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Ce travail de thèse s’intéresse aux corrections relativistes induites par une impulsion lumineuse ultra-brève et intense dans la matière condensée. Il s’inscrit dans la thématique nouvelle de la désaimantation ultra-rapide cohérente de systèmes ferromagnétiques induite par une impulsion laser femto-seconde [Nature 5, 515 (2009)] [1]. Un couplage de nature relativiste entre les spins et les photons a été proposé pour expliquer les résultats expérimentaux observés dans [1]. La première partie de ce travail étudie la limite non relativiste du formalisme de Dirac en présence d’un champ électromagnétique dépendant du temps. En utilisant la transformation de Foldy-Wouthuysen , le hamiltonien électronique de Dirac en présence d’un champ électromagnétique dépendant du temps est développé au cinquième ordre en 1/m. Les résultats obtenus ont permis de postuler une expression générale de l’interaction directe entre le spin et le champ électromagnétique sous la forme d’un développement en série entière. Un travail similaire est réalisé dans le cadre du problème relativiste à deux électrons en interaction coulombienne. La diagonalisation du hamiltonien de Breit au troisième ordre en 1/m fait apparaître une interaction singulière entre le spin, le champ coulombien et le champ électromagnétique externe dépendant du temps. Dans la deuxième partie, on propose un modèle classique pour modéliser une expérience de magnéto-optique non-linéaire réalisée sur des échantillons ferromagnétiques. Les prédictions théoriques des angles de rotation Faraday sont comparées aux résultats expérimentaux de la référence [1] et permettent d’ouvrir une discussion à propos des mécanismes physiques gouvernant les phénomènes magnéto-optiques observés. Le rôle joué par l’interaction spin-orbite entre les spins et le champ électrique du laser est discuté.

This thesis focuses on the relativistic corrections induced by an ultra-short and intense light pulse in condensed matter. It is part of the new theme of the coherent ultra-fast demagnetization of ferromagnetic systems induced by a femtosecond laser pulse [ Nature, 5, 515 (2009)] [1]. A relativistic coupling between spins and photons has been proposed to explain the experimental results obtained in [1]. The first part of this work focuses on the nonrelativistic limit of the Dirac’s formalism. By means of the Foldy–Wouthuysen transformation the nonrelativistic approximation of the external-electromagnetic-field Dirac equation to fifth order in powers of 1/m is obtained. Generalizing this result we postulate a general expression of the direct spin–field electronic hamiltonian valid at any order in 1/m. A similar work is performed on a two-interacting electrons system described with the Breit hamiltonian, whose the diagonalization at third order in 1/m illustrates an original coupling between the spin, the coulombian interaction and the time-dependent external electromagnetic field. In a second part, a classical model is developed for modeling ultrafast nonlinear coherent magneto-optical experiments…

Advisors/Committee Members: Hervieux, Paul-Antoine (thesis director).

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Les copépodes sont des petits crustacés de longueur autour de 1 mm en stade adulte. Leurs réponses à différents facteurs de stress tels que la salinité et la température peuvent être observées à différentes échelles d’organisation allant du gène, cellule jusqu’à l’organisme. Jusqu'à présent, aucune observation des effets de stress de température ou de salinité sur les copépodes n’a été faite par microscopie optique. Dans ce travail, nous avons mis en œuvre pour l'étude de ces copépodes les techniques de microscopie linéaire et non linéaires. D’abord avec la technique CLSM (Confocal Laser Scanning Microscopy) nous avons pu étudier, caractériser et quantifier les effets de stress appliqués sur le copépode calanoïde Pseudodiaptomus marinus maintenu en culture pendant plusieurs générations dans le laboratoire à des conditions favorables et stables de salinité (30 psu) et de température (18 °C). Ces différents stress appliqués sont: une forte diminution de la température (18 à 4 ° C), des diminutions mineure et majeure de la salinité (de 30 respectivement à 15 PSU et à 0 PSU) et enfin, un stress mélangé d’une baisse simultané de la température et de la salinité (de 18 ° C et 30 psu à 4 ° C et 0 PSU). Nos observations ont été concentrées sur le muscle du copépode.Cette étude a été complétée par la technique SHG/TPEF qui nous a répondu à quelques questions à propos de la disparition des stries musculaires. Cette technique a été suivie par la technique de transformation de Fourier (FFT) appliquée sur les profils des stries musculaires pour mieux comprendre l’état des stries dans chaque stress. Enfin, nous avons appliqué la microscopie CARS qui a été développée dans notre laboratoire à l'imagerie de ces échantillons. Avec cette technique d’imagerie on a pu identifier les stries musculaires et les réserves lipidiques.

Copepods are small crustaceans with length about 1mm in adult stage. Their responses to different external strain factors such as salinity and temperature can be observed at different scales from genes to organism (individual). Until now, no observation of the effects of temperature or salinity stresses on copepods has been done by light microscopy In this work we exploited optical imaging techniques and specifically nonlinear microscopy linear and nonlinear. First of all CLSM (Confocal Laser Scanning Microscopy) allow studying, characterisation and quantifying stress effect applied on calanoid Pseudodiaptomus marinus copepod maintained during several generations in the laboratory at favorable and stable condition of salinity (30 psu) and temperature (18° C). These stresses applied were: a sharp decrease in temperature (18 to 4°C), a moderate and a major decrease in salinity (from 30 respectively to 15 psu and 0 psu), and finally a mixed stress with a decrease both in temperature and salinity (from 18°C and 30 psu to 4°C and 0 psu). Our observations are concentrated on copepod muscles regions.This study has been completed with SHG/TPEF techniques to answer some questions about stripes disappearance. This…

Advisors/Committee Members: Souissi, Sami (thesis director), Vandenbunder, Bernard (thesis director).

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Cette thèse de doctorat porte sur une étude fondamentale de la diffusion Brillouin dans desmicrofibres optiques et des fibres optiques microtructurées à petit cœur. Par le biais d’expérienceset de simulations numériques, nous avons ainsi démontré que le gain Brillouin dans des microfibresoptiques à base de verre chalcogénure peut atteindre une valeur 150 à250 fois supérieure à celled’une fibre optique conventionnelle. Par ailleurs, nous avons également reporté la génération desspectres Brillouin multi-pics dans une fibre optique microstucturée à petit cœur, dont les paramètresopto-géométriques varient le long de la fibre. L’étude de ces spectres particuliers montre que lecomportement multi-résonant provient à la fois de l’excitation d’ondes acoustiques hybrides, etde la g´eom´ etrie de la fibre optique. Un autre travail marquant de cette thèse est la mise enévidence des ondes acoustiques de surface dans une configuration guidée. Pour la première fois`a notre connaissance, nous avons observé et caractérisé la diffusion Brillouin de surface dans desfibres optiques microstructurées à petit cœur, et `a fort taux de remplissage d’air. Nos résultatsmontrent notamment que ce nouveau mode de diffusion est extrêmement sensible à la géométriedes fibres optiques microstructurées. L’ensemble de ces travaux de thèse apportent une meilleurecompréhension de la diffusion Brillouin dans des fibres optiques à section sub-longueur d’onde,ouvrant ainsi la voie vers la réalisation de nouveaux composants fibrés opto-acoustiques, pour lestélécommunications et les capteurs.

This PhD thesis focuses on the fundamental aspects of Brillouin scattering in chalcogenidemicrofibers and silica photonic crystal fibers with wavelength-scale solid core. Through experimentalinvestigations and numerical simulations, we have demonstrated that the Brillouin gain inchalcogenide microfiber can reach a value 150 to 250 times higher than in conventional opticalfibers. Moreover, we have reported the generation of multipeaked Brillouin spectra in a long taperedbirefringent photonic crystal fiber. A further investigation of these spectra shows that the multiresonantbehavior arises both from the excitation of hybrid acoustic waves and the fiber tapering.Another significant work of this thesis is the evidence of surface acoustic waves in small-core photoniccrystal fibers with large air filling fraction. Our results show specifically that this new type of scatteringis extremely sensitive to the air-hole microstructure geometry. Finally, these works contribute toa better understanding of Brillouin scattering in ultrathin optical fiber, paving the way towards therealization of new optoacoustic components for telecommunications and sensors.

Advisors/Committee Members: Sylvestre, Thibaut (thesis director), Beugnot, Jean-Charles (thesis director).

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Dans le cadre de cette thèse un verre phosphate de zinc dopé avec des cations d’argent a été irradié par laser femtoseconde. Cette irradiation induit l’apparition dans le voxel de focalisation, d’une émission de fluorescence et une génération de second harmonique au sein du verre. La fluorescence a été attribuée à la création d’agrégats fluorescents composé d’une dizaine d’atomes d’argent. Une étude spectrale a été réalisée permettant de distinguer les différents types d’agrégats générés. Par ailleurs, la génération de seconde harmonique est attribuée à la présence d’un champs électrique enterré dans la zone irradié par effet EFISH (electric field induced second harmonic). La direction et la répartition de ce champ électrique, ont été étudié optiquement et conduisent à sa représentation spatiale.Les effets des paramètres expérimentaux, tels que le nombre d’impulsions laser, l’énergie par impulsion, la température du verre et le recuit sur les caractéristiques de la GSH et de la fluorescence, ont été étudiés. Enfin un processus global est proposé, expliquant les différentes étapes de la structuration, de la création du champ enterré par migration d’électrons à la réduction des cations d’argent et la croissance des agrégats.

