Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Interférométrie à dérive de fréquence“

La technique de l’amplification à dérive de fréquence a donné accès à la production d’impulsions lumineuses ultra-courtes, quelques femtosecondes, et ultrapuissantes, plusieurs dizaines de pétawatts, ouvrant le champ à de nombreuses applications. Nous fournissons ici quelques informations historiques et présentons les fondements de la technique.

Il y a un avant et un après l’article publié en 1985 par Donna Strickland et Gérard Mourou [1] faisant la démonstration de l’amplification par dérive de fréquence (CPA pour Chirped pulse amplification). Le présent dossier de Reflets de la physique a pour but de donner une vue d’ensemble de cette technologie et de ses différentes implications. Le principe de l’amplification par dérive de fréquence est d’abord présenté, avec son développement dans le monde des lasers. Ensuite, sont décrites les applications industrielles relatives au micro-usinage et à l’ophtalmologie, qui concernent les intensités moyennes (1013 - 1014 W cm-2). Les applications à la recherche couvrent les intensités plus fortes (1014 - 1018 W cm-2), qui permettent la génération d’impulsions ultra-courtes et de sources nouvelles de photons et de particules, jusqu’à la ultra-haute intensité (1018 - 1022 W cm-2 et au-delà...) et les lasers multipétawatts.

RESUMELe polymorphisme de la caséine a, a été étudié en race Poitevine, dans les7 élevages au contrôle laitier, sur 388 chèvreset 28 boucs présents en décembre 1993. Chez les chèvres, la fréquence des allèles “forts”en caséineas, est de 0,04 pour A, de 0,36 pour B et de 0,01 pour l'allèle C présent dans un seul élevage; la fréquence de l'allèle “intermédiaire” E est de 0,48 et celle de l'allèle “faible” F de 0,11. Cette race de petit effectif, traditionnellement élevée pour ses qualités fromagères dans la région Poitou-Charentes, se caractérise par une fréquence élevée du variant B, et l'existence de 3 allèles de type B (B1,B2 et B3). L'allèle B, le plus fréquent (q =0,21) est l'allèle originel de l'espèce caprine, donc le niveau“fort”(Grosclaude et al., 1994), ce qui confirme l'ancienneté de la race Poitevine. Chez les boucs les fréquences sont peu différentes, mais les risques de dérive génétique sont importants chez les éleveurs utilisant 1 ou 2 boucs et dans le cas d'IA avec un nombre limité de boucs.

La biofiltration est une technologie compacte, efficace pour le traitement des effluents urbains, et bien implantée en France et dans le monde. Certaines installations sont toutefois régulièrement touchées par un colmatage irréversible nécessitant des interventions lourdes pour rétablir la capacité de traitement. Compte tenu de la multiplicité des causes possibles et du caractère dynamique du fonctionnement des installations, détecter la dérive vers le colmatage irréversible nécessite une très bonne connaissance des processus, du dimensionnement, de l’historique de fonctionnement et des limites d’exploitation des installations. Le travail présenté ici propose une méthode systématique d’analyse multicritère des données de fonctionnement d’une installation de biofiltration en vue de maîtriser les étapes menant au colmatage sans atteindre le stade irréversible. Il définit les descripteurs à suivre et leur fréquence de détermination, et présente la méthode de définition de l’état de référence auquel les conditions de fonctionnement doivent être comparées. Cette méthode est illustrée avec des données couvrant une période de plus de deux ans de suivi d’une installation réelle. Nous avons montré que l’analyse de la survenue du colmatage irréversible et la détermination des causes possibles peuvent être réalisées à partir de l’analyse minutieuse des charges hydrauliques, des charges volumiques en demande chimique en oxygène (DCO) et en matières en suspension (MES), des concentrations de l’eau à traiter à l’entrée de la biofiltration et de la fraction biodégradable, de la durée de filtration, ou encore à travers l’analyse des conditions de fonctionnement du traitement primaire en intégrant l’impact des retours et plus particulièrement les eaux de lavage des biofiltres. La méthode s’appuie également sur des critères créés spécifiquement pour confirmer et situer le colmatage irréversible dans le temps, tels que les pertes de charge et le volume de vide (porosité) au début d’un cycle de filtration (après lavage). La prédiction et la prévention de la survenue d’un colmatage irréversible par cette méthode permettent l’amélioration des performances épuratoires, la fiabilité du fonctionnement de la biofiltration et donc la réduction des coûts d’exploitation et de l’impact environnemental.

