Dissertations / Theses: 'Optique non linéaire Laser visible'

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Cassouret, Florent. "Synthèse et étude de cristaux oxydes laser et optique non linéaire pour des sources cohérentes émettant dans l’ultraviolet." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2022. http://www.theses.fr/2022UPSLC016.

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Abstract:

Les lasers émettant dans l’ultraviolet trouvent de nombreuses applications dans les domaines de la chirurgie médicale, de l’usinage ou de la microélectronique. Actuellement, le domaine ultraviolet est principalement couvert par des lasers à gaz, encombrants, appelés lasers à excimère. Mais les lasers solides UV basé sur des cristaux convertisseur de fréquence offrent une alternative extrêmement séduisante.Ces travaux de thèses s’articulent autour de deux axes : l’élaboration de cristaux oxydes dopés praséodyme en particulier l’ASL (Sr0.7La0.3Mg0.3Al11.7O19), le LGAGO (LaGa0.6Al0.4Ge2O7) et le CYAM (CaYAl3O7) pour obtenir une émission directe dans le visible. Le second axe concerne la croissance de matériaux non linéaires qui peuvent être utilisés pour convertir cette longueur d’onde visible en UV avec en particulier YAl3(BO3)4 (YAB) ou Ca5(BO3)3F (CBF).Concernant les matériaux dopés praséodyme, des monocristaux ont été obtenu par la méthode Czochralski ou par la méthode de la zone fondue puis leurs propriétés spectroscopiques ont été caractérisées (sections efficaces d’absorption et d’émission, temps de vie de fluorescence, …). Des émissions laser ont également été obtenues dans les domaine du rouge lointain (726 nm) du rouge (640 nm) et de l’orange (620 nm) avec des échantillons de Pr :ASL de très bonne qualité optique.S’agissant des matériaux non linéaires, une optimisation des conditions de croissance du CBF en flux LiF a permis d’obtenir des cristaux totalement transparents et présentant peu d’inclusions. Une étude a également été menée pour trouver de nouveaux candidats comme flux pour la croissance de ce matériau avec notamment SrF2.Pour la croissance du YAB, deux systèmes ont été étudiés : un premier à base du borate de lanthane LaB3O6 et un second à base du tungstate Li2WO4. Plusieurs cristaux de YAB de bonne qualité optique ont pu être obtenu par croissance TSSG avec ces flux
Ultraviolet emitting lasers have many applications in medical surgery, machining, or microelectronics. Currently, the ultraviolet domain is mainly covered by bulky gas lasers, called excimer lasers. However, solid-state UV lasers based on frequency converter crystals give an alternative path to those systems.This PhD thesis focused on two main topics: the growth of new praseodymium oxide hosts such as ASL (Sr0.7La0.3Mg0.3Al11.7O19), LGAGO (LaGa0.6Al0.4Ge2O7) and CYAM (CaYAl3O7) for visible light emission. The second topic is about the growth of nonlinear crystals which can convert this visible light into UV light such as YAl3(BO3)4 (YAB) or Ca5(BO3)3F (CBF).Pr3+ doped crystals were obtained using Czochralski or floating zone method and their spectroscopic properties were investigated (absorption and emission cross sections, fluorescence lifetime, …). Laser emissions in the deep red (726 nm), red (640 nm) and orange (620 nm) domains were obtained using Pr:ASL crystals with good optical quality.The optimisation of the growth parameters of CBF with LiF flux allows to obtain transparent crystal with only few inclusions. New fluxes for CBF growth were also studied such as SrF2.Two systems were investigated for the YAB growth: one based on lanthanum borate LaB3O6 and another based on Li2WO4. Several good quality crystals were obtained with this flux using TSSG method

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Lafond, Schultz Emmanuelle. "Etude d'une source laser multi-longueurs d'onde émettant dans le visible." Dijon, 2000. http://www.theses.fr/2000DIJOS047.

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Abstract:

Une source laser impulsionnelle émettant à 1. 34 μm est associée à des cristaux convertisseurs de fréquence pour générer les rayonnements rouge (λ= 0. 67 m) et bleu (λ= 0. 447 m). Superposés à un rayonnement laser vert produit par un Nd : YAG double en fréquence, ils permettent de réaliser l'hologramme en couleurs réelles d'un objet en mouvement. Des tests holographiques ont validé la bonne cohérence de ces rayonnements, et la bonne sensibilité spectrale des plaques holographiques. La source à 1. 34 μm est constituée d'un oscillateur et de trois amplificateurs Nd : YAP. Elle émet des impulsions de 50 ns de durée à mi-hauteur et de 300 mJ d'énergie. La largeur spectrale est de 250 MHz. Le faisceau est monomode transverse. Nd:YAP est choisi pour sa forte section efficace d'émission stimulée et ses bonnes propriétés thermiques, mécaniques et optiques. Le rayonnement rouge est généré par doublement de fréquence du rayonnement fondamental à 1. 34 m. Par accord de phase angulaire non critique de type I dans un cristal de LBO, les rendements de génération de second harmonique obtenus (67%) sont nettement supérieurs a ceux réalisés dans KTP (52. 5%), RTA (55. 4%) et dans KTP en compensation de walk-off (57%). Le rayonnement bleu est généré par somme de fréquence d'une fraction du rayonnement rouge et du fondamental. En accord de phase angulaire critique de type II, KTP est plus efficace que LBO : le rendement de conversion de tierce harmonique est de 27% dans KTP et 13% dans LBO. Ce rendement est optimum si le rendement de SHG est de 50%, et si le rapport des énergies (rouge/fondamental) est égal a 2/1. Pour 300 mJ d'energie a 1. 34 m, nous obtenons 90 mJ de rouge et 25 mJ de bleu. Nous proposons une optimisation de la chaine d'amplification de la source à 1. 34 μm pour produire 1 J à cette longueur d’onde, ce qui permettra de générer 250 mJ de rouge et 100 mJ de bleu.

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Mhibik, Oussama. "Développement des sources lasers solides continues, visibles et stabilisées en fréquence : une alternative aux lasers à colorants." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00656426.

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Abstract:

Le traitement de l'information quantique, en particulier celui utilisant les centres colorés du diamant et la manipulation cohérente des ions de terre rare incorporés dans des matrices solides (Pr3+, Eu3+) et la spectroscopie à ultra-haute résolution, nécessitent des sources accordables ayant une faible largeur de raie. Or, dans la gamme rouge-orange (570-635 nm) où les diodes lasers font défaut et les lasers solides restent très peu développés, les lasers à colorants sont actuellement les seules sources de rayonnement cohérent disponibles. En revanche, ce type de laser est assez complexe et difficile à stabiliser au niveau du kHz à cause des bruits à haute fréquence générés par le jet de colorant.Pour répondre aux besoins des expériences citées ci-dessus, cette thèse vise à proposer une alternative "tout solide" aux lasers à colorants en explorant différentes possibilités pour la construction d'une source stable émettant dans l'orange-rouge. Dans ce but, nous avons proposé deux solutions:1. La première consiste à développer des oscillateurs paramétriques optiques. Dans cette voie, nous avons développé un OPO simplement résonant à doublage de fréquence intra-cavité et stabilisé en frequence au niveau du kHz.2. La deuxième consiste en un laser à base de fluorures dopés au Pr3+pompé par diode.