In this work, a phosphate-zinc glass doped with silver ions was irradiated with a femtosecond laser. This irradiation causes the appearance of sub-micron features in the glass. Those features exhibit fluorescence and second harmonic generation. Fluorescence is linked to the aggregations of silver clusters in the glass. Second Harmonic Generation is linked to the creation of a buried electric field inducing an EFISHG effect.Polarization and spectroscopic studies were performed on these features. Those studies allowed us to produce a three-dimensional representation of the features. A phenomenological model, from the interaction of the laser pulses with the glass, to the movement of charges enabling the buried field, is developed to explain the overall process, therefore linking the migration of the electrons to the reduction of silver ion and the cluster growth.

Advisors/Committee Members: Canioni, Lionel (thesis director), Dussauze, Marc (thesis director).

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Ce travail porte sur le développement d'outils pour l'ingénierie quantique d'états non-classiques de la lumière. Trois axes différents sont étudiés qui, combinés ensembles, permettent d'obtenir un protocole efficace et polyvalent pour la génération d'états quantiques Ces états sont générés en tirant profit des avantages distincts des deux descriptions possibles de la lumière grâce à l'utilisation conjointe des variables discrètes et continues.Le premier axe repose sur la réalisation de superpositions arbitraires d’états de Fock à zéro et deux photons à partir de deux états à un photon indiscernables. Cette expérience permet, entre autre, de créer des superpositions d'états cohérents appelés états chats de Schrödinger optiques. Afin d'augmenter l'amplitude des états produits, une itération du procédé est possible.Pour pouvoir rendre possible cette itération, nous augmentons dans un premier temps le taux de production de notre ressource de base: le photon unique. Pour cela, nous installons deux cavités optiques synchrones qui permettent d'accroître la puissance crête des impulsions du laser, exaltant ainsi les effets non-linéaires à l'origine de la production des photons.Le dernier axe, consiste à réduire les problèmes liés à la création probabiliste des photons. Pour cela, une mémoire quantique a été implémentée, permettant de stocker puis d'extraire un photon sur demande. Le stockage d’états contenant un et deux photons a été réalisé. Ce dispositif permettra à terme, en synchronisant l'état stocké avec l'arrivée d'un autre photon, de créer des états chats à l'intérieur même de la cavité.

This work is focused on the development of tools for quantum state engineering of non-classical state of light. Three different directions are studied, which when combined, lead to efficient and versatile protocols towards the generation of quantum states. Those states are produced by taking advantage of both descriptions of the light: the discrete and continuous variables of the light.The first direction consists in the réalisation of arbitrary superpositions of zero and two-photon Fock states with two indistinguishable single-photon states. This protocol permits, among others, to create superpositions of coherent states called Schrödinger cat states. An iteration of the protocol could allow the growth of the amplitude of the state.To realize such iteration, we increase the production rate of our basic resource, namely, the single photon.To do so, we implement two synchronous cavities allowing the increase of the peak power of the laser pulses, which ultimately enhanced the non-linear effect at the origin of the photon creation.The last direction aims to solve the problems related to the probabilistic nature of the photon creation. In order to store and extract the single photons on demand, a quantum memory is implemented. The storage of single and two-photon states has been experimentally realized. This setup could allow in the near future, by synchronizing the state stored in the cavity with the income of another photon, to…

Advisors/Committee Members: Tualle-Brouri, Rosa (thesis director).

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Ce mémoire de thèse porte sur la fabrication, la caractérisation et l’utilisation de microfibres de verres en optique. Les microfibres sont des fibres optiques étirées à chaud par un procédé contrôlé en température et en contrainte, de manière à réduire leurs sections jusqu’à des valeurs inférieures à la longueur d’onde. Ces dimensions réduites confèrent aux microfibres des caractéristiques particulières, telles qu’un fort confinement du champ électromagnétique conduisant à une exaltation du coefficient non linéaire effectif ou une grande fraction de champ évanescent. Ces propriétés sont étudiées en première partie, puis les techniques expérimentales de fabrication et de manipulation de ces microfibres sont décrites. Dans un deuxième temps, les expériences cherchant à exploiter la grande non linéarité de ces microfibres sont présentées et interprétées. En particulier, on note la possibilité de générer un signal visible à partir d’une pompe à la longueur d’onde télécom par triplage de fréquence avec accord de phase. Afin d’obtenir des effets plus importants, l’opportunité de réaliser des microfibres en verres hautement non linéaires est discutée, ainsi que la faisabilité d’un laser basé sur des microfibres en verres dopés aux ions terres rares. Enfin, l’aspect champ évanescent est discuté dans le dernier chapitre, avec l’imagerie par microscopie en champ proche des microfibres.

In this thesis, I present my works on the fabrication, the characterization and the use of optical microfibres. Microfibres are optical fibres drawn down to sub-wavelength diameters by a temperature controlled process. Due to their small dimensions, microfibers have very special properties such as a high confinement of the electromagnetic field, a enhanced non-linear coefficient and a large evanescent tail. These properties are studied in the first chapter, after which a description of the techniques used for the drawing and manipulation of the microfibres is given. Next, we present our experiments on non-linear effects in silica microfibres. In particular, we show that it is possible to generate green light with a pump at 1:55μm thanks to phase-matched third harmonic generation. In order to obtain higher efficiency in this field, the opportunity of drawing microfibres with highly non-linear glasses is discussed. A model of a microfibre laser using erbium doped tellurite glass is also presented. In the last chapter, microfibres are studied in the near field, with a scanning near field optical microscope, revealing the inner characteristics of the propagation in microfibres.

Advisors/Committee Members: Grelu, Philippe (thesis director).

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Ce travail est centré sur l'étude des non-linéarités de deuxiéme ordre dans le silicium vers une modulation optique à faible puissance et haute vitesse. Étant un cristal centro-symétrique, le silicium ne possède pas une susceptibilité non linéaire de deuxiéme ordre (X2), ce qui inhibe l'effet Pockels, un effet électro-optique linéaire couramment utilisé dans la modulation de la lumière dans les communications optiques. Une solution possible pour vaincre cette limitation est par application de contraint et déformation de la maille cristalline, ce qui rompt localement la centro-symétrie du cristal et génère X2.Dans cette thèse, nous abordons le problème de la génération de X2 dans le silicium par l'utilisation de la contrainte, couvrant toutes les étapes de la recherche: nous partons de bases théoriques développées par nous, on simule l'ensemble des effets de contraints, optiques et électriques, on décrit la fabrication des dispositifs et finalement on présent la caractérisation expérimentale de ces dispositifs.Dans ce travail de recherche, nous avons pu détecter des effets très particuliers qui sont attribués au effet Pockels, comme par example une dépendance claire de l'orientation du cristal sur l'efficacité de la modulation et aussi la modulation à haute fréquences, plus élevées que celles attendues par autres contributions. Ces résultats sont très prometteurs et se composent d'une nouvelle étape vers la mise en œuvre, dans un avenir proche, de la modulation à grande vitesse et à faible puissance dans les dispositifs de silicium.

This work is devoted to the study of second order nonlinearities in silicon towards low power, high speed modulation. Being a centro-symmetric crystal, silicon does not possess a second order nonlinear susceptibility (X2), which inhibits Pockels effect, a linear electro-optic effect commonly used in the modulation of light in high speed communications. A possible solution to overcome this limitation is by straining/deforming the crystal lattice, which locally breaks the centro-symmetry of the crystal and generates X2.In this thesis, we approach the problem of generating X2 in silicon through the use of strain, covering all the research stages: we depart from newly developed theoretical grounds, simulate together the strain, optical and electrical effects together, describe the fabrication of the devices and present the experimental characterization.In our research work, we were able to detect very particular effects which are attributed to Pockels effect, such as a clear dependence of the crystal orientation on the modulation efficiency and high speed modulation, at frequencies higher than those expected from other contributions. This results are very promising and consist on a step further towards the possible implementation of high speed, low power modulation in silicon devices in the near future.

Advisors/Committee Members: Vivien, Laurent (thesis director).

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L'objectif de ce travail de thèse, réalisé dans le cadre de la Chaire Industrielle Bioplastiques financée par Mines ParisTech et Arkema, l'Oreal, Nestle, PSA et Schneider Electric, est de fournir une étude systématique sur les relations entre les conditions opératoires du procédé de compoundage et la structure de biocomposites polypropylène/fibres lin et Tencel®. En particulier, le comportement et la rupture des fibres ont été étudiés de manière détaillée pendant la mise en œuvre à l'état fondu en mélangeur interne et par extrusion bivis.Les fibres ont été observées in-situ en écoulement dans la matrice grâce à un système rhéo-optique. Ainsi, il a été montré que la décohésion des faisceaux de lin est facilitée par un rapport de forme initial plus grand. La fragmentation des fibres résulte d'un phénomène de fatigue et est provoquée par l'accumulation des déformations et de l'énergie mécanique. Au niveau de leur point de rupture, les fibres de lin et de Tencel® se déchirent et fibrillent, alors que les fibres élémentaires de lin cassent près de leurs « genoux ». Des analyses de distributions de tailles des fibres après compoundage avec la matrice ont corroboré les observations rhéo-optiques. Lorsque les conditions de mélange sont sévères, chaque « genou » devient un point de rupture et la longueur finale des fibres de lin se retrouve être égale à la longueur moyenne entre les « genoux ». Les faisceaux de lin initialement plus courts ne se dissocient et ne se fragmentent que très peu. La rupture des fibres de lin est différente en fonction de leur taille initiale et ces fibres ne conduisent pas au même comportement rhéologique pour les composites. En revanche, pour les fibres unitaires Tencel®, la taille initiale n'a que très peu d'influence sur leurs dimensions finales, à condition que les fibres ne soient pas trop longues et trop difficiles à disperser. Le temps de mélange est apparu déterminant pour préserver le rapport de forme des fibres. La déformation cumulée s'est révélée être un meilleur paramètre que l'énergie mécanique spécifique pour décrire à la fois la rupture des fibres de lin et de Tencel®. Les propriétés mécaniques en traction uniaxiale ont enfin été caractérisées et mises en relation avec les conditions de mélange et les dimensions finales des fibres.