Cet article rappelle les notions et principes relatifs aux anomalies génétiques dont on observe régulièrement des émergences dans les populations animales d’élevage. Ces anomalies proviennent de mutations naturelles et certaines d’entre elles voient leur fréquence augmenter du fait principalement de la dérive génétique, parfois de la sélection. Lorsqu’elles sont dominantes, elles sont généralement rapidement contre-sélectionnées et tendent à disparaître. Mais lorsqu’elles sont récessives, les cas observables ne représentent qu’une toute petite fraction des individus porteurs. On définit généralement les anomalies génétiques comme des syndromes monogéniques. Toutefois, cette règle a beaucoup d’exceptions, soit parce que l’anomalie se révèle plus complexe qu’initialement supposé, soit parce que le syndrome présente une variabilité phénotypique due à des gènes modulateurs. Les anomalies récessives sont principalement dues à des mutations de type perte de fonction, tandis que les mutations dominantes résultent souvent d’interactions entre gènes ou entre protéines, ou de l’altération d’un gène répresseur. Les anomalies cytogénétiques conduisent à des phénotypes anormaux généralement différents entre types de caryotypes déséquilibrés. Enfin, les anomalies présentent parfois des déterminismes particuliers, par exemple dans le cas de gènes portés par les chromosomes sexuels ou soumis à empreinte parentale.

Une série d'images satellitaires Spot couvrant la période 1997-2009 (base Kalideos Littoral) est exploitée dans l'optique de caractériser l'évolution interannuelle du littoral sableux au sud du Bassin d'Arcachon. Un algorithme semi-analytique reposant sur les propriétés optiques des eaux et des petits fonds a été calibré et validé par des données in situ etappliqué à la série d'images pour produire des spatiocartes bathymétriques. Les observations indiquent une très forte connectivité entre les grands bancs de l'embouchure (Banc d'Arguin et Banc du Pineau) et les barres sous-marines des plages de par la relation « amont-aval » induite par la dérive littorale. Une séquence de 5 ans (1999-2004) a étéconstatée débutant par la dislocation du Banc d'Arguin, la migration d'énormes bancs de sable à travers la Passe Sud, conduisant à une alimentation massive du Banc du Pineau et des structures sous-marines des plages. En outre, la fréquence et l'incidence des houles de tempête contrôlent l'intensité et la direction des déplacements des barres sous-marines (migration cross-shore/longshore). Sur la période récente, cette mobilité se traduit notamment par la progression vers le sud de structures sableuses solidaires de la barre externe mais de plus faible profondeur, se déplaçant face à la plage de Biscarrosse actuellement suivie par des caméras vidéo.