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Sattayaporn, Suchinda. "Etude d'oxydes monocristallins et de céramiques transparentes dopés Pr3+ ou Nd3+ pour la réalisation de lasers visibles." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS257.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est l’étude de matériaux oxydes pour le développement de lasers solides, émettant en particulier dans le domaine visible. Nous nous sommes intéressés à des matériaux monocristallins et à des céramiques transparentes. Des ions Pr3+ ont été envisagés comme dopants en raison de leurs niveaux d’énergie adaptés pour des émissions directes (bleu, vert, orange, rouge et rouge foncé). En outre, des ions Nd3+ émettant dans le proche infrarouge, autour de 0.9 μm, ont été utilisés comme dopants afin de générer un laser bleu par un processus de conversion de fréquence. Nous avons ainsi préparé des matrices oxydes sous forme polycristalline pour des mesures de spectroscopie optique permettant de sélectionner les meilleurs matériaux. Des matrices d’oxyde à fusion congruente étudiées correspondent aux différentes familles comme suit : hexa-aluminate, mélilite, germanate, tungstate et sesquioxide. Les cristaux ont été élaborés par la méthode de Czochralski. En plus, certains matériaux cubiques a haut point de fusion comme Nd:Y2O3 et Nd:Y3Al5O12 ont été étudiés sous forme de céramiques transparentes de type classique ou composite. Nous avons ensuite caractérisé les propriétés physiques, optiques et spectroscopiques. Finalement, des émissions lasers dans le visible ont été démontrées en régime continu dans une cavité résonante de type plan-concave ou déplié (V). Pour les matériaux dopés Nd3+ et dopés Pr3+, nous avons obtenu l’effet lasers dans le visible avec les efficacités satisfaisantes. Les matériaux monocristallins: Pr:Sr1-xLaxAl12-xO19 et céramique composite Nd:Y3Al5O12 présentent un potentiel important pour le développement de lasers dans le domaine visible
This thesis is aimed to find efficient oxide based solid-state materials for the development of lasers, particularly in visible spectral regions. We focused on Pr3+ and Nd3+ luminescent ions, doped in oxide-based hosts. Pr3+ ions are suitable for direct visible emissions in various regions, whereas the emission of Nd3+ ions in near infrared around 0.9 μm can be converted into blue laser by Second Harmonic Generation. A large-covered visible region could be expected in the range of 450 nm – 750 nm. First, we selected appropriate oxide hosts by using optical spectroscopy tools. All selected materials with congruent melting behavior were grown as single crystal. On the other hand, cubic materials with very high melting point, Nd:Y2O3 and Nd:Y3Al5O12, were prepared as standard and micro-core composite transparent ceramics, respectively. Next, all samples were thoroughly investigated in terms of physical, optical and spectroscopic properties. In the meantime, Judd-Ofelt analysis were computationally performed by using ground state absorption data to calculate radiative properties of studied solid-state materials, including radiative lifetime and branching ratio. Finally, laser operations were carried out within a plane-concave or V-type resonant cavity under blue and near infrared pumping for Pr3+ and Nd3+ solid-state materials, respectively. We achieved visible lasers in the relevant range with satisfying efficiencies with Pr:Sr1-xLaxAl12-xO19 single crystal and Nd:Y3Al5O12 micro-core transparent ceramic. Both present a real potential for the development of laser emissions in visible spectral regions

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Malvache, Arnaud. "Optique non-linéaire à haute intensité : Compression d'impulsions laser Interaction laser-plasma." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00677295.

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Abstract:

Cette thèse principalement théorique se situe dans le cadre de l'utilisation du laser de la Salle Noire du LOA, qui fournit des impulsions ultracourtes (2 cycles optiques) et énergétiques (1mJ) à 1kHz, stabilisées en CEP, pour générer des harmoniques sur cible solide. D'une part, pour profiter pleinement des ressources du laser, j'ai développé un code de simulation de propagation dans une fibre creuse qui, associé à une analyse expérimentale, a permis de repousser la limite en énergie de cette technique de compression. J'ai d'autre part utilisé des simulations PIC et j'ai développé un modèle de simulation de l'émission CWE pour quantifier sa dépendance aux conditions laser et plasma. Ce travail a servi premièrement à expliquer la variation expérimentale du spectre CWE à la CEP de l'impulsion laser. Deuxièmement, à partir d'une étude paramétrique expérimentale des spectres CWE, de remonter à des informations sur le plasma tels que le gradient de densité et la température électronique.

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Malvache, Arnaud. "Optique non-linéaire à haute intensité : Compression d'impulsions laser Interaction laser-plasma." Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. https://theses.hal.science/index.php?halsid=uofsba7dj5fa0catc3i9mh00v0&view_this_doc=pastel-00677295&version=1.

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Abstract:

Cette thèse principalement théorique se situe dans le cadre de l'utilisation du laser de la Salle Noire du LOA, qui fournit des impulsions ultracourtes (2 cycles optiques) et énergétiques (1mJ) à 1kHz, stabilisées en CEP, pour générer des harmoniques sur cible solide. D'une part, pour profiter pleinement des ressources du laser, j'ai développé un code de simulation de propagation dans une fibre creuse qui, associé à une analyse expérimentale, a permis de repousser la limite en énergie de cette technique de compression. J'ai d'autre part utilisé des simulations PIC et j'ai développé un modèle de simulation de l'émission CWE pour quantifier sa dépendance aux conditions laser et plasma. Ce travail a servi premièrement à expliquer la variation expérimentale du spectre CWE à la CEP de l'impulsion laser. Deuxièmement, à partir d'une étude paramétrique expérimentale des spectres CWE, de remonter à des informations sur le plasma tels que le gradient de densité et la température électronique
This mainly theoretical PhD thesis has been done in the framework of high-order harmonics generation on solid targets using 1mJ ultrashort laser pulses (2 optical cycles) at high repetition rate (1kHz), CEP-stabilized. On the one hand, in order to fully use the laser source, I developed a simulation code of hollow-core fiber propagation. The results of this code, associated with an experimental study, allowed to push the energy limitation of this compression technique. On the other hand, I used PIC simulation and I developed a simulation model of CWE in order to quantify its dependence to the laser and plasma parameters. This work first helped to explain the CWE spectrum changes with pulse CEP. Second, by comparing theoretical results with an experimental parametric study, it provided information about the plasma conditions such as density gradient and electronic temperature

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CAVALLARI, MARCO. "Interactions parametriques intracavite en regime femtoseconde. Optimisation d'un oscillateur parametrique optique dans le visible." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1997. http://www.theses.fr/1997EPXX0014.

