour différentes structures de photodiodes PIN, UTC et TTR utilisées en photomélangeur sont comparées au-delà de 60 GHz. Les modules d’intégrations développées et les différentes méthodes d’intégrations sont détaillés dans la dernière partie du premier chapitre. Le second chapitre présente une étude théorique, numérique et expérimentale des photodiodes UTC réalisées. L’utilisation d’une électrode supérieure dédiée et l’étude de différents motifs est développée afin de limiter la dépendance à la polarisation optique de la structure, afin d’en augmenter la fiabilité dans un contexte de transmission de données vidéos aux fréquences terahertz. Un module d’intégration dédiée, en guide WR-3, pour ces photodiodes, est étudié numériquement sous le logiciel CST ainsi que les lignes de transmissions au récepteur. Enfin, les liens terahertz réalisés et les performances correspondantes sont résumées dans le dernier chapitre. / The terahertz frequency communications are studied in a context of free space transmissions. The objective of this thesis is to propose a comparative study of different topologies of top electrode applied to UTC photodiode and a module for packaging this type of components. Those components permit to produce wireless communications links at terahertz frequencies. A bibliographic study evaluates the areas of applications for this frequency band. Then, current terahertz sources are studied according to the performances and their spectral emission domain. The photoresponses and the power emitted for different structures of PIN, UTC, and TTR photodiodes used like photomixer are compared beyond 60 GHz. The packaging and the different modules of integration are detailed in the last part of this first chapter. The second chapter presents a theoretical, numerical and experimental study of UTC photodiodes. The use of a dedicated top contact and the study of different patterns are developed in order to limit the optical polarization dependence of this structure, in order to increase the reliability in a context of data video transmission at terahertz frequencies. A dedicated WR-3 packaging module for these photodiodes is studied numerically under CST software and lines of transmission are studied in receiver. Finally, the terahertz links and the corresponding performances are summarized in the last chapter.