Dr. Jean-Michel Ménard

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Full Name

Dr. Jean-Michel Ménard

Academic Profile

Summary

Using Ultra-Fast Terahertz for non-invasive security and medical imaging and to test for pathogens in the food industry

Long description

Transcript (English)
 
Introduce your team
 
Hi I’m Jean-Michel Ménard. I’m a professor in the Department of Physics at the University of Ottawa and I’m the principal investigator of the Ultra-Fast Terahertz Lab.
 
Describe your research
 
Our research group uses lasers and custom optical tools that we design here in the lab to study materials. Some of these materials are very new and very intriguing such as superconductors, two-dimensional materials, and semiconductor heterostructures. But we are also interested in materials that we know from our everyday life such as polymers and proteins or chemicals that we find in the air.
 
This is the Ultra-Fast Terahertz Lab and what I mean by terahertz is a region of light such as infrared light or ultraviolet. Light is composed of an oscillating electric and magnetic fields, and visible light— the one that we see — is only a very small region of the full electromagnetic spectrum of light.
 
In our lab, we specialize in the generation and detection of terahertz light. It’s a region that corresponds to roughly the far infrared and mid infrared part of the electromagnetic spectrum, but we call it terahertz because we can, here, resolve experimentally the oscillating electric field of that light, which has a frequency of 10 to the 12 (1012) Hertz or 1 terahertz. This region of light is very difficult to generate and detect.
 
 
In our lab we use an ultra-fast near infrared laser generating very short bursts of lights which have a duration of the order of the femtosecond, which is ten to the minus 15 seconds (10-15). During this short time, the near infrared light is very intense and a terahertz pulse can be generated and detected throughout a nonlinear optical process inside a semiconductor crystal.
 
We use a technique called electro-optic sampling to monitor directly the oscillating electric field of the terahertz pulse and this allows us to extract key information about the materials when the terahertz pulse is going through these materials — much more than you would get if you were only looking at the power of the light.
 
Finally using a terahertz pulse allows us to look at ultra-fast phenomena involving microscopic particles in materials. It’s just like having a video camera with many, many frames per second, but in our case the full video is sometimes less than a few picoseconds in duration.
 
Explain its significance
 
Terahertz is a fast growing field of research and development in condensed matter physics. It is used to help us understand how nature works. It also allows us to discover new types of materials and to investigate quantum phenomena on the ultra-fast timescale.
 
Terahertz also has very special applications in the field of security and medical imaging because it’s a non-invasive type of radiation that can pass through fabrics, ceramics, plastics; a lot of materials which are opaque to the visible region. Terahertz spectroscopy is also becoming more broadly used.
 
This technique consists in looking at the colours of an object but not in the visible region but in the terahertz region. In pharmaceuticals for example these different colours can give you information about a medication, whether it contains its active ingredients or not. And also the food industry can use it for quality control purposes to look for example for the presence of bacteria.
 
We also work closely with Canadian industry for example to develop compact ultra-fast terahertz sources and detectors. We are also interested in developing new types of components in a terahertz region such as terahertz filters and we think that this will help these companies and for sure our group to position ourselves as world leaders in terahertz photonics.
 
Transcript (French)
 
Introduisez votre équipe
 
Bonjour, je suis Jean-Michel Ménard. Je suis professeur au Département de physique à l’Université d’Ottawa et le chercheur principal au laboratoire de terahertz ultra-rapide.
 
Décrivez votre recherche
 
Notre groupe de recherche utilise les lasers et des outils spécialisés d’optique que nous concevons ici dans le labo pour étudier les matériaux. Certains de ces matériaux sont très nouveaux et très intéressants, tels que les supraconducteurs, les matériaux à deux dimensions et les hétérostructures de semi-conducteurs. Mais nous sommes aussi intéressés aux matériaux plus connus tels que les polymères, les protéines et les produits chimiques que nous trouvons dans l’air.
 
Voici le labo de terahertz (THz) ultra-rapide. Ce que j’entends par THz est une région de la lumière telle que l’infrarouge et l’ultraviolet. La lumière est composée de champs électrique et magnétique oscillants, et la lumière visible n’est qu’une petite région du spectre électromagnétique complet de la lumière. Dans notre labo, nous nous spécialisons dans la production et la détection de la lumière THz. C’est une région qui correspond plus ou moins à l’infrarouge moyen et à l’infrarouge lointain  dans le spectre électromagnétique, mais nous l’appelons THz parce que nous pouvons résoudre expérimentalement le champ électrique oscillant de cette lumière, qui a une fréquence de 10 exposant 12 (1012) Hertz, ou 1 THz.
 