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Abstract:

Cette these est consacree a l'etude theorique et experimentale d'un oscillateur parametrique optique (opo) femtoseconde dans le visible, son amplification parametrique et son application dans une experience de diffusion raman anti-stokes coherente (drasc) resolue en temps. L'opo, base sur un cristal de bbo, est pompe par le second harmonique d'un laser ti:saphir, a 400 nm, genere lui aussi dans un cristal de bbo. Les impulsions qu'il emet, accordables entre 570 nm et 700 nm, ont une energie de l'ordre du nj et se repetent a la cadence de repetition de 82 mhz. En fonctionnement normal leur duree s'eleve a 200 fs environ mais l'introduction d'une paire de prismes en silice fondue dans la cavite la fait diminuer jusqu'a moins de 20 fs (limite atteinte: 13 fs). Meme sans les prismes, pour certaines longueurs d'onde et orientations du bbo la duree des impulsions devient tres breve a la suite d'effets du second ordre en cascade. L'interpretation des resultats experimentaux s'appuie sur des simulations numeriques qui permettent aussi de completer l'etude de l'opo, en variant des parametres difficiles a modifier experimentalement. Grace a leur amplification dans un amplificateur parametrique optique base sur un cristal de bbo et pompe par le second harmonique d'une fraction du faisceau emis par un amplificateur regeneratif a ti:saphir, les impulsions atteignent une energie de l'ordre de 1000 nj, tout en ayant une duree tres breve (100 fs). Une experience de drasc resolue en temps a permis de mesurer le temps de decroissance t#2 du mode nu-2 de l'acetone sur plusieurs ordres de grandeur, avec une resolution temporelle d'environ 50 fs, ce qui montre les potentialites de la source developpee dans cette these

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Sudrie, Lionel. "Propagation non-linéaire des impulsions laser femtosecondes dans la silice." Paris 11, 2002. https://hal-ensta.archives-ouvertes.fr/tel-01188199.

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Abstract:

L'objet de cette thèse est l'étude de la propagation des impulsions laser femtosecondes dans les solides transparents. La courte durée de ces impulsions (quelques 10-̂15 à quelques 10-̂13 s) fournit de hautes intensités lumineuses pour des énergies modestes. Lorsqu'elles traversent un milieu transparent, ces fortes intensités laser induisent des non-linéarités importantes qui affectent la propagation de l'impulsion. Ces non-linéarités peuvent conduire à une propagation auto-guidée des impulsions laser avec de hautes intensités sur de longues distances. Cette propagation est appelée filamentation laser. En focalisant des impulsions de 2 mJ, 160 fs et de longueur d'onde centrale 800 nm, j'ai formé une filamentation laser dans un échantillon de silice de 2 cm. L'étude expérimentale de cette propagation non-linéaire est la première caractérisation précise et complète d'un filament dans un milieu solide transparent. La comparaison des résultats expérimentaux à ceux d'un code numérique a permis de montrer que la filamentation laser peut avoir lieu dans les milieux solides de la même manière que dans les gaz. L'équilibre entre l'autofocalisation par effet Kerr et la défocalisation par le plasma est l'origine de la filamentation. La défocalisation limite l'intensité laser et évite l'endommagement de l'échantillon. Cette étroite relation entre propagation et endommagement m'a amené à considérer la propagation d'impulsions plus fortement focalisées à l'intérieur de la silice. Ce type de propagation conduit à des densités électroniques élevées qui induisent des dommages irréversibles. Le parallèle entre les résultats numériques et expérimentaux permet de préciser les conditions d'apparition des dommages tout en donnant des quantités physiques inaccessibles expérimentalement. J'ai aussi observé dans la silice un nouveau type de modifications avec une forte biréfringence. Comme application j'ai fabriqué des éléments optiques comme des guides d'onde et des réseaux de diffraction
The subject of this thesis is the study of the propagation of femtosecond laser pulses in transparent solids. The short duration of these pulses (a few 10^-15 to a few 10^-13 s) supplies high light intensities with modest energies. When they traverse a transparent medium, theses strong laser intensities induce important nonlinearities which affect the pulse propagation. These nonlinearities can lead to a self-guided propagation with high intensities on long distances. This propagation is called laser filamentation. By focusing pulse of 2 mJ, 160 fs and with 800 nm as central wavelength, I have induced a laser filamentation in a 2 cm thick fused silica sample. The experimental study of this nonlinear propagation is the first precise and complete characterization of a filament in a transparent solid medium. Comparison between experimental and numerical results given by numerical code permits to show that laser filamentation can take place in solid, media in the same way as in gases. Equilibrium between self-focusing due to Kerr effect and defocusing by the plasma is the origin of filamentation. Defocusing limits the laser intensity and avoids sample damaging. This close relation between propagation and damaging led me to consider more strongly focused pulses propagation inside fused silica. This type of propagation leads to high electronic densities that induce irreversible damages. Comparison between numerical and experimental results permits to precise the conditions for damages appearance while giving experimentally inaccessible physical quantities. I have also observed in fused silica a new type of modifications with a strong birefringence. As an application I have made optical elements like waveguides and diffraction gratings

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Norcia-Molin, Stéphanie. "Augmentation de la profondeur de modulation de signaux hyperfréquence sur porteuse optique par effets non linéaires dans les fibres." Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112118.

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Abstract:

La fibre optique tend à remplacer le câble coaxial dans de nombreux systèmes de transport et de traitement de signaux hyperfréquence. En particulier les générations futures de systèmes radar seront équipées de laisons opto-électroniques utilisant ainsi avec profit les avantages de la fibre optique (faibles pertes, poids, encombrement et coût et large bande-passante). Dans ces futurs systèmes radar, la transposition linéaire de l'information hyperfréquence sur porteuse optique avec des modulateurs d'intensité intégrés classiques (type mach-zehnder) est limitée en amplitude. Le signal optique résultant comporte donc une faible partie modulée contenant l'information hyperfréquence et une forte composante continue susceptible de saturer certains composants de la liaison opto-électronique. Dans ce travail nous avons étudié deux processus non-linéaires dans les fibres optiques permettant d'atténuer de faÇon sélective et dynamique uniquement la porteuse optique du signal et non l'information hyperfréquence qu'elle transporte. Cela revient à augmenter le contraste du signal, c'est-à-dire sa profondeur de modulation. Le premier effet étudié est la diffusion brillouin stimulée dans les fibres optiques (y compris dans les fibres optiques à cristaux photoniques). Le second effet étudié est le mélange à deux ondes par saturation du gain dans une fibre optique amplificatrice. La faisabilité de l'augmentation de profondeur de modulation du signal hyperfréquene sur porteuse optique par ces deux techniques respectivement a été démontrée. Une augmentation de la profondeur de modulation du signal d'un facteur 10 000 a été démontrée, sans dégradation du signal hyperfrequence
Optical fibres tend to replace coaxial cables in many systems of transport and processing of microwave signals. In particular, future generations of radar systems will be equipped with opto-electronic links thus using with profit the advantages of optical fibres (weak weight, size, cost and large bandwidth). In these future radar systems, the linear transposition of microwave information on optical carrier with traditional integrated intensity modulators (such as mach-zehnder) is amplitude-limited. The resulting signal is thus composed of a weak modulated part containing the microwave information and of a strong continuous component which can saturate some of the opto-electronic link components. In this work we studied two non-linear processes in optical fibres allowing selective and dynamic attenuation of the optical carrier only, without any attenuation of the microwave signal. This means an increase of the signal contrast, that is to say an increase of its modulation depth. The first studied effect is stimulated brillouin scattering in optical fibres (including in photonic crystal fibres). The second studied effect is two wave mixing by gain saturation in an amplifying optical fibre. The feasibility of modulation depth increase of the microwave signal by these two techniques respectively has been proven. An increase of the modulation depth of the signal by a factor 10 000 has been demonstrated

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giudici, massimo. "Dynamique non linéaire dans les lasers à semiconducteurs avec rétroaction optique." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005284.