The objective of this work, performed in the frame of the Industrial Chair in Bioplastics, financed by Mines ParisTech and Arkema, l'Oreal, Nestle, PSA and Schneider Electric, is to provide a systematic study of the relationships between the compounding conditions and the structure of biocomposites based on polypropylene/ flax and Tencel® fibres. In particular, the behaviour and the rupture of fibres were studied in detail during melt processing in an internal mixer and a twin screw extruder.The fibres were observed in situ during shear flow in a matrix by rheo-optics. The decohesion of flax bundles was shown to be made easier for fibres with higher initial aspect ratio. The fibres fragmentation occured by fatigue and is caused by an accumulation of…

Advisors/Committee Members: Budtova, Tatiana (thesis director).

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Les isolateurs optiques sont des composants non-réciproques très important dans les systèmes de télécommunication optique. Actuellement les composants commercialisés sont tous discrets, à cause de la difficulté d’intégration des matériaux magnéto-optiques avec les technologies de l’optique intégrée. L’objectif de ma thèse était d’ouvrir une nouvelle voie technologique pour aboutir à une telle intégration. Pour cela nous avons développé une approche basée sur l’utilisation d’un matériau magnéto-optique composite complètement compatible avec la technologie d’échange d’ions sur verre. Ce matériau est élaboré par la voie sol-gel organique-inorganique et dopé par des nanoparticules magnétiques de ferrite de Cobalt (CoFe204). Il a montré des potentialités très prometteuses, illustré par une rotation Faraday spécifique de 420°/cm (@1550nm). Ce composite est déposé par la méthode dip-coating sur un guide fait par échange ionique d’Ar+/Na+, avec des extrémités enterrées par la méthode d’enterrage sélective pour faciliter le couplage-découplage de la lumière dans la structure hybride. Enfin, un traitement thermique (<100°C) et un traitement UV compatibles avec le procédé d’échange d’ions sur verre sont appliqués sur le dispositif pour finaliser la couche magnéto-optique. La caractérisation optique de notre dispositif a montré une bonne distribution de la lumière entre la couche magnéto-optique et le guide fait par échange d’ions (un bon confinement latéral). De plus, l’application d’un champ magnétique longitudinal au composant a permis de démontrer une valeur de conversion de mode TE-TM qui correspond bien à la quantité de la lumière confinée dans la couche magnéto-optique et la biréfringence modale de la structure. Donc, le but principal de la thèse est atteint, et ces résultats montrent la faisabilité d’un convertisseur de mode TE-TM compatible avec la technologie d’optique intégrée sur verre

Optical isolators are essential nonreciprocal devices used in optical communication systems. Currently, these components are commercially available but only in bulk form, due to the difficulties to embed magneto-optical materials with integrated classical technologies. To overcome this problem, our group has developed a new approach based on composite magneto-optical matrix that is fully compatible with ion-exchanged glass waveguide technology. This material is developed by organic inorganic sol-gel process and doped by magnetic nanoparticles (CoFe2O4). Such a magneto-optical composite matrix has shown promising potentialities illustrated by a specific Faraday rotation of 420°/cm (@1550nm). Using dip-coating technique, a composite layer was coated on a glass substrate containing straight channel waveguide made by a silver/sodium ion exchange. The extremities of the guides were previously buried using selective buried method in order to facilitate coupling-decoupling of light in hybrid structure. Last, a soft annealing (<100°C) and UV treatment, both compatible with the ion-exchanged process, have been implemented to finalize the…

Advisors/Committee Members: Rousseau, Jean-Jacques (thesis director).

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Ce projet de thèse de doctorat est intitulé «Génération du second harmonique dans des cristaux non-linéaires désordonnés: application pour la caractérisation d'impulsions laser ultra-courtes». Il est consacré à l'étude de la génération de deuxième harmonique dans des cristaux ferroélectriques non linéaires formés par une distribution aléatoire de domaines. Ceci conduit à une distribution aléatoire de la susceptibilité non linéaire quadratique (tels que le nitrate de baryum de strontium –SBN- et les cristaux de nitrate de calcium et de calcium) et son application à la caractérisation unique des impulsions laser ultra-courtes. Le principe de base de l'opération est lié au type unique d'émission associé à ces types de cristaux où le second signal harmonique est émis transversalement à la direction de propagation du faisceau. En utilisant la génération transversale de deuxième harmonique à partir de ces cristaux, nous mesurons la durée de l'impulsion, le paramètre chirp et le profil temporel dans une configuration à un seul pulse laser. Cette méthode a été mise en œuvre à la fois dans l'autocorrélation transversale et les schémas transversaux de corrélation croisée pour la mesure des impulsions avec des durées allant de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de femtosecondes. Les principaux avantages obtenus avec les techniques développées par rapport à d'autres méthodes traditionnelles comprennent l'élimination de l'exigence de cristaux minces non linéaires pour la génération harmonique, la possibilité d'obtenir une correspondance automatique de phase sans alignement angulaire ou contrôle de la température sur un spectre très large et un processus d'opération simplifié.

The PhD project, entitled «Second harmonic generation in disordered nonlinear crystals: application to ultra-short laser pulse characterization», is devoted to the study of second harmonic generation in nonlinear ferroelectric crystals formed by a random distribution of domains with inverted quadratic nonlinear susceptibility (such as the Strontium Barium Niobate and Calcium Barium Niobate crystals) and its application to the single-shot characterization of ultrashort laser pulses. The basic principle of operation is related to the unique type of emission associated to those kinds of crystals where the second harmonic signal is emitted transversally to the beam propagation direction. Using the transverse second harmonic generation from these crystals we measure the pulse duration, the chirp parameter and the temporal profile in a single-shot configuration. This method has been implemented both in transverse auto-correlation and transverse cross-correlation schemes for the measurement of pulses with durations in the range from several tens up to several hundreds of femtoseconds. The main advantages gained with the developed techniques against other traditional methods include the removal of the requirement of thin nonlinear crystals for harmonic generation, the possibility to get automatic phase matching without angular alignment or temperature…

Advisors/Committee Members: Crina, Cojocaru (thesis director), Trull, Jose Francisco (thesis director), Akhouayri, Hassan (thesis director).

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Les travaux réalisés dans ce manuscrit portent sur l'étude de la génération de supercontinuum dans des fibres transparentes dans le moyen infrarouge. Afin de générer un supercontinuum entre 3 et 5 µm, nous chercherons à comparer différentes familles de verres tels que les verres de fluorures, les verres d'oxydes de tellures et les verres de chalcogénures. Ces fibres sont pompées à l'aide de laser à fibre émettant autour de 2 µm en régime impulsionnel nanoseconde ou picoseconde. Cette longueur d'onde permet de s'approcher du zéro de dispersion chromatique de certaines fibres. Nous générons un supercontinuum jusqu'à 3800 nm dans des verres fluorés. Une connectique, dont la transmission est d'environ 75 %, est réalisée entre une fibre ZBLAN et une fibre SiO2. Une mesure des raies d'absorption du méthane est réalisée autour de 3300 nm à l'aide du supercontinuum généré dans les verres fluorés. Un supercontinuum est généré jusqu'à 2900 nm dans une fibre en oxyde de tellure. L'étendue du spectre aux grandes longueurs d'onde est limitée par l'atténuation de la fibre. Enfin, plusieurs compositions de verres de chalcogénures sont testées (As38Se62, As40S60, Ge10As22Se68). Ces fibres seront tout d'abord pompées dans leur régime de dispersion normale et nous observerons la formation de 4 sauts Raman successifs. Le gain Raman dans les verres AsSe est estimé à (1,6+/- 0,5) x 10E-11 m/W. Un compromis entre le contrôle de la dispersion chromatique et le couplage dans la fibre nous conduit à réaliser des fibres effilées dont le diamètre varie sur la longueur de la fibre. Nous obtiendrons alors un supercontinuum dans une fibre effilée en verre d'AsSe jusqu'à 2600 nm

The work reported in this thesis deals with the study of the supercontinuum generation in fibers transparent in the mid-infrared. To generate a supercontinuum between 3 and 5 µm we compare different glass families such as fluoride glasses, tellurite glasses and chalcogenide glasses. These fibers are pumped with fiber lasers emitting at 2 µm with nanosecond or picosecond pulse duration. This wavelength allows us to reach the zero dispersion wavelength of the chalcogenide tapered fibers. We report supercontinuum generation up to 3800 nm in a fluoride glass fiber. A connection with 75 % of transmission is made between a ZBLAN and a SiO2 fiber. We also measured absorption lines of the methane at 3300 nm. We report supercontinuum generation up to 2900 nm in an oxyde tellurite fiber. The supercontinuum edge at long wavelength is limited by the OH absorption of the fiber. Finally, several chalcogenide glass compositions and geometries are tested (As38Se62, As40S60, Ge10As22Se68). These fibers are pumped in their normal dispersion regime and we observe the four cascaded Raman shifts. The Raman gain coefficient in the AsSe glasses is estimated to be (1,6+/- 0,5) x 10E-11 m/W.A trade-off between the chromatic dispersion control and the coupling in the fiber leads us to use tapered fibers whose diameter varies along the length of the fiber. We report supercontinuum generation in…

Advisors/Committee Members: Smektala, Frédéric (thesis director), Troles, Johann (thesis director), Canat, Guillaume (thesis director).