La biofiltration est une technologie compacte et efficace pour le traitement des effluents urbains. Certaines installations sont régulièrement touchées par un colmatage irréversible, nécessitant une opération curative pour retrouver sa capacité de traitement. Une première enquête menée en 2007 avait évalué l’ampleur du colmatage des biofiltres, et sensibilisé exploitants et concepteurs au phénomène. En 2018, une seconde enquête a réévalué l’ampleur du colmatage des biofiltres, a approfondi les causes et les moyens de détection de ce phénomène. Nous avons consulté les 128 biofiltres existants sur le territoire national ainsi que quelques installations d’autres pays européens, afin de collecter des données de construction et d’exploitation de différentes technologies (Biofor, Biostyr, Biolest, Biopur) fonctionnant dans différentes configurations. Nous avons également recueilli les informations concernant les cycles de lavage et la fréquence observée des colmatages irréversibles. Le taux de réponse a été de 33% donnant un échantillon de réponse représentatif du parc de biofiltres français. Nous avons montré que le colmatage irréversible semble en régression et touche principalement les installations en première étape de traitement (après le décanteur primaire). Le risque de colmatage irréversible est important au-delà de 5,8 kg de demande chimique en oxygène (DCO)/m3 matériau/cycle de filtration et de 2,1 kg de matières en suspension (MES)/m3 matériau/cycle. Néanmoins, il est également important pour des charges volumiques inférieures dans le cas d’effluents très organiques (ratios DCO/MES > 3,2), lié à une accumulation importante de biomasse malgré la faible charge en matières en suspension appliquée. L’étude a permis d’énoncer et de hiérarchiser des règles d’exploitation comprenant des indicateurs de dérive vers le colmatage irréversible, ainsi que des moyens de lutte préventifs et curatifs.