Cette région de lumière est très difficile à produire et à détecter. Dans notre labo, nous utilisons un laser ultra-rapide dans le proche infrarouge qui génère des impulsions de lumière très courtes qui ne durent que quelques femtosecondes, ou 10 exposant moins 15 (10-15) secondes. Durant cette courte période, la lumière infrarouge est très intense et une pulsation THz peut être produite et détectée à l’aide d’un processus optique non-linéaire à l’intérieur d’un cristal semi-conducteur.
 
Nous utilisons une technique appelée « échantillonnage électro-optique » pour observer directement le champ électrique oscillant de la pulsation THz. Ceci nous permet d’extraire de l’information importante sur les des matériaux lorsque les pulsations THz passent à travers ces matériaux — beaucoup plus que vous obtiendriez si vous détectiez seulement la puissance de la lumière.
 
Finalement, l’utilisation des pulsations THz nous permet d’observer des phénomènes ultra-rapides impliquant des particules microscopiques dans les matériaux. C’est comme avoir une caméra vidéo avec plusieurs images par seconde, mais dans notre cas, la vidéo a une durée complète de quelques picosecondes seulement.
 
Quelle est son importance
 
Les THz sont un champ de recherche et développement en forte progression pour leur application en  physique de la matière condensée. Les THz sont utilisés pour nous aider à comprendre comment la nature fonctionne. Ils nous permettent aussi de découvrir de nouveaux types de matériaux et d’investiguer les phénomènes quantiques à l’échelle de temps ultra-rapide.
 
Les THz ont également des applications très uniques dans les domaines de la sécurité et de l’imagerie médicale, parce que cette radiation est non invasive et passe à travers les tissus, la céramique, les plastiques et plusieurs matériaux opaques aux régions visibles.
 
La spectroscopie THz devient également de plus en plus utilisée. Cette technique consiste à observer les couleurs d’un objet; non dans la région visible, mais dans la région THz. Dans la pharmaceutique, par exemple, ces couleurs peuvent donner de l’information à propos des médicaments et s’ils contiennent leurs ingrédients actifs ou non. L’industrie agro-alimentaire peut aussi l’utiliser pour le contrôle de qualité afin de tester pour la présence de bactéries, par exemple.
 
 
Nous travaillons aussi étroitement avec l’industrie canadienne, par exemple pour développer des sources et des détecteurs de THz compacts et ultra-rapides. Finalement, nous sommes aussi intéressés au développement de nouveaux types de composantes dans la région THz, tels que des filtres de fréquence THz, et nous pensons que cela aidera ces compagnies et notre groupe à nous positionner comme des leaders mondiaux dans le domaine de la photonique THz.

Type of institution

University

Address

University of Ottawa, Laurier Avenue East, Ottawa, ON, Canada

Institution

University of Ottawa

I have a knowledge mobilization grant.