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Abstract:

La dynamique des lasers à semi-conducteur avec rétroaction optique est le sujet de cette thèse. En particulier, nous analysons l'instabilité à l'origine des fluctuations à basse fréquence de l'intensité du laser (Low Frequency Fluctuations, LFFs) qui apparaissent pour une rétroaction modérée à forte.

Nous étudions la nature dynamique des fluctuations à basse fréquence au moyen de techniques des mesures particulières. Nous prouvons que les LFFs trouvent leur origine dans une bifurcation noeud - col d'Andronov anticipée par le bruit présent dans le système. Nous démontrons expérimentalement que, en accord avec ce type de bifurcation, le laser à semi-conducteur avec rétroaction optique répond aux perturbations comme un système excitable. Ceci constitue la première preuve d'excitabilité dans un système optique. Corollairement, le contrôle du niveau de bruit dans le système nous permet de réaliser la première observation du phénomène de Coherence Resonance.
Nous avons aussi obtenu de fortes indications sur le mécanisme physique à l'origine de l'instabilité des fluctuations à basse fréquence. L'analyse de l'évolution temporelle du spectre optique à des échelles inférieures à la nanoseconde nous permet de montrer que cette instabilité est générée par l'interaction entre différents modes du laser.
Enfin, nous nous sommes placés dans le cas expérimental où la rétroaction optique est sélective en fréquence, analysant ainsi les caractéristiques du système par la variation de cette fréquence.

L'influence de la rétroaction sur un laser a aussi été étudiée pour des lasers à cavité verticale (VCSELs) dont le fonctionnement monomode longitudinal est imposé par la séparation en fréquence entre les modes. Pourtant, nous observons une fluctuation à basse fréquence dans l'intensité émise par le système. Nous montrons que, dans ce cas, l'instabilité est liée à l'interaction entre les deux composants de polarisation du VCSEL.

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Mitryukovskiy, Sergey. "Coherent Secondary Radiation from Femtosecond Laser Filaments." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2014. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01091553/document.

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Abstract:

La filamentation laser est un phénomène optique non-linéaire qui apparaît spontanément au cours de la propagation d’une impulsion laser ultracourte intense dans un milieu transparent, quand sa puissance crête dépasse une valeur critique (quelques Gigawatts dans l’air). A un tel niveau d’intensité le faisceau a tendance à se contracter en raison de l’effet Kerr optique jusqu’à ce que l’intensité devienne suffisamment élevée pour ioniser le milieu, donnant naissance à un plasma de défocalisation. Par la suite, une compétition dynamique entre ces deux effets a lieu, produisant un canal de plasma mince et faiblement ionisé dans le sillage de l’impulsion. Depuis sa découverte en 1995, la filamentation laser femtoseconde dans l’air a suscité un intérêt considérable en raison de la physique riche impliquée dans ce processus et de la large gamme d’applications potentielles (détection à distance, conversion de fréquences optiques, contrôle atmosphérique par laser, génération d’ondes Térahertz, etc. ). Cette thèse est consacrée principalement à l’étude des rayonnements secondaires cohérents émis lors de la filamentation femtoseconde dans les gaz. Tout d’abord, je me suis intéressé à la luminescence ultraviolet des filaments de plasma, qui est associée à les transitions de l’azote moléculaire neutre et ionique dans un état excité. J’ai démontré que cette luminescence dépend fortement de l’état de polarisation des impulsions laser incidentes. J’ai ensuite décrit et interprété pour la première fois l’apparition d’un gain optique important observé vers l’arrière de la colonne de plasma dans l’azote. Ce gain apparait lorsque les impulsions laser femtoseconde à 800 nm sont polarisées circulairement et à pression atmosphérique. Cet effet constitue une étape importante vers la réalisation d’un “laser dans le ciel”. La dernière partie de la thèse, porte sur la génération du rayonnement Térahertz par plusieurs filaments laser femtoseconde. Par la synthèse cohérente du rayonnement Térahertz d’un réseau de filaments, j’ai ainsi démontré la possibilité d’accroitre l’intensité Térahertz et de contrôler la directivité de ce rayonnement par l’organisation de filaments multiples
Laser filamentation is a nonlinear optical phenomenon which appears spontaneously during the propagation of an intense ultrashort laser pulse in a transparent medium, when the pulse peak power exceeds a critical value (several Gigawatts in air). At such an intensity level the beam tends to collapse due to the optical Kerr self-focusing effect until the intensity is high enough to ionize the medium, giving rise to a defocusing plasma. Thereafter, a dynamic competition between these two effects takes place, leaving a thin and weakly ionized plasma channel in the wake of the pulse. Following its discovery in 1995, femtosecond laser filamentation in air has attracted considerable interest because of the rich physics involved in the process and the wide range of potential applications (remote sensing, light frequency conversion, laser-based weather control, Terahertz generation, etc. ). This thesis is devoted to the study of the coherent secondary emission from femtosecond laser filaments in gases. First, the ultraviolet luminescence of plasma filaments, corresponding to transitions of excited neutral and ionic molecular Nitrogen, is studied. I demonstrate that this luminescence depends strongly on the polarization state of the incident laser pulses. I further report and interpret for the first time a strong optical gain in the backward direction from plasma filaments created by circularly polarized 800 nm femtosecond laser pulses at normal pressure. This effect is a significant step towards the realization of a “laser in the sky”. In the last part of the thesis, I discuss the Terahertz generation from multiple femtosecond laser filaments in air. The coherent synthesis of the Terahertz radiation from an array of filaments is demonstrated, showing the capability for energy scaling up and directionality control of the Terahertz emission

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Hanna, Marc. "Sources laser femtoseconde à fibre optique." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00806296.

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Abstract:

Les sources laser à fibre sont de plus en plus utilisées dans des domaines très divers car elles possèdent des avantages majeurs : qualité de faisceau, intégration, possibilité d'émettre une puissance moyenne élevée, efficacité, robustesse. Nous présentons des travaux de recherche visant à étendre les performances des sources ultrarapides basées sur les fibres en utilisant des effets d'optique non linéaire et en proposant de nouvelles architectures laser.

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Martinelli, Gilbert. "Réponse spatio-temporelle d'un résonateur de Fabry-Perot en régime non linéaire sous excitation picoseconde." Limoges, 1990. http://www.theses.fr/1990LIMO0088.