LISA (Laser Interferometer Space Antenna) est un interféromètre spatial dédié à la détection des ondes gravitationnelles dans la gamme de fréquence [20 µHz-1 Hz], actuellement en développement (phase B). Ce projet international géré par l'ESA sera composé d'une constellation de trois satellites en formation triangulaire, chacun d'entre eux émettant deux faisceaux laser vers les deux autres satellites. Il y a donc au total 6 liens laser, et 6 unités, appelées MOSA (Moving Optical Sub-Assembly) chargées d'émettre et de recevoir les faisceaux, et de réaliser la mesure des variations de distance inter-satellites. Chaque MOSA contient trois interféromètres hétérodynes, et comme dans tout dispositif optique la lumière parasite peut compromettre l'exactitude, la résolution ou encore la dynamique des mesures.Il est donc nécessaire d'élaborer une instrumentation (appelé le SL-OGSE, Stray Light-Optical Ground Support Equipment) pouvant détecter et identifier les contributions de lumière parasite cohérente interférant avec les faisceaux nominaux du dispositif. Il devra répondre notamment à deux exigences : déterminer le chemin optique de la lumière parasite avec une résolution meilleure que 2 mm, donnant une précision de 1 mm sur la position du composant défectueux, et atteindre un plancher de mesure en amplitude optique fractionnaire de 1,1.10-6 (ou 2,2.10-6 en amplitude fractionnaire électrique) dans la gamme de chemins optiques à couvrir.La méthode qui a été retenue est l'interférométrie à dérive de fréquence (FMCW, Frequency Modulated Continuous Wave) en injectant un laser à balayage de fréquence dans le système sous test. Les signaux optiques et électriques sortants sont capturés pendant le balayage de fréquence optique, et toute modulation de ces signaux sera attribuée à l'existence d'une amplitude de lumière parasite, qui interfère avec l'amplitude de lumière nominale. La différence de chemin optique (DCO) entre la lumière parasite et le faisceau nominal est déduite de la fréquence de ces franges d'interférence. C'est en exploitant la valeur de la DCO qu'on peut identifier le trajet suivi par la lumière parasite, et remonter au composant fautif.La thèse vise donc à développer un prototype de cette instrumentation comprenant essentiellement une diode laser balayable sur 2 nm (pour atteindre la résolution désirée en DCO), une boucle d'asservissement en phase du laser, une mesure précise de la rampe en fréquence, un calibrateur temps réel de la rampe et un système d’acquisition et de traitement de données.Ce prototype, testé d'abord sur un montage simplifié où nous contrôlons la présence de lumière parasite puis sur un système complexe proche du MOSA, aura permis entre autres de vérifier que la méthode fonctionne pour la détection de tout type de lumière parasite, qu'elle soit de type faisceau parasite ou de type lumière diffusée. La résolution permet d'enregistrer séparément les réflexions sur la face avant et arrière d'une lame de verre de 1 mm d'épaisseur et d'atteindre un plancher de détection meilleur que 10-6 en amplitude optique fractionnaire (10-12 en puissance optique fractionnaire) dans une gamme de valeurs de DCO allant de 15 mm à plus de 10 m, qui couvre les trajets typiques de la lumière parasite dans le MOSA. Le prototype a finalement été utilisé pour mesurer la lumière parasite dans un démonstrateur interférométrique dont la complexité est voisine de la complexité d'un MOSA. Ce test a notamment permis d'identifier certaines perturbations, telles que la modification, du fait du balayage en fréquence, de la polarisation du faisceau injecté, ou les imperfections du balayage en fréquence, qui affectent les signaux optiques enregistrés. Des stratégies sont proposées afin de réduire ces perturbations, ou encore d'en tenir compte au moment du traitement des signaux enregistrés
LISA (Laser Interferometer Space Antenna) is a space interferometer dedicated to the detection of gravitational waves in the frequency range [20 µHz-1 Hz], currently under development (phase B). This international project, managed by ESA, will comprise a constellation of three satellites in a triangular formation, each emitting two laser beams towards the other two. There are therefore a total of 6 laser links, and 6 units, called MOSA (Moving Optical Sub-Assembly) responsible for transmitting and receiving the beams, and for measuring inter-satellite distance variations. Each MOSA contains three heterodyne interferometers, and as with any optical device, stray light can compromise measurement accuracy, resolution and dynamics. It is therefore necessary to develop an instrumentation (called the SL-OGSE, Stray Light-Optical Ground Support Equipment) capable of detecting and identifying the contributions of coherent stray light interfering with the device's nominal beams. It will have to meet two requirements in particular: determine the optical path length of the stray light with a resolution better than 2 mm, giving an accuracy of 1 mm on the position of the faulty component, and achieve a measurement floor in fractional optical amplitude of 1,1.10-6 (or 2,2.10-6 in electrical fractional amplitude) in the range of optical paths to be covered.The chosen method is frequency-drift interferometry (FMCW, Frequency Modulated Continuous Wave) by injecting a frequency-swept laser beam into the system under test. The outgoing optical and electrical signals are captured during the optical frequency sweep, and any modulation of these signals will be attributed to the existence of a stray light amplitude, which interferes with the nominal light amplitude. The optical path difference (OPD) between stray and nominal light is deduced from the frequency of these interference fringes. It is by exploiting the OPD value that we can identify the path followed by the stray light, and trace it back to the offending component.The aim of this thesis is to develop a prototype of this instrumentation, comprising a laser diode that can be scanned over 2 nm (to achieve the desired OPD resolution), a laser phase-locked loop, a precise frequency ramp measurement, a real-time ramp calibrator and a data acquisition and processing system.This prototype, tested first on a simplified set-up where we control the presence of stray light, then on a complex system close to the MOSA, has enabled various verifications. The method works for the detection of any type of stray light (stray beam or scattered light type), effectively resolving the contributions from the two sides of a 1mm glass plate and achieving a detection floor below 10-6 in fractional optical amplitude (below 10-12 in fractionnal optical power) in a range of OPD values from 15 mm to over 10 m, covering typical stray light paths in the MOSA. The prototype was finally used to measure stray light in an interferometric demonstrator whose complexity is close to that of a MOSA. This test enabled us to identify certain disturbances, such as changes in the polarization of the injected beam due to the frequency scanning, or imperfections in the frequency scanning, which affect the optical signals recorded. Strategies are proposed to reduce these disturbances, or to take them into account when processing the recorded signals