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Cette thèse porte sur la numérisation de signaux hyperfréquences en utilisant une horloge optique, possédant une gigue temporelle très faible en comparaison des horloges électroniques. Une faible gigue est un facteur clé de l’échantillonnage à haute performance, car l’horloge commande l’ouverture d’une “porte” qui extrait les échantillons du signal à intervalles réguliers. Cette thèse décrit deux approches originales : l’échantillonnage purement optique et l’échantillonnage électro-optique.Une porte électro-optique se constitue d’une ligne coplanaire transportant le signal électrique. Cette ligne présente une discontinuité qui devient conductrice sur commande optique grâce à un matériau photoconducteur. Les alliages semi-conducteurs du groupe III-V sont souvent utilisés car la mobilité de ces porteurs photo-générés est suffisamment élevée, ce qui est favorable à une bonne conductivité à l’état “on”. Le GaAs, en particulier, présente l’avantage d’une conductivité faible à l’état “off” du fait de la largeur de la bande interdite électronique. Cela explique l’intérêt de ce matériau, cependant, cela impose aussi une contrainte sur la longueur d’onde de la source laser, expliquant l’utilisation de sources autour 800 nm.Dans cette thèse l’utilisation de sources laser à verrouillage de modes à fibre, développées dans le domaine des Télécoms, donc plus facilement accessibles, tout en gardant le GaAs comme matériaux actif est explorée. Cela est possible en exaltant l’efficacité de l’absorption à deux photons, effet faible dans la plupart des structures. L’approche suivie porte sur l’utilisation d’une cavité à cristaux photoniques. Le très fort confinement et le très faible volume occupé par le mode optique se traduit en une très forte absorption non linéaire. De plus, la nano-structuration du semi-conducteur réduit de manière considérable le temps de vie des porteurs, ce qui permet un retour suffisamment rapide à l’état “off”. L’étude se conclut par la démonstration de la fonction d’échantillonnage.La même fonction a été étudiée dans le cas ou le signal hyperfréquence se trouve sur une porteuse optique. La fonction porte “tout optique” est réalisée par un résonateur à cristaux photoniques. La génération de porteurs par absorption à deux photons induit un déplacement spectral de la résonance, ce qui est exploité pour moduler la transmission du dispositif. Une porte optique rapide, capable en principe de traiter des signaux dépassant les 50 GHz à été montrée. Cette porte requiert une puissance de commande de l’ordre de 200 fJ/impulsion, ce qui est suffisamment faible pour utiliser des sources lasers compactes (diode laser) et, de ce fait, outre sa très faible taille, peut être intégrée facilement.

This thesis is focused on the digitalization of radio-frequency signal using optical clock, allowing a low time jitter compared to electronic clocks. A low jitter is a key factor for high performance sampling, as the clock commands the “gate” opening which extracts the signal samples at regular intervals. This thesis describes two…

Advisors/Committee Members: Rossi, Alfredo de (thesis director).

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Ce travail porte sur la génération directe de triplets de photons par interaction optique non linéaire du troisième ordre avec la matière solide. Les trois photons constituant l'état triplet proviennent de la scission d'un unique photon, et sont donc étroitement corrélées. Des champs supplémentaires peuvent stimuler le processus, et ainsi augmenter son efficacité de conversion, mais au détriment de la conservation des corrélations de l'état triplet. Deux stratégies sont adoptées pour générer efficacement ces triplets tout en conservant leurs propriétés de cohérence. La première porte sur génération de triplets dans des oxydes massifs cristallins, rendue possible à travers la réalisation d'accords de phase par biréfringence. Ces cristaux peuvent être placés en cavité de manière à augmenter artificiellement la longueur d'interaction. Dans ce contexte, KTP et TiO2 sous sa forme rutile sont étudiés expérimentalement; la configuration en cavité fait l'objet d'une étude théorique. La seconde stratégie se concentre sur la génération de triplets dans des fibres optiques, à travers un accord de phase modal. Leurs longueurs, le confinement du champ électromagnétique, ainsi que la non-existence de processus quadratiques pouvant polluer la génération de triplets sont des avantages importants. Des expériences de génération de troisième harmonique dans des fibres de silice dopées germanium sont réalisées ; et les propriétés d'accord de phase dans des fibres à cristaux photoniques en chalcogénures sont calculées.

This work concentrates on the direct generation of triple photons through third-order nonlinear optical interactions with solid-state matter. The three photons constituting the triplet state arise from the splitting of a single photon, and are therefore highly correlated.The four interacting particles fulfill the energy and linear momentum conservation laws. Additional fields can stimulate this process and thus increase its conversion efficiency, but at the cost of losing the correlations of the triplet states. In order to generate efficiently the triplets while preserving their coherence properties, two strategies are investigated. In the first one, the interaction occurs in oxide bulk crystals, thanks to a birefringent phase matching. These crystals can be put into a cavity so as to artificially increase the interaction length. In this context, KTP and rutile TiO2 are studied experimentally; the cavity configuration is subjected to a theoretical work. The second strategy focuses on the generation in optical fibers, through a modal phase matching. Their length, the confinement of the electromagnetic field, and the non-existence of polluting second-order nonlinear processes are key advantages. Third-harmonic generation experiments on germanium-doped silica fibers are performed; and phase-matching properties in chalcogenide photonic-crystal fibers are calculated.

Advisors/Committee Members: Boulanger, Benoît (thesis director), Bencheikh, Kamel (thesis director).

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Ce mémoire porte sur la génération de supercontinuum (SC) dans l’infrarouge moyen (mid-IR) à partir de fibres optiques à saut d’indice en vue d’aider l’innovation de la prochaine génération de systèmes lasers spectroscopiques autant en télédétection qu’en microscopie. Une revue exhaustive de littérature ainsi qu’une explication des bases théoriques de la génération de SC mid-IR sont présentées. Deux résultats d’impact ont été obtenus au cours des travaux. D’abord, le premier SC de type cascade s’étalant jusqu’à 8 μm a été démontré, et ce via une fibre optique d’AsSe monomode par un pompage d’impulsions picosecondes amplifiées. Ensuite, le premier SC atteignant une puissance moyenne de l’ordre du watt a été démontrée dans une fibre d’AsSe/AsS. Ce dernier résultat a été possible grâce au développement d’un laser à fibre ultrarapide amplifié émettant des impulsions hautement énergétiques à 3.6 μm et, aussi, à la déposition d’une couche mince antireflet d’Al2O3.

This thesis focuses on the generation of supercontinuum (SC) in the mid-infrared (mid- IR) from step-index optical fiber in order to help the next generation of spectroscopic laser systems in both remote sensing and micro-spectroscopy applications. A comprehensive review of the literature as well as an explanation of the theoretical basis of mid-IR SC generation is presented. Two impact results were obtained during the master. First, the first cascaded SC up to 8 μm was demonstrated via a single-mode AsSe optical fiber by pumping with amplified picosecond pulses. Then, the first SC reaching an average power in the watt-level was demonstrated in an AsSe fiber, thanks to the amplified femtosecond fiber laser emitting high energy pulses at 3.6 μm and the deposition of a Al2O3 anti-reflection coatings.

Advisors/Committee Members: Bernier, Martin, Vallée, Réal.

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L'objectif de ce travail est de développer des matériaux pour une conversion efficace de fréquences. Deux types de matériaux ont été étudiés. Le premier type concerne des matériaux pour le doublage de fréquence par la génération de second harmonique. Nous avons sélectionné des vitrocéramiques de chalcogénures GeS₂+βGeS₂ et Ge₂₀Sb₁₂S₆₈+Cds pour cette étude avec une différence d'indice faible entre la phase vitreuse et les cristaux. Ces vitrocéramiques ont été élaborées avec une technique originale en associant la mécano-synthèse et le pressage flash (Spark Plasma Sintering). Elles présentent une grande compacité supérieure à 99,9%. Les pertes optiques par diffusion, en particulier dans les courtes longueurs d'onde, doivent encore être améliorées pour rend possible les mesures de génération de second harmonique. Cette nouvelle technique de synthèse a également permis la fabrication des verres de chalcogénures qui ont une forte tendance à cristalliser. L'exemple a été donné par la synthèse du verre Ge₁₅Ga₂₀S₆₅, situé en dehors du domaine vitreux déterminé par la méthode de synthèse classique (fusion-trempe). Le deuxième type de matériaux étudiés concerne des matériaux luminescents à large bande d'absorption et d'émission. Les ions de métaux de transition Fe, Ni et Mn et l'ion de terre rare bivalent Eu ont été sélectionnés en raison des transitions électroniques impliquant des électrons de la couche d. Des émissions larges et parfois intenses ont été obtenues avec des ions Eu²⁺ dans les céramiques SrS/ZnS et CaS/ZnS. La largeur à mi-hauteur peut même dépasser 100 nm. Il a été démontré que la position de l'émission dépend fortement de l'environnement chimique des ions Eu²⁺. Afin d'ajuster continuellement la position de cette émission, des couches minces contenant différents rapports Sr/Ca ont été déposées par co-pulvérisation cathodique assistée par un magnétron. Des émissions larges et ajustables ont été obtenues.