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Abstract:

Le résonateur de type Fabry-Perot contenant un milieu non linéaire de Kerr constitue un des éléments de base pour le traitement purement optique de signaux optiques. Ce manuscrit présente la mise en évidence et la caractérisation des instabilités spatiales et spectrales qui apparaissent dans la réponse spatio-temporelle de ce type de résonateur lorsqu'il est excite par une impulsion picoseconde intense et un faisceau limite. Dans un premier temps, les filtrages opérés par le résonateur à faible niveau d'intensité, sont mesurés pour différents angles d'incidence. Suivant l'accord ou le désaccord de la fréquence laser par rapport à une résonance, l'interferométrie se comporte comme une ligne à retard (cas résonnant) ou un atténuateur (cas désaccordé). Par la suite des résultats expérimentaux sont présentés pour de forts niveaux d'intensités en incidence normale. Dans les cas examinés les variations auto-induites de l'indice de réfraction sont suffisantes pour annuler un faible désaccord initial. Les enregistrement montrent pour la première fois l'observation simultanée du profil temporel, de la figure en intensité, et du spectre des fréquences temporelles du signal transmis. Il est mis en évidence que la commutation clairement observée sur le profil de l'impulsion transmise s'accompagne de transformations complexes de la géometrie et du spectre liées à la naissance d'instabilités catastrophiques. Pour supprimer ces instabilités il est proposé d'éclairer le résonateur sous incidence oblique. Des résultats expérimentaux viennent démontrer l'intérêt et les limites de cette exploitation originale d'une interférométrie non linéaire. La conclusion de cette série d'expériences est qu'il ne semble pas possible de mettre en série des éléments logiques optiques basés sur des résonateurs à non-linéarité purement dispersives.

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Videau, Laurent. "Le Lissage optique pour les chaînes laser de puissance." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1998. http://www.theses.fr/1998EPXX0034.

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Abstract:

Les expériences d'interactions laser-plasma nécessitent une tache focale dont on maitrise les dimensions spatiales et dans laquelle la répartition d'énergie est uniforme. Pour cela, des techniques de lissage optique ont été développées sur les lasers de puissance. Ce mémoire présente les principes théoriques du lissage optique et introduit un formalisme statistique qui permet une étude systématique des méthodes de lissage. Cette étude porte sur le contraste de la figure intégrée dans le temps et sur le mouvement des points chauds. Une technique est plus détaillée, il s'agit de la technique de lissage par fibre optique. Le lissage peut être caractérisé par la largeur spectrale de corrélation définie à partir de la fonction de corrélation spectrale.

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Rivet, Sylvain. "Caractérisation complète d'un faisceau laser impulsionnel femtoseconde : mise en évidence et analyse du couplage spatio-temporel dans la propagation linéaire et non linéaire." Bordeaux 1, 2001. http://www.theses.fr/2001BOR12448.

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Abstract:

Une nouvelle approche de caractérisation complète d'un faisceau laser impulsionnel femtoseconde est démontrée en vue d'étudier les couplages spatio-temporels dans la propagation linéaire et non linéaire. La technique basée sur un filtre spectral accordable, une technique de mesure spatiale par décalage, et une technique de mesure temporelle par interférométrie spectrale, a permis de mesurer le couplage spatio-temporel au foyer d'un objectif. Cette technique a été aussi utilisée pour mesurer les couplages spatio-temporels induits par un échantillon non linéaire du troisième ordre.

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Carlotti, Xavier. "Étude mathématique et numérique de modèles de propagation en optique non linéaire." Paris 6, 1987. http://www.theses.fr/1987PA066294.

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Abstract:

Dans une 1ere étude, on considère la propagation d'impulsions lumineuses courtes et intenses dans une fibre optique monomode et l'on démontre que la distorsion d'un signal de puissance donnée est rendue minimale par un choix adéquat de la longueur d'onde de la porteuse. Une seconde étude concerne la génération impulsionnelle de seconde harmonique dans un milieu ne présentant pas de centre d'inversion: on évalue le taux de conversion de l'onde fondamentale incidente en fonction des paramètres définissant le milieu.

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Grapinet, Mélanie. "Dynamiques non linéaires en cavités optiques : oscillateur photoréfractif et laser à fibre optique." Dijon, 2005. http://www.theses.fr/2005DIJOS046.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur les non linéarités dans une cavité photoréfractive et dans un laser à fibre dopée à l'erbium. La cavité photoréfractive est un système possédant la géométrie d'un oscillateur optique semi-linéaire. L'oscillation prenant naissance dans cette cavité peut être étudiée de manière analytique et numérique. Différents régimes de l'oscillation peuvent se présenter : des régimes non dégénérés ainsi que dégénérés. Le fonctionnement du laser à modes bloqués repose sur des dynamiques non-linéaires. En régime fortement dissipatif, la stabilité des impulsions ultracourtes s'appréhende grâce aux concepts et propriétés de solitons dissipatifs. Ces découvertes ont été observées expérimentalement et ont été validées par des simulations numériques fondées sur l'emploi d'un modèle de Ginzburg-Landau complexe cubique-quintique à gestion de paramètres. Une analyse numérique avec un profil vectoriel des champs a été menée afin de déterminer différents points de fonctionnement
This thesis concerns the non linearities in a photorefractive cavity and in a fiber laser doped erbium with a cavity at ring unidirectional. The photorefractive cavity is a system with the geometry of a optical oscillator semi linear. An oscillation, in this cavity, will be studied analytically and numerically. Different states from the oscillation can present itself : no degenerate state and degenerate state. The operation of the laser to modes blocked rests on the strongly non-linear dynamics. In strongly dissipative state, the stability of the ultrashort pulses is apprehended through the concepts and properties of dissipative solitons. These discoveries were observed experimentally and were validated by numerical simulations founded on the use of a model of complex Ginzburg-Landau cubic-quintique with management of parameters. A numerical analysis with a vectorial profile of the fields was carried out

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Odier, Alice. "Combinaison cohérente de convertisseurs de fréquences optiques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX003/document.

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Abstract:

Les convertisseurs de fréquences optiques utilisant les processus non linéaires d’ordre deux permettent d’étendre la gamme spectrale accessible aux sources lasers. Celle-ci est en effet limitée par les bandes de gain des milieux lasers disponibles. Par ailleurs, la combinaison cohérente par contrôle actif de la phase est une technique efficace permettant la montée en puissance des sources lasers. Elle nécessite toutefois des modulateurs de phase rapides qui ne sont disponibles commercialement qu’aux longueurs d’onde standard.L’objectif de cette thèse est d'appliquer la combinaison cohérente à des convertisseurs de fréquences en utilisant la relation de phase inhérente au processus non linéaire.Cela permet de contrôler la phase de l’onde générée en agissant sur la phase de l’onde de pompe. C’est ce qu’on appelle le contrôle indirect de la phase.Pour cela, une étude théorique a été menée afin de s’assurer de la compatibilité de la technique de combinaison cohérente par marquage en fréquence avec le contrôle indirect de la phase.La démonstration expérimentale a d’abord été effectuée dans le cas le plus simple, la génération de seconde harmonique, qui met en jeu trois ondes dont deux dégénérées.Enfin, on s’est intéressé au cas de la génération de différence de fréquences dans le moyen infrarouge, où trois ondes sont mises en jeu.Dans ces deux cas, la qualité de mise en phase mesurée est excellente
Laser emission wavelength is limited by the gain bandwidth of available laser media. Optical frequency converters rely on second order nonlinear processes to overcome this limitation, and give access to new wavelengths outside of the emission range of lasers.Besides, coherent beam combining with active phase control is an efficient technique to power scale laser sources. However, it requires fast phase modulators, some commercially available devices, but only at standard laser wavelengths.The objective of this thesis is to perform coherent combining of frequency converters, thanks to the phase-matching condition required for efficient nonlinear processes to take place.This relation allows for indirect phase control, where the converted-wave phase is tuned through direct phase control of the pump wave.A theoretical study has been carried out to confirm that indirect phase control was compatible with frequency-tagging coherent combining.Then, coherent combining through indirect phase control has been demonstrated experimentally in the simplest case of the second harmonic generators, where two of the three waves involved are degenerate.Finally, coherent combining has been experimentally performed in the non-degenerate case of mid-infrared difference frequency generators.In both experimental demonstrations, an excellent beam combination efficiency has been achieved

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Raineri, Fabrice. "Optique non linéaire dans les cristaux photoniques en semiconducteurs III-V." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009192.