La compréhension des réactions biochimiques qui se d'eroulent au sein des protéines est un enjeu fondamental de la biologie actuelle. Dans ce travail, nous nous sommes principalement intéressés aux premières étapes de ces réactions, qui se produisent à l'échelle de la centaine de femtosecondes. Traditionnellement, l'étude de ces premières étapes se fait à l'aide d'impulsions ultracourtes dans le domaine visible ou ultraviolet : ces impulsions font passer la molécule sur un état électronique excité, ce qui permet de déclencher la réaction étudiée de manière ultrarapide et très efficace. Dans ce travail, nous avons exploré une nouvelle voie d'excitation des molécules biologiques : nous avons utilisé des impulsions infrarouges, de manière à placer l'énergie directement dans les vibrations de la molécule. Cette technique permet théoriquement d'explorer la surface de potentiel de la protéine loin de sa région harmonique, et même d'approcher l'état de transition de la réaction catalysée par la protéine. Pour communiquer le plus d'énergie possible à la molécule, nous avons utilisé des impulsions infrarouges intenses et à dérive de fréquence qui permettent de gravir efficacement l'échelle vibrationnelle considérée. Dans une première étape, nous avons engendré des impulsions infrarouges intenses dont l'énergie est de quelques microjoules et le spectre s'étend sur 170 cm−1 environ. Nous avons ensuite caractérisé ces impulsions par diverses méthodes : nous avons notamment mesuré leur phase spectrale au moyen d'une technique HOT SPIDER, ce qui constitue la première mesure de phase spectrale autoréférencée pour des impulsions centrées autour de 10 μm. Dans une seconde étape, nous avons utilisé ces impulsions infrarouges pour exciter la vibration d'une molécule de CO liée à la myoglobine, puis à l'hémoglobine. Dans ce dernier cas, nous avons démontré l'ascension vibrationnelle de la molécule de CO jusqu'au 7ème niveau excité : nous avons ainsi réalisé la première expérience d'ascension vibrationnelle dans une molécule biologique ou plus généralement dans une macromolécule. Cette technique d'excitation nous a permis d'obtenir des données spectroscopiques nouvelles sur la carboxy-hémoglobine telles que la position et la largeur des raies d'absorption des différentes transitions vibrationnelles, les temps de vie des niveaux excités ainsi que la presence d'une anharmonicité électrique importante.

La compréhension des réactions biochimiques qui se déroulent au sein des protéines est un enjeu fondamental de la biologie actuelle. Dans ce travail, nous nous sommes principalement intéressés aux premières étapes de ces réactions, qui se produisent à l'échelle de la centaine de femtosecondes. Traditionnellement, l'étude de ces premières étapes se fait à l'aide d'impulsions ultracourtes dans le domaine visible ou ultraviolet : ces impulsions font passer la molécule sur un état électronique excité, ce qui permet de déclencher la réaction étudiée de manière ultrarapide et très efficace.
Dans ce travail, nous avons exploré une nouvelle voie d'excitation des molécules biologiques : nous avons utilisé des impulsions infrarouges, de manière à placer l'énergie directement dans les vibrations de la molécule. Cette technique permet théoriquement d'explorer la surface de potentiel de la protéine loin de sa région harmonique, et même d'approcher l'état de transition de la réaction catalysée par la protéine. Pour communiquer le plus d'énergie possible à la molécule, nous avons utilisé des impulsions infrarouges intenses et à dérive de fréquence qui permettent de gravir efficacement l'échelle vibrationnelle considérée.

Dans une première étape, nous avons engendré des impulsions infrarouges intenses dont l'énergie est de quelques microjoules et le spectre s'étend sur 170 cm-1 environ. Nous avons ensuite caractérisé ces impulsions par diverses méthodes : nous avons notamment mesuré leur phase spectrale au moyen d'une technique de HOT SPIDER temporel, ce qui constitue la première mesure de phase spectrale autoréférencée pour des impulsions centrées autour de 10 µm.