The objective of this work is to develop materials for efficient frequency conversion. Two types of materials were studied. The first type relates to materials for frequency doubling by using second harmonic generation. We selected chalcogenide glass ceramics GeS₂+βGeS₂ and Ge₂₀Sb₁₂S₆₈+Cds for this study with a low difference of refractive index between the glass phase and the crystals. These ceramics were synthesized by melt-quenching technique and by combination of mechanical milling and Spark Plasma Sintering. The obtained glass ceramics have a high compactness greater than 99.9%. The optical losses due to scattering, particularly at shorter wavelengths, must be further improved before measurement of second harmonic generation. This new synthesis technique also allowed the manufacture of chalcogenide glasses which have a strong tendency to crystallize. The example was given by the synthesis of the glass Ge₁₅Ga₂₀S₆₅, located outside of the glass forming region determined by using the conventional melt-quenching method. The second type of the studied materials was related to luminescent materials with…

Advisors/Committee Members: Zhang, Xiang Hua (thesis director), Calvez, Laurent (thesis director).

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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…

Advisors/Committee Members: Lampin, Jean-François (thesis director), Vanwolleghem, Mathias (thesis director).

▼ Dans le cadre de ma thèse, j’ai étudié des supraconducteurs par une nouvelle  technique de spectroscopie optique. Cette technique, inspirée de détecteurs de photons utilisés en astrophysique, permet de faire des mesures de 0 à 300 GHz, avec une résolution de ~1 GHz, à une température de ~100 mK. Les supraconducteurs étudiés sont lithographiés sous la forme de résonateurs pour devenir des détecteurs de photons dont leur fréquence de résonance varie en fonction de leur densité superfluide.  Au cours de cette thèse, j’ai fabriqué et étudié des résonateurs à partir de différents matériaux supraconducteurs (en couches minces). La dimensionnalité joue un rôle essentiel dans la supraconductivité. A priori, en deux dimensions un système ne devrait pas être supraconducteur mais il existe de nombreux contre-exemples (monocouche de FeSe, interface d’oxydes,…). Dans ce contexte l’aluminium est particulièrement intéressant car le mécanisme supraconducteur est conventionnel (couplage électron-phonon) et que l’on peut faire varier son épaisseur (couches minces) et sa microstructure (aluminium granulaire) relativement facilement. La thèse se compose de deux parties.Dans une première partie je me suis intéressé à l’influence de l’épaisseur sur la supraconductivité de couches minces d’aluminium (de 15nm à 200nm). Dans la majorité des matériaux supraconducteurs, la température critique diminue avec l’épaisseur alors que dans certains matériaux, comme dans l’aluminium, elle augmente. Différentes théories existent pour expliquer ce phénomène mais il n’existe actuellement aucun consensus. Par des techniques combinées de spectroscopie à forte résolution et de résistivité, j’essaye d’apporter un éclairage nouveau à l’augmentation de la température critique dans l’aluminium lors de la diminution de l’épaisseur. J’interprète ce phénomène comme étant lié à un durcissement des phonons, ce qui ne constitue pas une explication habituellement citée.Dans une deuxième partie, on présente des supraconducteurs désordonnés, à savoir l’oxyde d’indium (InOx) et l’aluminium granulaire (GrAl). Dans ces matériaux, on a mis en évidence des excitations sous le gap supraconducteur par des mesures de spectroscopie optique. Ces excitations, dont l’origine est discutée, sont a priori inattendues dans les supraconducteurs conventionnels.Ainsi, on a mis en évidence dans des résonateurs d’oxyde d’indium la détection très sélective en énergie de photons ayant une énergie très inférieure au gap supraconducteur. On explique le mécanisme de détection en démontrant qu’il est lié à l’excitation des modes de résonance d’ordre supérieur, associée à la non linéarité de l’inductance cinétique avec le courant circulant dans le résonateur.Dans l’aluminium granulaire, on a étudié certaines excitations sous le gap supraconducteur dans deux échantillons de résistivité différente. Une antenne radio-fréquences placée devant le cryostat illumine les résonateurs. On choisit un résonateur quelconque et on sélectionne la fréquence des photons délivrés par l'antenne de telle sorte… Advisors/Committee Members: Klein, Thierry (thesis director), Monfardini, Alessandro (thesis director).

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Les sources infrarouges basées sur des effets d'optique du second ordre constituent de très bons outils de spectrométrie des polluants présents dans l'atmosphère, grâce notamment à leur grande accordabilité spectrale. Ils demandent toutefois une forte puissance lumineuse incidente et une grande quantité de matériau non linéaire pour être efficaces. On peut les rendre très compactes en réalisant la conversion de fréquence à l'aide de nanostructures plasmoniques contenant des inclusions diélectriques présentant une susceptibilité du deuxième ordre non nulle. La lumière y est très fortement concentrée à la résonance augmentant fortement la quantité de polarisation non linéaire produite, afin d'y exalter les effets d'optique non linéaire.Ce travail s'attaque d'abord à la conception de nano-résonateurs grâce au développement d'un outil de simulation d’empilements nanostructurés selon une dimension. Trois architectures sont étudiées : les nanorésonateurs de type sillon, les nanorésonateurs de Helmholtz et les guides d'ondes à résonances de modes guidés. Dans chaque cas, le dimensionnement passe par la détermination de géométries bi- voire tri-résonantes pour la réalisation d'accord de modes en génération de second harmonique ou de différence de fréquences.La fabrication en salle blanche des résonateurs sillons et guides d'ondes est ensuite exposée, suite à un important travail de développement technologique, qui a permis l’obtention d’échantillons de très bonne qualité.

Infrared sources based on second order effects are interesting tools for atmospheric pollutants spectrometry thanks to their wide tunability. Such effects nevertheless demand strong incident powers or massive non linear crystals to be efficient. A new way to reduce their size consists in realizing frequency conversion with the help of plasmonic nanostructures containing dielectric inclusions showing a non zero second order susceptibility. Light is greatly harvested and concentrated at resonance leading to the creation of a great quantity of non linear polarization, so as to further enhance non linear optics effects.This work begins with a study of nanoresonators through developing a simulation tool for one dimensional nanostructured multilayered structures. Three architectures are retained : slit nanoresonators, optical Helmholtz nanoresonators and waveguides based on guided mode resonances. In every case, the conception focuses on the finding of bi- and even of tri-resonant geometries to achieve mode matching for second harmonic of difference frequency generation.Clean room fabrication is then detailed step by step following the important works that have permitted the fabrication of samples showing a very good quality.

Advisors/Committee Members: Haïdar, Riad (thesis director).

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La génération de second harmonique (SHG) est un processus non-linéaire qui se produit dans des structures non-centrosymétriques, comme c'est le cas de certains matériaux cristallins ou biologiques. Il consiste à coupler deux champs à la même fréquence pour générer un photon à la fréquence double. La manipulation de la polarisation des champs incidents donne accès à des informations microscopiques et structurales de l'échantillon. De plus, l'utilisation d'une détection polarisée permet de mettre à jour des effets physiques dans les assemblages moléculaires biologiques.Dans ces travaux de thèse, nous nous intéressons principalement à l'étude des fibres de collagène I en SHG polarisée dans des échantillons modèles et des tissus. Nous étendons cette étude à la compréhension de l'interaction des fibres avec leur environnement cellulaire pour ensuite, aborder la problématique des tissus cancéreux. Enfin, nous proposons différents modèles microscopiques de la structure du collagène, évalués par une méthode basée sur la décomposition en série de Fourier du signal polarisé, pour apporter un diagnostic quantitatif sur des échantillons biologiques.

Second harmonic generation (SHG) is a non-linear process which consists in coupling two photons at the same frequency to generate one photon at the twice frequency. It generally occurs in non-centrosymmetric samples such as crystals or molecular assemblies. The manipulation of the optical field polarization gives access to structural and microscopic informations. Moreover, using polarized detection allows to determine physical effects in molecular assemblies.In this Phd thesis, we are particulary interested in studying polarized SHG signals from collagen type I fibers in model samples and tissues. We extend our work to the investigation of the interaction of the fibers with their cellular environment. We also address the problematic of cancerous tissues.Finally, we propose several models for the microscopic structure of collagen, evaluated by a method based on the Fourier decomposition of the polarized SHG signal, to provide a quantitative diagnosis of biological samples.

Advisors/Committee Members: Brasselet, Sophie (thesis director), Roche, Muriel (thesis director).