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Abstract:

Ce travail de thèse constitue une contribution théorique et expérimentale aux études sur les effets d'optique non linéaires dans les cristaux photoniques en semiconducteurs III-V. Les cristaux photoniques sont des matériaux artificiels présentant une modulation périodique de l'indice de réfraction à l'échelle de la longueur d'onde de la lumière. En contrôlant les paramètres physiques de ces structures (périodicité, motifs, facteur de remplissage en air...), il est possible de réaliser une véritable ingénierie des propriétés dispersives de la matière pour, par exemple, empêcher la lumière de se propager dans toutes les directions de l'espace. L'objectif de cette thèse est de combiner les propriétés dispersives uniques des cristaux photoniques aux propriétés non linéaires très intéressantes des semiconducteurs III-V afin d'exalter les interactions non linéaires entre la lumière et la matière. Nous verrons que les cristaux photoniques 1D et 2D sont adéquats pour obtenir des effets non linéaires du second ordre (génération de seconde harmonique) efficaces sur de courtes distances car ils permettent de réaliser la condition d'accord de phase dans des matériaux fortement non linéaires comme l'AlxGa1-xAs tout en ralentissant la lumière. Nous montrerons également que les cristaux photoniques 2D en semiconducteurs III-V permettent de réaliser les briques de bases actives pour le traitement du signal tout optique comme des sources lasers, des amplificateurs, des commutateurs ultrarapides...

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Szwaj, Christophe. "Propagation d'ondes dans le spectre d'un laser multimode." Lille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LIL10136.

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Abstract:

Nous montrons dans ce travail, qu'un laser multimode peut se comporter comme une chaîne d'oscillateurs couples, chaque oscillateur étant associe a un mode longitudinal. Cette situation se présente lorsque la largeur homogène est faible devant la largeur inhomogène, comme c'est le cas pour les lasers a verre dope. Ce type de système peut alors se comporter comme un milieu de propagation dont la variable d'espace est l'indice du mode longitudinal i. Cette approche permet d'identifier ce type de laser a une classe de systèmes dynamiques (les systèmes localement couples), et par conséquent de bénéficier de puissants outils pour interpréter les résultats expérimentaux et numériques. Pour valider cette approche en régime linéaire, nous avons montre expérimentalement et numériquement que des ondes pouvaient se propager dans le spectre du laser. Les résultats obtenus peuvent être interprétés au moyen d'un modèle simple de laser multimode. Il apparaît que la dynamique en régime linéaire est entièrement déterminée par une simple relation de dispersion. La prise en compte des effets de polarisation, typique de ce type de laser, fait apparaître l'analogue des branches optiques et acoustiques des relations de dispersion des cristaux diatomiques. En ce qui concerne les régimes non linéaires, nous avons mis en évidence expérimentalement et théoriquement que la modulation de la pompe induisait une excitation paramétrique d'ondes dans le spectre du laser, phénomène comparable a l'instabilité de faraday apparaissant dans un fluide soumis a une oscillation verticale. Nous avons étudié l'influence des variations spatiales des paramètres de contrôle et montre qu'elles entraînaient des changements qualitatifs importants au niveau des structures excitées paramétriquement. Nous avons également observe une grande richesse d'instabilités secondaires qui motive des études complémentaires.

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Sylla, Mamadou. "Interactions non linéaires dans les cristaux B. S. O. Et B. G. O. Excités par des impulsions laser picosecondes : absorption non linéaire et conjugaison de phase." Angers, 1991. http://www.theses.fr/1991ANGE0006.

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Abstract:

On présente des résultats théoriques et expérimentaux relatifs à l'étude de l'absorption non linéaire et du mélange 4-onde dégénéré en régime picoseconde dans les oxydes de bismuth silicium (B. S. O. ) et germanium (B. G. O. ). Les mesures sont faites sans champ électrique extérieur appliqué sur les cristaux et le modèle développé est basé sur le formalisme des susceptibilités non linéaire d'ordre trois. En raison de l'importance de l'activité optique des composés étudiés à la longueur d'onde du laser utilisé (532 nm), les expériences ont été effectuées en polarisations circulaires. Les rendements du mélange quatre ondes des différents cristaux sont comparés à ceux du disulfure de carbone dans les mêmes conditions d'expériences et les valeurs des coefficients du tenseur de susceptibilités non linéaire du troisième ordre sont déduites.

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Papon, Gautier. "Nanostructuration des propriétés optiques linéaires et non-linéaires d’un verre photosensible par laser femtoseconde." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14686/document.

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Abstract:

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

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Andral, Ugo. "Algorithme d'évolution pour laser à fibre optique en régime d'impulsions courtes." Thesis, Dijon, 2016. http://www.theses.fr/2016DIJOS050/document.

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Abstract:

Le sujet de cette thèse se rapporte à la génération d’impulsions ultracourtes dans une cavité laser fibrée à travers l’optimisation automatique de ses paramètres par un algorithme d’évolution. L’intérêt pour cette problématique provient de la difficulté à explorer les dynamiques impulsionnelles de manière systématique dans un large domaine de paramètres expérimentaux. Nous avons montré que l’implémentation d’un algorithme d’évolution sur une cavité laser fibrée de ce type peut être réalisée, en prenant les précautions adéquates pour que cette association soit la plus efficace possible. Nous avons démontré expérimentalement pour la première fois le verrouillage de modes depuis la seule optimisation des contrôleurs de polarisation utilisant une procédure automatique d’auto-apprentissage. Nous avons démontré que la sélection du blocage de modes depuis son spectre radio-fréquence permet de sélectionner le taux de répétition desimpulsions à l’intérieur de la cavité. Ces résultats préliminaires démontrent les potentialités de notre méthode employée dans des situations de dynamique non linéaire ultrarapide de grande complexité, particulièrement sensibles aux paramètres
This thesis deals with the generation of ultrashort pulses within a fiber laser cavity through the automatic optimization of its parameters by an evolutionary algorithm. The interest of this subject comes from the difficulty to systematically explore dynamics in a large domain of experimental parameters. We have shown that it is possible to implement an evolutionary algorithm on fiber laser cavity with appropriate precautions. We have experimentally demonstrated for the first time the mode locking of a laser cavity only using the optimization of polarization controllers through an automatic and self-learning procedure. We also have demonstrated that selecting the mode locking from it radio-frequency spectrum allow to select the pulses repetition rate within the cavity. These preliminary results show the promising aspect of our method used in situations of non linear ultrafast dynamics with high complexity which are particularly sensitive to parameters

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Boursier, Elodie. "Génération paramétrique infrarouge dans les cristaux de La3Ga5,5Ta0,5O14 et BaGa4Se7." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAT070/document.