Dans une seconde étape, nous avons utilisé ces impulsions infrarouges pour exciter la vibration d'une molécule de CO liée à la myoglobine, puis à l'hémoglobine. Dans ce dernier cas, nous avons démontré l'ascension vibrationnelle de la molécule de CO jusqu'au 7ème niveau excité : nous avons ainsi réalisé la première expérience d'ascension vibrationnelle dans une molécule biologique ou plus généralement dans une macromolécule. Cette technique d'excitation nous a permis d'obtenir des données spectroscopiques nouvelles sur la carboxy-hémoglobine telles que la position et la largeur des raies d'absorption des différentes transitions vibrationnelles, les temps de vie des niveaux excités ainsi que la présence d'une anharmonicité électrique importante.

Ce mémoire de thèse traite du contrôle et de la mise en forme des fronts de phase et d'énergie d'impulsions lasers brèves ultra-intenses.
La première partie est consacrée à la conception et la réalisation d'une boucle d'optique adaptative pour la correction des distorsions de surface d'onde sur la chaîne laser de puissance 100 Térawatts du Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses. Cette boucle repose sur l'utilisation d'un dispositif à cristaux liquides comme modulateur de phase et d'un interféromètre à décalage comme senseur de front d'onde. L'association de ces deux dispositifs a permis la construction d'un système innovant de mesure et mise en forme de la surface d'onde d'impulsions lasers ultra-intenses. Il est démontré qu'il permet de corriger une surface d'onde présentant d'importantes distorsions et ainsi améliorer grandement la qualité de focalisation de faisceaux lasers. Cette boucle d'optique adaptative a été testée avec succès sur la chaîne 100 Térawatts et une correction de la surface d'onde de l'ordre de 60% a ainsi pu être démontrée.
La seconde partie du mémoire traite de la mise en forme d'une impulsion laser inhomogène brève permettant le pompage du milieu à gain (un plasma) d'un laser à rayons X. L'idée consiste à jouer sur le parallélisme du système de compression d'impulsions utilisé en fin de chaîne 100 Térawatts. Un modèle expliquant la génération d'une impulsion inhomogène laser brève à l'aide de ce compresseur à réseaux de diffraction est développé. Une campagne expérimentale Laser X a notamment permis de valider les prédictions théoriques annoncées par ce modèle et a montré la nécessité d'utiliser une telle impulsion inhomogène afin d'obtenir une émission laser X lorsque le pompage s'effectue par impulsion brève.

Dans le cadre d'études menées autour du programme PETAL, nous avons développé de nouvelles architectures pour la pré-amplification d'impulsions par amplification paramétrique optique à dérive de fréquence (OPCPA). Dans ce travail, nous considérons l'OPCPA comme un moyen de contrôle et de mise en forme des impulsions. Nous suggérons trois architectures lasers qui aspirent chacune à répondre à des défauts de la technique OPCPA ou des chaînes dédiées à la FCI. Ainsi, nous pallions un possible défaut de recouvrement temporel entre les impulsions pompe et signal, lequel induit une mauvaise extraction d'énergie lors du processus paramétrique. Dans ce cadre, nous avons démontré qu'une cavité régénérative OPCPA, résonnante sur l'onde complémentaire, permet d'optimiser l'amplification. Au-delà ce système permet de produire un train de répliques amplifiées de l'onde signal. Notre second montage vise à pré-compenser le rétrécissement spectral par le gain en façonnant les impulsions signal au niveau de l'étage OPCPA dans les domaines spatial et spectral. Nous avons démontré que ceci pouvait être réalisé en mettant en forme temporellement et spatialement le faisceau pompe. Enfin, nous proposons un OPCPA basé sur l'adressage spatial et l'amplification uniforme des composantes spectrales dans un cristal à polarisation périodique de type éventail.