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Ce travail est dédié à l’étude de l’origine des phénomènes statistiques récemment observés dans le cadre de la turbulence intégrable. Les études expérimentales et numériques de la propagation d’ondes partiellement cohérentes dans les systèmes décrits par l’équation de Schrödinger non linéaire à une dimension ont révélé un écart par rapport à la distribution gaussienne. Les régimes de propagation focalisant et défocalisant présentent un comportement qualitativement différent: la probabilité que des événements extrêmes apparaissent dans le cas focalisant est supérieure à la loi normale, alors que dans le régime défocalisant, elle y est inférieure. Nous avons réalisé des expériences d’optique bien décrites par l'équation de Schrödinger non linéaire 1-D afin d'étudier ce problème. Nous avons construit deux outils de mesure nouveaux et complémentaires. En utilisant ces outils, nous avons réalisé une observation directe des structures cohérentes qui apparaissent à différents stades de la propagation dans les deux régimes. En fournissant une analyse de ces structures, nous avons déterminé les mécanismes dominants dans les régimes focalisant et défocalisant. Dans le régime focalisant, nous avons mis en évidence le caractère universel de structures voisines des solitons de Peregrine et établi un lien avec un résultat mathématique rigoureux obtenu dans le régime semi-classique. Dans le régime défocalisant, nous avons montré que le mécanisme d'interférence non linéaire entre impulsions voisines définit l'évolution des conditions initiales partiellement cohérentes. Nous avons proposé un modèle simplifié qui explique la présence des différentes échelles dans les données enregistrées.

This work is dedicated to the investigation of the origin of statistical phenomena recently observed in the framework of integrable turbulence. Namely, experimental and numerical studies of the partially-coherent waves propagation in 1-D Nonlinear Schrödinger equation systems revealed a deviation from the Gaussian statistics. Focusing and defocusing regimes of propagation demonstrated qualitatively different behaviour: the probability of extreme events to appear in the focusing case is higher than it is predicted by normal law, while in defocusing it is lower. We provided optical experiments well described by the 1-D Nonlinear Schrödinger equation in order to investigate this problem. We built two novel and complementary ultrafast measurement tools. Employing these tools we provided direct observation of coherent structures which appear at different stages of the propagation in both regimes. Providing analysis of these structures, we determined dominating mechanisms in both focusing and defocusing regimes. In the focusing regime, we discovered the universal appearance of Peregrine soliton-like structures and made a link with the rigorous mathematical result obtained in the semi-classical regime. In the defocusing case, we showed that the mechanism of nonlinear interference of neighbour pulse-like structures defines the evolution of the…

Advisors/Committee Members: Suret, Pierre (thesis director), Randoux, Stéphane (thesis director).

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Au cours de cette thèse nous avons synthétisé et étudié les propriétés d'optique linéaire et non linéaire d'octupôles 2D. Ce type d'assemblage moléculaire est connu pour posséder de bonnes propriétés d'optique non linéaire de troisième ordre, et plus particulièrement de bonnes propriétés d'absorption à deux photons (ADP). Dans ce travail, nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux octupôles 2D à cœur isocyanurate et triazine. Les isocyanurates ont été peu étudiés pour leurs propriétés d'optique non linéaire, bien que des premiers résultats les placent comme des structures très prometteuses, tandis que les triazines sont plus reconnues pour leurs bonnes propriétés d'absorption à deux photons. Dans une première partie, une série de composés organiques à cœur isocyanurate a été synthétisé et leurs propriétés d'optique linéaire et non linéaire ont été étudiées. Ayant pu établir des relations structure/propriétés à partir de ces premières séries de molécules nous avons ensuite synthétisé une nouvelle famille d'analogues à cœur triazine possédant les mêmes groupements électro-donneurs que ceux de la série isocyanurate, afin de pouvoir comparer l'effet de cœur entre ces deux familles. Cette étude comparative nous a permis de sélectionner deux chromophores candidats pour une des applications de l'absorption à deux photons, la thérapie photodynamique à deux photons (2PPDT). Dans une deuxième partie, nous nous sommes attachés à la synthèse de dérivés hydrosolubles pour la thérapie photodynamique à deux photons. Les propriétés de photosensibilisation et biocompatibilité de ces composés ont pu être testées in vitro et in vivo grâce à une collaboration avec le groupe de Magali Gary-Bobo et Marcel Garcia (UMR 6247, Montpellier). Enfin, dans une troisième partie, nous avons tiré parti des relations structure/propriétés mises en évidence dans notre étude sur les isocyanurates organiques pour concevoir une série d'octupôles contenant des unités platine cyclométallées. Nous avons ainsi synthétisé et caractérisé une nouvelle série de complexes de platine à cœur isocyanurate, triazine ou triphénylbenzène.

During this Ph.D work, we were able to synthesize a series of 2D octupoles as well as study their linear and nonlinear optical properties. These molecular architectures are known for their good NLO properties, especially their two-photon absorption properties (TPA). In this thesis, we focused most of our work on isocyanurate and triazine cored octupoles. Isocyanurates are quite understudied even though they have recently proven to be promising for TPA applications, whereas triazines were already known for their good TPA properties. In this respect we started out by the synthesis and characterization of a series of organic isocyanurates. These compounds allowed us to derive useful structure/property relationships. We also synthesized a series of analogous triazines possessing the same donor groups than the isocyanurate series, in order to be able to compare the effect of the core in these two series. This study allowed us…

Advisors/Committee Members: Mongin, Olivier (thesis director), Humphrey, Mark G. (thesis director).

▼ En complément aux méthodes traditionnelles d’observation et de stimulation en neuroscience, l’optogénétique, combinant l’expression ciblée de protéines photosensibles dans les neurones et l’utilisation de nouvelles techniques de microscopies, a connu un essor important ces dernières années. Ce nouveau procédé permet d’enregistrer de manière non invasive les signaux fonctionnels de circuits intacts tels que les changements de potentiel de membrane ou de concentration intracellulaire de calcium mais également de moduler l’excitabilité des neurones. Pour illuminer ces protéines photosensibles, de nouvelles méthodes de microscopie ont été développées. En particulier, afin d’obtenir une résolution spatiale optimale au sein d’un tissu biologique, il devient nécessaire d’utiliser l’illumination bi-photonique et d’utiliser des techniques permettant la mise en forme du faisceau lumineux pour s’adapter à la morphologie des circuits ou même des neurones étudiés.Au cours de ma thèse, j’ai développé une combinaison de méthodes optiques (associant le contraste de phase généralisé avec la focalisation temporelle) afin d’activer le canal cationique channelrhodopsin-2 en excitation bi-photonique. Ce travail a démontré, pour la première fois, l’activation simultanée de potentiels d’action dans plusieurs cellules tout en conservant une résolution axiale à l’échelle cellulaire (~10 μm).La mise en forme du faisceau lumineux semble très avantageuse pour améliorer la spécificité de l’activation. Il restait à démontrer que les faisceaux ainsi modulés conservaient leur intégrité spatiale en se propageant à l’intérieur de tissus biologiques diffusants. J’ai donc étudié la propagation de faisceaux lasers modulés par les techniques du contraste de phase généralisé et de l’holographie numérique en combinaison avec la focalisation temporelle. L’utilisation de la focalisation temporelle permet aux volumes d’excitation de rester confinés sur l’axe de propagation comme observé précédemment, mais aussi de reconstruire un profil d’excitation en profondeur dans le tissu, qui correspond au profile généré sans milieu diffusant. Cet effet est plus important pour le contraste de phase généralisé que pour l’holographie numérique et se dégrade en fonction de la profondeur à laquelle l’activation a lieu. J’ai démontré pour la première fois, l’activation en profondeur (> 200 μm) de neurones grâces à ces méthodes.Enfin, j’ai testé les mêmes techniques d’illumination sur d’autres protéines photosensibles, telles que la C1V1 et l’halorhodopsin. Après avoir établi les spectres d’activation afin de trouver la longueur d’onde optimale pour l’activation bi-photonique, j’ai exprimé ces protéines dans des tranches de cerveaux. Les deux protéines requièrent une activation à 1040 nm à la limite du laser Ti:Sapphire utilisé dans de nombreux laboratoires biologiques. La C1V1 a généré des courants similaires à la ChR2 en terme d’amplitude tout en conservant la lente cinétique de fermeture caractéristique de ce canal. L’halorhodopsin, quant à elle, reste difficile à activer… Advisors/Committee Members: Emiliani, Valentina (thesis director).

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Les polyoxométallates (POMs) sont des oxydes moléculaires solubles dont la facilité de fonctionnalisation permet l’accès à un grand nombre de propriétés telles que la catalyse, le magnétisme, la biologie ou l’optique. Cette thèse est donc consacrée à la synthèse de POMs hybrides possédant des propriétés dans les domaines de la biologie et de l’optique. Dans un premier temps, de nouveaux composés hybrides moléculaires comportant des POMs et des entités organiques de type bisphosphonate (BP) ont été synthétisés. Une étude in vitro a révélé les excellentes propriétés anticancéreuses de ces nouveaux assemblages. L’un d’entre eux a également fait l’objet de tests in vivo.Dans un second temps, des POMs hybrides photoactifs constitués de deux types de molécules organiques photochromes ont été synthétisés. Des dérivés de spiropyrane (SP) et de spironaphtoxazine (SN) ont été greffés sur des POMs. Ces assemblages ont été analysés en électrochimie puis leurs propriétés fonctionnalisantlesatomesdiridium photochromes à l’état solide ont été étudiées. D’autre part, un photochrome inverse appelé « donor-acceptor Stenhouse adduct » (DASA) a été greffé pour la première fois sur un POM. Les propriétés optiques de ce complexe ont été modulées par la nature du contre-ion associé.Des assemblages ioniques entre différents POMs et un complexe d’iridium ont été synthétisés et caractérisés. Les propriétés optiques de l’entité phosphorescente ont été modulées à l’état solide par la nature du POM. Un de ces assemblages possèdent des propriétés de vapoluminescence pouvant trouver une application dans le domaine de la détection de composés organiques volatils.Enfin, d’autres POMs hybrides associant de façon covalente un POM Anderson et des dérivés organiques appelés tétrathiafulvalène (TTF) ont été synthétisés et caractérisés. Après avoir été analysés en électrochimie, leurs propriétés en optique non linéaire ont été étudiées.