Yes

Website

http://www.uottawa.ca

Industry

Manufacturing

Miscellaneous manufacturing

Video Transcript

Transcription

Transcript (English)
Introduce your team
Hi I’m Jean-Michel Ménard. I’m a professor in the Department of Physics at the University of Ottawa and I’m the principal investigator of the Ultra-Fast Terahertz Lab.
Describe your research
Our research group uses lasers and custom optical tools that we design here in the lab to study materials. Some of these materials are very new and very intriguing such as superconductors, two-dimensional materials, and semiconductor heterostructures. But we are also interested in materials that we know from our everyday life such as polymers and proteins or chemicals that we find in the air.
This is the Ultra-Fast Terahertz Lab and what I mean by terahertz is a region of light such as infrared light or ultraviolet. Light is composed of an oscillating electric and magnetic fields, and visible light— the one that we see — is only a very small region of the full electromagnetic spectrum of light.
In our lab, we specialize in the generation and detection of terahertz light. It’s a region that corresponds to roughly the far infrared and mid infrared part of the electromagnetic spectrum, but we call it terahertz because we can, here, resolve experimentally the oscillating electric field of that light, which has a frequency of 10 to the 12 (1012) Hertz or 1 terahertz. This region of light is very difficult to generate and detect.
In our lab we use an ultra-fast near infrared laser generating very short bursts of lights which have a duration of the order of the femtosecond, which is ten to the minus 15 seconds (10-15). During this short time, the near infrared light is very intense and a terahertz pulse can be generated and detected throughout a nonlinear optical process inside a semiconductor crystal.
We use a technique called electro-optic sampling to monitor directly the oscillating electric field of the terahertz pulse and this allows us to extract key information about the materials when the terahertz pulse is going through these materials — much more than you would get if you were only looking at the power of the light.
Finally using a terahertz pulse allows us to look at ultra-fast phenomena involving microscopic particles in materials. It’s just like having a video camera with many, many frames per second, but in our case the full video is sometimes less than a few picoseconds in duration.
Explain its significance
Terahertz is a fast growing field of research and development in condensed matter physics. It is used to help us understand how nature works. It also allows us to discover new types of materials and to investigate quantum phenomena on the ultra-fast timescale.
Terahertz also has very special applications in the field of security and medical imaging because it’s a non-invasive type of radiation that can pass through fabrics, ceramics, plastics; a lot of materials which are opaque to the visible region. Terahertz spectroscopy is also becoming more broadly used.
This technique consists in looking at the colours of an object but not in the visible region but in the terahertz region. In pharmaceuticals for example these different colours can give you information about a medication, whether it contains its active ingredients or not. And also the food industry can use it for quality control purposes to look for example for the presence of bacteria.
We also work closely with Canadian industry for example to develop compact ultra-fast terahertz sources and detectors. We are also interested in developing new types of components in a terahertz region such as terahertz filters and we think that this will help these companies and for sure our group to position ourselves as world leaders in terahertz photonics.
Transcript (French)
Introduisez votre équipe
Bonjour, je suis Jean-Michel Ménard. Je suis professeur au Département de physique à l’Université d’Ottawa et le chercheur principal au laboratoire de terahertz ultra-rapide.
Décrivez votre recherche
Notre groupe de recherche utilise les lasers et des outils spécialisés d’optique que nous concevons ici dans le labo pour étudier les matériaux. Certains de ces matériaux sont très nouveaux et très intéressants, tels que les supraconducteurs, les matériaux à deux dimensions et les hétérostructures de semi-conducteurs. Mais nous sommes aussi intéressés aux matériaux plus connus tels que les polymères, les protéines et les produits chimiques que nous trouvons dans l’air.
Voici le labo de terahertz (THz) ultra-rapide. Ce que j’entends par THz est une région de la lumière telle que l’infrarouge et l’ultraviolet. La lumière est composée de champs électrique et magnétique oscillants, et la lumière visible n’est qu’une petite région du spectre électromagnétique complet de la lumière. Dans notre labo, nous nous spécialisons dans la production et la détection de la lumière THz. C’est une région qui correspond plus ou moins à l’infrarouge moyen et à l’infrarouge lointain  dans le spectre électromagnétique, mais nous l’appelons THz parce que nous pouvons résoudre expérimentalement le champ électrique oscillant de cette lumière, qui a une fréquence de 10 exposant 12 (1012) Hertz, ou 1 THz.
Cette région de lumière est très difficile à produire et à détecter. Dans notre labo, nous utilisons un laser ultra-rapide dans le proche infrarouge qui génère des impulsions de lumière très courtes qui ne durent que quelques femtosecondes, ou 10 exposant moins 15 (10-15) secondes. Durant cette courte période, la lumière infrarouge est très intense et une pulsation THz peut être produite et détectée à l’aide d’un processus optique non-linéaire à l’intérieur d’un cristal semi-conducteur.
Nous utilisons une technique appelée « échantillonnage électro-optique » pour observer directement le champ électrique oscillant de la pulsation THz. Ceci nous permet d’extraire de l’information importante sur les des matériaux lorsque les pulsations THz passent à travers ces matériaux — beaucoup plus que vous obtiendriez si vous détectiez seulement la puissance de la lumière.
Finalement, l’utilisation des pulsations THz nous permet d’observer des phénomènes ultra-rapides impliquant des particules microscopiques dans les matériaux. C’est comme avoir une caméra vidéo avec plusieurs images par seconde, mais dans notre cas, la vidéo a une durée complète de quelques picosecondes seulement.
Quelle est son importance
Les THz sont un champ de recherche et développement en forte progression pour leur application en  physique de la matière condensée. Les THz sont utilisés pour nous aider à comprendre comment la nature fonctionne. Ils nous permettent aussi de découvrir de nouveaux types de matériaux et d’investiguer les phénomènes quantiques à l’échelle de temps ultra-rapide.
Les THz ont également des applications très uniques dans les domaines de la sécurité et de l’imagerie médicale, parce que cette radiation est non invasive et passe à travers les tissus, la céramique, les plastiques et plusieurs matériaux opaques aux régions visibles.
La spectroscopie THz devient également de plus en plus utilisée. Cette technique consiste à observer les couleurs d’un objet; non dans la région visible, mais dans la région THz. Dans la pharmaceutique, par exemple, ces couleurs peuvent donner de l’information à propos des médicaments et s’ils contiennent leurs ingrédients actifs ou non. L’industrie agro-alimentaire peut aussi l’utiliser pour le contrôle de qualité afin de tester pour la présence de bactéries, par exemple.
Nous travaillons aussi étroitement avec l’industrie canadienne, par exemple pour développer des sources et des détecteurs de THz compacts et ultra-rapides. Finalement, nous sommes aussi intéressés au développement de nouveaux types de composantes dans la région THz, tels que des filtres de fréquence THz, et nous pensons que cela aidera ces compagnies et notre groupe à nous positionner comme des leaders mondiaux dans le domaine de la photonique THz.