Dans le but d'étendre la plage d'utilisation des instruments à peignes de fréquence en les rendant plus polyvalents, les travaux de cette thèse présentent des solutions à deux limitations fondamentales liées à leur utilisation : le rapport cyclique de mesure utile et la bande optique limitée, et parfois non disponible, des sources lasers utilisées. La première limitation provient du fait que dans un interféromètre à peignes, la plage de l'interférogramme mesurée est fixée par le taux de répétition des peignes. Ainsi, lorsqu'une plage plus petite est nécessaire, du temps de mesure est perdu et l'utilisation de l'instrument n'est plus optimale. La solution qui est proposée est d'utiliser seulement un peigne, mais dans une configuration où l'échantillonnage optique est réalisé en variant la longueur de la cavité laser. Ensuite, pour démontrer comment la deuxième limitation peut être contournée, des peignes générés de manière non linéaire par doublage de fréquence sont utilisés pour développer un interféromètre référencé à peignes doublés. Afin d'extraire des mesures précises avec les interféromètres à peignes, le battement entre les peignes doit être référencé. Dans les travaux de cette thèse, un système de référencement optique développé pour les interféromètres à peignes est adapté aux deux instruments proposés. Dans le cas de l'interféromètre à peignes doublés, un système de référencement fonctionnant à la fréquence fondamentale des peignes est démontré. Pour évaluer les performances des instruments développés dans ces travaux, des mesures précises de l'absorption du cyanure d'hydrogène, du rubidium, de l'oxygène et de l'acétylène sont présentées, incluant des mesures moyennées sur quelques heures par un système de correction et de moyennage en temps réel.

La thématique de recherche de cette thèse est l'amplification paramétrique optique d'impulsions à dérive de fréquence (OPCPA). Il s'agit d'une technique prometteuse pour l'amélioration de la qualité des impulsions laser ultra courtes et intenses, qui vise à remplacer les pré-amplificateurs traditionnels des lasers à base de Saphir dopé au Titane, car elle possède de nombreux avantages vis-à-vis de ceux-ci, parmi lesquels l'absence de rétrécissement spectral par le gain. Depuis quelques années, la technique OPCPA est utilisée dans de nombreux laboratoires français et étrangers, dans des chaînes laser de puissance élevée ou pour la génération d'impulsions ultra-courtes. Lors de cette thèse, les intérêts et les limites expérimentales de cette technique ont été étudiés afin de l'utiliser en tant qu'injecteur pour une chaîne laser de haute intensité. L'amplification paramétrique optique d'impulsions à dérive de fréquence est un phénomène d'optique non linéaire du deuxième ordre qui combine les technologies d'amplification paramétrique et d'amplification d'impulsions à dérive de fréquence. Une source de pompe optique intense et une source signal faible interagissent dans un cristal non linéaire, permettant ainsi l'amplification du signal et s'accompagnant de la génération d'une nouvelle onde dite " complémentaire ". Deux configurations permettant un accord de phase large bande correspondant à des impulsions très courtes ont été étudiés. La première configuration d'amplification paramétrique qui fut développée est non dégénérée et non colinéaire. Les faisceaux signal et pompe sont générés par deux sources laser indépendantes et la synchronisation temporelle entre faisceaux est externe. La deuxième configuration est quasi-dégénérée et quasi-colinéaire. Les faisceaux proviennent d'une même source laser et sont ainsi synchronisés de façon naturelle. La seconde géométrie d'interaction s'est avérée être la plus prometteuse pour les études souhaitées. Son développement fut poursuivi en réalisant un schéma d'amplification hybride dans lequel un amplificateur paramétrique est combiné à un amplificateur à multiples passages traditionnel. Le signal ainsi amplifié est alors re-comprimé temporellement par un ensemble de quatre prismes associés à un filtre acousto-optique à dispersion programmable. La qualité spatiale ainsi que celle du front d'onde de l'impulsion incidente sont conservées pendant l'amplification. Une énergie de 300 µJ et un gain supérieur à 105 ont été obtenus sans réduction de la largeur spectrale des impulsions incidentes. La durée des impulsions obtenue après re-compression temporelle fut de 35 fs. La mise en évidence des verrous technologiques par la réalisation expérimentale d'une telle source va ainsi permettre d'améliorer le dispositif dont les résultats prometteurs démontrent tout l'intérêt d'utiliser ce type de système pour l'amplification d'impulsions laser ultra-courtes.