Polyoxometalates (POMs) are a unique class of molecular oxides that can be easily functionalized, hence opening the door to different fields such as catalysis, magnetism, etc. This thesis is devoted to the synthesis of hybrid POMs having properties in biology or optics. Firstly, new molecular hybrids were formed using POMs and organic bioactive entities called bisphosphonates (BPs). An in vitro study revealed the excellent anticancerous properties of these assemblies. One of them has also been subject to in vivo studies.Secondly, photoactive hybrid POMs constituted of two different photochromic organic molecules have been synthesized. Spiropyran (SP) and spironaphtoxazine (SN) derivatives have been covalently grafted onto an Anderson-type POM. These assemblies have been analyzed in electrochemistry functionalizing then their photochromic properties at the solid state have been studied. A new class of reverse photochromic entity called « donor-acceptor Stenhouse adduct » (DASA) has been grafted for the first time onto a POM. This complex’s optical properties have been modulated by the nature of the associated…

Advisors/Committee Members: Mialane, Pierre (thesis director), Dolbecq, Anne (thesis director).

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Cette thèse traite de comportements non-linéaires dans deux types de systèmes bidimensionnels différents: les hétérostructures semiconductrices ainsi qu'un matériau monocouche, le graphène. Elle comporte deux axes principaux: l'étude de la quantification de Wannier-Stark dans les super-réseaux de puits quantiques biaisés électriquement, et la modélisation d'effets nouveaux pour la génération de rayonnement électromagnétique dans le domaine Terahertz. Dans les super-réseaux de puits quantiques soumis à une tension externe, le champ électrique induit un confinement bidimensionnel des porteurs de charge nommé quantification de Wannier-Stark. On modélise deux conséquences originales de cette quantification: d'une part, les fortes non-linéarités de photocourant dans un super-réseau placé entre deux barrières tunnel épaisses, et d'autre part, la possibilité de contrôler électriquement le couplage lumière-matière et le gain dans la gamme Terahertz dans un super-réseau biaisé couplé à une microcavité planaire. Dans un second temps, on étudie quantitativement deux effets non-linéaires nouveaux pour la génération Terahertz. Le premier est l'exaltation de l'émission Terahertz dans un système polaritonique en régime de laser à polaritons. On modélise précisément cet effet et on propose un nouveau dispositif utilisant une microcavité double et permettant de réduire très significativement les pertes par diffusion. Le second effet étudié est le transfert d'impulsion photonique dans le graphène sous excitation impulsionnelle. On construit un modèle microscopique prédictif de ce phénomène qui permet de déterminer les paramètres importants pour l'optimisation de l'impulsion Terahertz générée. Ce travail théorique a été mené en étroite collaboration avec plusieurs équipes expérimentales.

This thesis treats of nonlinear behaviors in two different types of bidimensional systems: semiconductor heterostructures as well as a monolayer material, graphene. It consists into two main parts: the study Wannier-Stark quantification in electrically biased quantum well superlattices, and the modelling of new effects for electromagnetic wave generation in the Terahertz range. In quantum well superlattices under an external voltage, the electric field induces bidimensional confinement of the charge carriers, this effect is known as Wannier-Stark quantification. We examine two interesting consequences of this confinement: the strong photocurrent nonlinearities induced when the superlattice is placed between thick tunnel barriers, and the possibility to control light-matter coupling as well as Terahertz gain in superlattices coupled to a semiconductor microcavity. In a second part of this work, we study quantitatively two new nonlinear effects for Terahertz generation. The first one is Terahertz emission exaltation in a polaritonic system reaching the polariton lasing regime. We model precisely this effect and suggest a new scheme using a double microcavity and providing very significant reduction of the diffusion losses. The second effect is photon…

Advisors/Committee Members: Ferreira, Robson (thesis director).

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Les nano-antennes sont des composants nanostructurés capables de concentrer la lumière dans des volumes sub-longueur d’onde, exaltant le champ électrique selon plusieurs ordres de grandeur. Cela est particulièrement intéressant pour la génération d’effets non linéaires, qui dépendent des puissances du champ électrique incident. En effet, les effets non linéaires d’ordre 2, qui permettent les phénomènes de conversion de fréquence, comme la génération de second harmonique (SHG), ou la différence de fréquence (DFG), dépendent du carré du champ électrique. Ainsi, si l’on inclut un cristal non linéaire dans une nano-antenne, on peut exalter significativement ces effets. L’objectif de cette thèse est donc de concevoir des nano-antennes permettant de générer efficacement des effets non linéaires d’ordre 2. De tels dispositifs pourraient être appliqués à la création de nouvelles sources pour la spectroscopie infrarouge.Le travail de thèse va de la modélisation électromagnétique des effets non linéaires dans les nanostructures à la démonstration expérimentale. La modélisation de polarisation non linéaire générée suivant l’axe optique a été développée en s’appuyant sur une méthode modale B-Spline pour les calculs linéaires. Ce modèle a permis de simuler les effets non linéaires liés à cette polarisation, d’affiner la compréhension des phénomènes physiques dans les nanostructures multi-résonantes, et d’optimiser une structure ayant une efficacité de 0.1 W/W² en différence de fréquence dans l’infrarouge. La conception d’un échantillon a permis de valider les propriétés résonantes, ainsi qu’une démonstration expérimentale de génération de second harmonique.

Nano-antennas are nanostructured componentscapable of concentrating light in subwavelengthvolumes, exalting the electric field by severalorders of magnitude. This is particularly interestingfor the generation of nonlinear effects, which dependon the powers of the incident electric field. Actually,the second order non-linear effects, which allowfrequency conversion phenomena, such as secondharmonic generation (SHG), or difference frequencygeneration (DFG), depend on the square of the electricfield. Thus, if we include a nonlinear crystal in anano-antenna, we can significantly enhance these effects.The objective of this thesis is thus to designnano-antennas that can efficiently generate secondorder nonlinear effects. Such devices could be appliedto the creation of new sources for infrared spectroscopy.The thesis work ranges from electromagnetic modellingof nonlinear effects in nanostructures to experimentaldemonstration. The modelling of nonlinear polarizationgenerated along the optical axis has beendeveloped using a B-Spline modal method for linearcalculations. This model has allowed to simulate thenonlinear effects related to this polarization, to refinethe understanding of physical phenomena in multiresonantnanostructures, and to optimize a structurewith an efficiency of 0.1W/W² in difference frequencygeneration in the infrared. The design of a sample allowedthe validation…

Advisors/Committee Members: Haïdar, Riad (thesis director), Bouchon, Patrick (thesis director).

▼ This work aims to analyse the phenomenon of contemporary narrative journalism in the Peruvian context through the perspective of the literary theory of narratology, according to the definition and the framework introduced by Gérard Genette. In particular, the research consists in mapping the Peruvian productions on narrative journalism and compose a corpus of texts written and published in the XXI century in order to point out narrative journalism's peculiar features and structures and evaluating it as an autonomous literary genre within the paradigm of non fiction contemporary literature. The thesis is composed by tree chapters: the first one presents the narrative journalism production and protagonists in Peru and the literary corpus; the second one focus on the previous studies about the intersections between journalism and literature and the Latin American narrative journalism traditions in context like Argentina, Mexico and Peru; and the third and last one is dedicated to the exploration of the Genettian theory and its application to the textual analysis of the Peruvian contemporary narrative journalism corpus. Advisors/Committee Members: tutor: E. Perassi, coordinatore: G. Iamartino, PERASSI, EMILIA, IAMARTINO, GIOVANNI.

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Les sources de paires de photons corrélés sont des composants clés nécessaires aux réseaux de télécommunications quantiques. Réaliser directement ces sources à partir de fibres optiques permet de minimiser les pertes d'insertion. Nous proposons de concevoir une telle source à partir d'une fibre optique étirée. La fibre étirée possède un diamètre pouvant descendre à moins de 500 nm sur une longueur de quelques centimètres. Le faible diamètre de la section étirée favorise les effets non linéaires, tandis que les sections non étirées permettent de connecter avec de très faibles pertes cette fibre étirée avec les fibres des réseaux de télécommunication.Dans cette thèse, nous présentons donc une conception d’une nouvelle source de photons corrélés totalement fibrée à base de fibres standard de télécommunications (SMF28) étirées. Pour produire ces paires de photons nous utiliserons la fluorescence paramétrique due à la brisure de symétrie à la surface de la nanofibre en silice.Nous avons développé une technique de mesure par microscopie optique, qui permet de mesurer tout le profil de la fibre étirée avec une résolution nanométrique bien au-delà de la limite de diffraction.En parallèle, nous avons modélisé la susceptibilité non linéaire de surface de second ordre en prenant en compte l’aspect vectoriel de la propagation du champ optique dans une microfibre à deux ou trois couches. Dans un second temps, nous définissons les accords de phase modaux qui sont nécessaires pour l’obtention d’une forte fluorescence paramétrique. Nous dimensionnons cette nanofibre pour une bonne optimisation de l’efficacité de génération des paires. L'ensemble du processus de création de photons sera modélisé.