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Abstract:

Il y a actuellement un réel besoin de sources lasers tout solide capables d’émettre un rayonnement cohérent depuis l’infrarouge lointain au térahertz pour des applications variées comme la spectroscopie et la détection de molécules d'intérêt atmosphérique par exemple. La meilleure alternative est l’optique non linéaire paramétrique du second ordre permettant la conversion de fréquence d’un laser monochromatique dans un cristal massif aux propriétés optiques adaptées. Cependant il faut trouver de nouveaux matériaux car ceux déjà identifiés ne donnent pas satisfaction, leur grande faiblesse étant un seuil de dommage optique trop bas pour des applications à haute énergie. Nous sommes en mesure de relever ce défi en combinant depuis peu deux faisceaux complètement indépendants en accordabilité et en polarisation dans un échantillon taillé en forme de sphère ou de cylindre. Ainsi, nous étudions directement la génération de différence de fréquence dans le domaine de transparence du cristal en scannant son espace ou un plan. Il s'agit d'identifier les directions, dîtes d’accord de phase, où la biréfringence compense la dispersion en longueur d’onde des indices de réfraction, mais aussi les rendements de conversion et les acceptances spectrale et angulaires associés. Si des photons issus des deux faisceaux incidents traversent le cristal selon ces directions, des photons de longueur d’onde plus grande sont générés, avec une énergie optimale dont la valeur est d’autant plus élevée que le coefficient non linéaire du cristal est fort. La thèse est dédiée à l’étude de nouveaux cristaux uniques acquis d’équipes étrangères leaders dans leur élaboration. L’objectif visé est la conception de sources de lumière de type Oscillateur Paramétrique Optique (OPO) ou Générateur Paramétrique Optique (OPG) accordables dans l’infrarouge ou le térahertz, plus énergétiques que les sources actuelles
Nowadays, solid state laser is one way to access the infrared and terahertz light with a good coherence and a high brightness, for broad application prospects like spectroscopy and atmospheric molecules detection. The best way to generate this light is use second order parametric nonlinear optics which allows the frequency conversion of a monochromatic laser through a crystal with appropriate properties. However, the goal is find new materials since a lot of crystals already identified present a too low optical damage threshold for high energy applications. By combining two completely independent tunable and polarized beams in a sample cut as a sphere or a cylinder, we are able to take up the challenge. In this way, we could directly study the difference frequency generation in the whole transparency range by scanning one plane. The principle is to identify not only directions, called phase-matching, where the birefringence compensates the refractive index dispersion but also associated conversion efficiencies and spectral and angular acceptances. When the photons from the two incoming beams get through a crystal in these particular directions, other photons could be generated with higher wavelength and the higher amplitude of the nonlinear coefficient, the stronger the interaction. The PhD is devoted to the study of potential nonlinear crystals acquired thanks to international collaboration with leader group in the material elaboration. The results will enable to perform new parametric light sources like Optical Parametric Oscillator (OPO) or Optical Parametric Generator (OPG) tunable from infrared up to terahertz as the goal is to enhance the generated energy with respect to actual sources

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Lotti, Antonio. "Modulations d'impulsions et filamentation d'impulsions laser ultra-courtes pour les applications en optique non-linéaire extrême." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00665670.

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Abstract:

Cette thèse traite de l'étude numérique des propriétés et des applications des impulsions spatio-temporellement couplées, paquets d'ondes coniques et filaments laser, dans les processus fortement non-linéaires, comme la génération d'harmoniques d'ordre élevé. Nous étudions la redistribution de l'énergie au sein de ces paquets d'ondes en propagation linéaire et non-linéaire. Le flux d'énergie constitue un diagnostic des couplages spatio-temporels que nous avons appliqué à des résultats expérimentaux réels. Nous analysons l'évolution spectrale des filaments dans un gaz et nous obtenons les conditions pour la génération d'impulsions de quelques cycles dans le spectre UV. Nous étudions la génération d'harmoniques d'ordre élevé par des ondes coniques ultra-courtes. En particulier, nous montrons comment leurs propriétés de propagation influencent le champ généré dans la région X-UV. Nous étudions aussi l'interférence des différents chemins quantiques correspondant aux trajectoires électroniques. Enfin, nous obtenons la forme des faisceaux d'Airy stationnaires dans le régime non-linéaire. Pour chaque sujet, nous présentons des résultats expérimentaux qui ont motivé nos travaux ou ont été motivés par nos simulations.

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Ilas, Simon. "Elaboration et caractérisation de matériaux non linéaires pour la conception de dispositifs laser émettant dans l'ultraviolet." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066068/document.

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Abstract:

Les lasers solides émettant dans l'UV sont l'objet de nombreux efforts de recherche. Ainsi, deux cristaux non linéaires ont été développés et caractérisés pour réaliser la conversion de fréquences laser dans le domaine UV : Ca5(BO3)3F (CBF) et YAl3(BO3)4 (YAB). Concernant les cristaux de CBF, l'influence des gradients thermiques ainsi que de nouveaux flux ont été étudiés en vue d'améliorer la qualité cristalline. La génération du troisième harmonique à 343 nm en type II a été réalisée pour la première fois dans CBF. 300 mW correspondant à un rendement ? (1030 ' 343 nm) = 1,5 % ont été obtenus. L'utilisation de flux à base de LaB3O6 a permis la synthèse de cristaux de YAB par la méthode TSSG. Les propriétés physiques, structurales ainsi que les défauts de ces cristaux ont été caractérisés. De bonnes performances ont été obtenues dans le cadre de la génération du quatrième harmonique à 266 nm puisqu'un rendement de conversion ? (1064 ' 266 nm) = 12,2 % a été atteint
This PhD study is devoted to the growth and characterization of two promising NLO crystals for UV laser light generation : Ca5(BO3)3F (CBF) and YAl3(BO3)4 (YAB). Concerning CBF, the influence of thermal gradients and new fluxes have been studied in order to improve the crystal quality. The third harmonic generation at 343 nm in CBF is demonstrated for the first time. 300 mW of average power and 1,5 % conversion efficiency from 1030 to 343 nm have been obtained. The use of the flux LaB3O6 allows the growth YAB crystals by TSSG method. Structural and physical properties as well as extended defects and impurities of these crystals have been characterized. Fourth harmonic generation at 266 nm was performed in YAB and 12,2 % conversion efficiency from 532 to 266 nm has been obtained

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Brocas, Arnaud. "Microscopies non linéaires : analyses et instrumentations." Bordeaux 1, 2005. http://www.theses.fr/2005BOR13031.

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Abstract:

La démarche de ce travail a consisté à étudier et développer différents microscopes basés sur des techniques d'optique non linéaire cohérente. Un microscope à balayage laser femtoseconde dont le mécanisme de contraste est la génération de seconde et de tierce harmonique a été réalisé. Ce mode de contraste a été utilisé pour caractériser les modifications des propriétés optiques induites localement par photochimie dans des matériaux vitreux. Dans le domaine de la biologie, des études ont été menées démontrant que ce mode de contraste permet une visualisation qualitative de cellules en trois dimensions ainsi qu'une certaine fonctionnalité. Par ailleurs un prototype de microscope CARS résolu en temps a été développé et une nouvelle technique optique améliorant l'intensité relative du signal CARS a été imaginée

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HAROUTUNIAN, ROMAIN. "Sources xuv coherentes creees par laser femtoseconde : laser x et optimisation de la generation d'harmoniques d'ordre eleve." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2001. http://www.theses.fr/2001EPXX0024.