Depuis près d'un siècle, les résonateurs à quartz à ondes de volume sont utilisés pour stabiliser les oscillateurs électriques. Cette longévité est due aux propriétés exceptionnelles du quartz et aux progrès constants de la technique. Pour les applications spatiales, il n'est généralement pas possible d'intervenir sur le composant. La dérive en fréquence doit alors être réduite et contrôlée sur des dizaines d'années. Cette variation systématique de la fréquence de résonance au cours du temps est due à l'évolution de plusieurs phénomènes physiques dont nous avons fait la synthèse et une analyse quantitative. Le premier de nos deux axes d'études porte sur l'étude des contraintes mécaniques dans la lame de quartz. Un travail bibliographique nous a permis d'étudier les spécificités de différentes formes de résonateur pour comprendre l'effet des contraintes mécaniques et les moyens de limiter la variation de fréquence induite. Les outils de modélisation actuels nous ont aidés à mettre au point une géométrie apportant une nette réduction de l'effet force-fréquence, confirmée par les mesures des premiers prototypes. L'autre axe d'étude est expérimental et porte sur un procédé essentiel communément appelé ''pré-vieillissement''. Les nombreuses contraintes de cette étude, telles que le temps, nous ont imposé une organisation méthodique de l'expérimentation. Ainsi, les plans factoriels fractionnaires nous ont permis de limiter les moyens techniques tout en obtenant les effets de chaque paramètre définissant le pré-vieillissement. Les résultats convergent vers la même conclusion que celle faite lors de l'étude quantitative des phénomènes physiques produisant le vieillissement.

Le mandat de ce mémoire est de vérifier la possibilité d'effectuer la spectroscopie d'une cellule de gaz HCN et d'une cellule de gaz méthane avec la technique d'interférométrie à l'aide de deux lasers indépendants sans l'auto référencement du battement 1f − 2f.L'approche choisie est d'analyser les spectres de fréquence obtenus à partir d'un double peigne stabilisé que l'on déstabilise en enlevant la boucle de contrôle des fCEO et de comparer ces spectres expérimentaux avec des spectres de référence provenant soit de la base de données HITRAN (cas du méthane) ou soit par une construction à partir de données expérimentales provenant du NIST (cas du HCN). Afin de pouvoir reconstruire adéquatement les spectres de fréquence, on utilise un algorithme d'autocorrection des interférogrammes (IGM) qui permet d'augmenter les temps de cohérence des IGM et ainsi d'étendre le temps de moyennage tout en conservant la résolution spectrale. Déjà utilisée pour des lasers stables à forts taux de répétition, son utilisation sur des lasers à taux de répétition beaucoup plus faible nécessite certaines modifications pour son bon fonctionnement. La première modification est l'ajout d'un prétraitement des données qui consiste par l'extraction de l'évolution des phases des signaux de battement à fopt et par la démodulation du signal contenant les IGM avec la combinaison extraite des phases. La seconde modification permet son utilisation sur de grandes quantités de données évitant ainsi des dépassements d'espace mémoire vive lors de l'exécution de l'algorithme sous MATLAB®. Les résultats obtenus avec le HCN démontrent que la spectroscopie à l'aide d'un double peigne de fréquences est possible lorsque la régulation des lasers s'effectue uniquement par l'asservissement des fopt et que le battement des peignes est prétraité et post-traité permettant ainsi de conserver la résolution spectrale. En ce qui concerne la spectroscopie du méthane, nos résultats montrent que le système interférométrique fonctionne seulement lorsque que la stabilisation du double peigne s'effectue par les asservissements du fCEO et du fopt. Toutefois, certaines modifications à notre système telles que : l'utilisation d'un laser CW à1650 nm au lieu de celui à 1550 nm ; l'ajout d'un second laser CW ou bien par la mesure de f r ou d'une harmonique permettraient d'obtenir une spectroscopie adéquate du méthane et cela sans utiliser l'autoréférencement des peignes.