Sources of correlated photon pairs are key components required for quantum telecommunications networks. Implementing these sources directly with optical fibers minimizes the insertion losses. We propose to design such a source from a tapered optical fiber.The tapered fiber has a diameter lower than 500 nm over a length of a few centimeters. The small diameter of the tapered section favors the non-linear effects, while the unstretched sections make it possible to connect this tapered fiber with the fibers of the telecommunication networks with very low losses.In this thesis, we present a design of a new source, fully fibered of correlated photons based on standard telecommunications tapered fibers (SMF28). To produce these pairs of photons we will use the parametric fluorescence due to symmetry breaking at the surface of a silica nanofiber.We have developed an optical microscopy measurement technique to measure all the profile of tapered fibers with nanometer resolution far beyond the diffraction limit.In parallel, we modeled the second-order nonlinear surface susceptibility by taking into account the vector aspect of the propagation of the optical field in a two or three-layered microfiber. In a second step, we define modal phase matchings that are necessary to obtain a strong parametric fluorescence. We size this nanofiber for a good…

Advisors/Committee Members: Pauliat, Gilles (thesis director).

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Le présent travail visait à développer et à étudier une nouvelle méthode de fabrication des guides d'onde, « High Index Soft Proton Exchange » (HISoPE) , qui permet de réaliser des guides d'onde très confinés (dne = 0,1). Des caractérisations en génération d’harmonique localisée ont montré que les propriétés non linéaires de ces guides ne sont pas détruites mais les guides HISoPE réalisés sur coupe Z peuvent présenter des modes ayant des pertes élevées. Ces pertes peuvent être éliminés en utilisant des bains plus acides pour l’échange, mais cela implique des déformations plus importante dans les guides d'onde canal et la nature hybride des modes propageant. Dans le cadre du projet PhoXcry, nous avons essayé de réaliser un modulateur électro-optique très efficace en combinant des cristaux photoniques et des guides HISoPE sur coupe X. Dans les meilleurs guides d'onde fabriqués sur coupe X, les pertes à la propagation, expliquées par la nature hybride des modes sont de 1.75dB/cm, mais dans les guides d'ondes nanostructurés il n’a pas été possible d’identifier clairement une bande interdite photonique. HISoPE en combinaison avec l’échange inverse (Reverse Proton Exchange, RPE) a montré un grand potentiel pour la fabrication de guides d'onde enterrés. Dans une expérience de SHG et malgré des pertes élevées de 2dB/cm, nous avons pu estimer une efficacité de conversion de 160%/W*cm2. Un comportement du coupleur directionnel a été observé dans les guides d'onde enterrés fabriqué en raison d’une cinétique RPE différente dans les différentes parties du guide d'onde. Un développement ultérieur de la méthode HISoPE + RPE devrait permettre d'améliorer la qualité des guides enterrés.

The present work aimed to develop and to study a new method of waveguide fabrication, High Index Soft Proton Exchange (HISoPE), which allows realizing highly confining waveguides in LiNbO3 (dne=0.1). Characterizations by localized SHG experiments, showed that the nonlinear properties of the HISoPE waveguides are not destroyed, but modes with high propagation loss were observed for planar HISoPE waveguides on Z-cut wafers. These losses can be eliminated by performing the exchange in more acidic bath, but this results in more important deformations in channel waveguides and in the hybrid nature of the propagating modes. In the frame of the project PhoXcry, we tried to realize a highly efficient electro-optical modulator by combining photonic crystals and HISoPE waveguides on X-cut wafers of LiNbO3. The losses of the waveguides fabricated on X-cut, attributed to the hybrid nature of the propagating modes, were estimated to be around 1.75dB/cm. The nanostructured waveguides exhibited high losses and it was not possible to identify clear optical band gap. HISoPE in combination with reverse proton exchange (RPE) showed a great potential for buried waveguide fabrication. We used them in a SHG experiment and despite elevated losses of 2dB/cm, the conversion efficiency was estimated as high as 160%/W*cm2. A directional coupler behavior was observed in the…

Advisors/Committee Members: De Micheli, Marc (thesis director).

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L’optique intégrée sur verre est une technologie mature dont les nombreuses applica-tions vont des télécommunications optiques aux capteurs. L’amélioration constante des per-formances des dispositifs réalisés est basée sur une densification des fonctions et donc uneréduction des dimensions des guides d’onde ainsi qu’une augmentation de la densité de puis-sance que ceux-ci transportent. Dans ce travail, nous avons donc étudié les performancesultimes de la technologie de l’échange d’ions argent/sodium sur verre en matière de confi-nement et de longueur de propagation. En particulier, dans le cas de la génération d’effetsnon-linéaires, nous avons mis en évidence la nécessité de trouver un compromis entre ces deuxaspects. Nous démontrons alors que les performances des guides d’onde obtenus par échanged’ions argent/sodium sont intrinsèquement limitées par les pertes optiques attribuées à laprésence d’argent métallique. Ceci se traduit par la présence d’un seuil d’endommagementà fortes densités de puissances. Pour dépasser cette limitation nous avons proposé et ini-tié alors un changement radical de technologie dont nous présentons les premiers résultatsobtenus par échange thallium/sodium sur un verre spécifiquement développé.

Glass integrated optics is a key enabling technology which applications range from opticaltelecommunications to sensors. The steady improvement of devices performances is sustainedby an increasing functions density and thus smaller waveguides supporting higher powerdensities. In this work we investigate the ultimate performances in terms of confinementand propagation length of the silver/sodium ion-exchanged waveguides fabricated on glasstechnology. In particular, a trade-off between these two features has been highlighted inthe case of nonlinear effects. We then demonstrate that the performances of silver/sodiumion-exchanged waveguides are mainly limited by optical losses introduced by metallic silveraggregates even for buried low-losses waveguides. Hence the waveguides exhibit a damagethreshold for high power densities. To overcome this limitation a major technology changehas been initiate and we present the first results obtained by thallium/sodium ion exchange.

Advisors/Committee Members: Broquin, Jean-Emmanuel (thesis director), Bastard, Lionel (thesis director).

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La surveillance globale de l’atmosphère et de la pollution de l’air est devenue un enjeu majeur ces dernières années afin d’estimer les conséquences des activités humaines sur notre environnement. Au cours de ces travaux de thèse, l’objectif a été de développer deux instruments LIDARs en détection directe basés sur des émetteurs multi-longueurs d’onde et multi-espèces mettant en œuvre des sources paramétriques optiques innovantes basées sur la technologie NesCOPO (nested cavity optical parametric oscillator) afin de répondre à deux applications : le suivi de la qualité de l’air sur sites industriels et le suivi des gaz à effet de serre depuis l’espace. Un premier instrument multi-espèces a été développé dans le cadre du suivi de la qualité de l’air sur sites industriels, dans la gamme spectrale 3,3 à 3,8 µm, et dédié à des mesures de concentrations moyennes le long de la ligne de visée pour des portées de l’ordre de la centaine de mètres. Une démonstration du potentiel multi-espèces de l’instrument a été réalisée en mesurant simultanément les concentrations en méthane et en vapeur d’eau atmosphériques. A partir d’une source optique existante dédiée à la mesure du dioxyde de carbone seul, un second émetteur multi-longueurs d’onde et multi-espèces a été développé dans une gamme spectrale autour de 2 µm. Son potentiel pour la mesure des gaz à effets de serre depuis l’espace a été étudié En particulier, nous avons démontré que cet émetteur permet de mesurer trois gaz atmosphériques : CO2, H2O et CH4. Une architecture globale d’instrument intégrant cet émetteur a été proposée, afin de réaliser des mesures résolues spatialement, avec des portées de quelques km. De plus, un code de simulation a été développé pour estimer les performances de cet instrument en détection directe.

Atmospheric global monitoring and air quality are major environmental concerns. Global monitoring of some trace and green-house gases would help to understand the consequences of human activities on our environment. The aim of this work is to develop two multi-wavelengths and multi-species direct detection lidar instruments, based on the same laser transmitter baseline approach - an innovative parametric source, the Nested Cavity optical parametric oscilator-and to target two applications: the monitoring of air quality on industrial sites and the monitoring of greenhouse gases from space. The first instrument was designed for industrial plant monitoring applications, in the 3.3-3.8µm, and allows the measurement of multi-species mean concentrations along the line of sight, over a range of around a hundred meters. This instrument was implemented for simultaneous measurements of atmospheric methane and water vapour.The second instrument targets the green-house gases measurement from space applications. In this frame, a new multi-wavelengths and multi-species emitter was developed at 2 µm for space applications. We have demonstrated that this new emitter could address three species: carbon dioxide, water vapor and methane, and studied his potential for…

Advisors/Committee Members: Pelon, Jacques (thesis director).