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Abstract:

Les sources xuv possedent un veritable potentiel d'applications scientifiques, industrielles et medicales. En parallele avec l'evolution des lasers de puissance, les sources xuv coherentes creees par laser femtoseconde offrent une alternative en terme de cout et d'encombrement, par rapport au sources plus classiques telles que le synchrotron. Dans ce contexte, nous avons developpe au laboratoire d'optique appliquee deux types de sources xuv coherentes reposant sur l'interaction d'une impulsion femtoseconde intense avec un milieu dilue : le laser x et la generation d'harmoniques d'ordre eleve. Bien controler et optimiser ces sources implique une bonne connaissance du milieu emetteur et des caracteristiques des impulsions excitatrices. L'interaction d'une impulsion femtoseconde intense (10 1 4 a 10 1 7 w/cm 2) dans un gaz (qq. Mbar) induit une propagation hautement non-lineaire qui conditionne la physique des sources xuv. Nous avons donc developpe un code de propagation en milieu dilue, et realise des experiences de propagation dans des configurations semblables a celles de ces sources xuv coherentes. Nous avons observe une phenomene de collimation non-relativiste, dont la comprehension necessite une modelisation plus poussee de l'interaction laser-gaz. La generation d'harmoniques d'ordre eleve repose a la fois sur une reponse non-lineaire et un comportement collectif du milieu. Nous avons montre qu'un bon accord de phase et une generation d'harmoniques efficace peuvent etre obtenus dans un grand volume, mais pendant un temps tres court, sur le front montant de l'impulsion. Nous presentons les premieres etudes visant a controler la phase de la polarisation non lineaire, influencant ainsi la phase du rayonnement xuv emis et donc, ses proprietes spatiales, temporelles et spectrales. Enfin, nous avons realise le premier laser xuv sature pompe par un laser femtoseconde. Un fort gain de 67 cm 1 a ete obtenu dans le xenon palladiumoide lasant a 41. 8 nm, avec un produit gain-longueur de 15 indiquant la saturation. L'influence de l'ellipticite de la polarisation laser a ete etudiee, permettant de montrer la tres forte influence de la propagation et de la sur-ionisation sur la creation du milieu lasant.

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Royon, Arnaud. "Structuration non-linéaire de verres oxydes par laser femtoseconde dans le proche infrarouge." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13800/document.

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Abstract:

La structuration laser femtoseconde en trois dimensions rencontre un intérêt grandissant du fait de sa facilité de mise en œuvre et des nombreuses applications qu’elle peut couvrir dans le domaine des composants photoniques. Des structures telles que des guides d’onde, des réseaux de diffraction, des mémoires optiques ou des cristaux photoniques peuvent être fabriquées grâce à cette technique. Son emploi sur des verres oxydes est prometteur car ces derniers présentent des avantages certains ; ils sont très résistants au flux et au vieillissement, leur composition chimique peut être changée facilement afin de s’adapter à un cahier des charges précis. On les retrouve déjà dans les amplificateurs Raman, les fibres optiques, les lasers à fibres, etc… Le travail de cette thèse s’articule autour de deux grands axes. Le premier axe consiste à caractériser les propriétés optiques linéaires et non-linéaires de matériaux vitreux massifs afin d’optimiser leur composition en vue d’une application particulière. Dans ce contexte, les propriétés optiques non-linéaires, leurs origines physiques (électronique et nucléaire) ainsi que leurs temps de réponse caractéristiques (de quelques femtosecondes à quelques centaines de picosecondes) sont décrits dans le cadre de l’approximation de Born-Oppenheimer. Ainsi, la silice fondue et plusieurs verres sodo-borophosphates contenant différentes concentrations en oxyde de niobium ont été étudiés. Les résultats montrent que les propriétés optiques non-linéaires dans la silice fondue sont majoritairement d’origine électronique, alors que dans les verres sodo-borophosphates, la contribution d’origine nucléaire peut devenir prépondérante lorsque la concentration en oxyde de niobium dépasse 30%. Le second axe s’articule autour de la structuration des matériaux. Trois échantillons commerciaux de silice fondue présentant des conditions de fabrication différentes (donc des taux d’impuretés distincts) et irradiés avec un laser femtoseconde proche infrarouge ont été étudiés. Les défauts induits par laser ont été identifiés au moyen de plusieurs techniques de spectroscopie. Elles ont montré la formation de centres colorés ainsi qu’une densification au niveau de la zone irradiée. Leurs propriétés optiques linéaire (indice de réfraction) et non-linéaire (susceptibilité du troisième ordre) ont été mesurées. De plus, la structuration de la silice fondue à l’échelle sub-micrométrique sous forme de « nano-réseaux » est observée et la biréfringence de forme induite par ces structures est discutée. En plus des échantillons de silice fondue, plusieurs verres oxydes présentant des compositions chimiques très distinctes ont été étudiés. Un verre sodo-borophosphate contenant de l’oxyde de niobium exhibe des micro-craquelures et des nano-crystallites après irradiation. Un verre silicate contenant ou non de l’argent dévoile des structures en anneau fluorescentes ou en « nano-réseaux ». Un verre zinc phosphate contenant de l’argent présente lui aussi des structures en anneau fluorescentes, d’une taille de l’ordre de 80 nm, bien inférieure à la limite de diffraction. Des techniques pompe-sonde sous microscope ont été mises en œuvre sur ce dernier verre pour étudier l’interaction laser-verre. Le mécanisme d’absorption de l’énergie lumineuse pour ce verre est l’absorption à quatre photons. La densité d’électrons libres générée est de l’ordre de 1017 cm-3, ce qui permet de conclure qu’un gaz d’électrons plutôt qu’un plasma se forme pendant l’irradiation laser
Three-dimensional femtosecond laser structuring has a growing interest because of its ease of implementation and the numerous possible applications in the domain of photonic components. Structures such as waveguides, diffraction gratings, optical memories or photonic crystals can be fabricated thanks to this technique. Its use with oxide glasses is promising because of several advantages; they are resistant to flux and ageing, their chemical composition can easily be changed to fit the well-defined requirements of an application. They can already be found in Raman amplifiers, optical fibers, fiber lasers, and other devices. This thesis is based on two axes. The first axis consists in characterizing the linear and nonlinear optical properties of bulk vitreous materials in order to optimize their composition with a particular application in view. Within this context, the nonlinear optical properties, their physical origins (electronic and nuclear) as well as their characteristic response times (from a few femtoseconds to a few hundreds of picoseconds) are described within the Born-Oppenheimer approximation. Fused silica and several sodium-borophosphate glasses containing different concentrations in niobium oxide have been studied. Results show that the nonlinear optical properties of fused silica are mainly from electronic origin, whereas in the sodium-borophosphate glasses, the contribution from nuclear origin becomes predominant when the concentration of niobium oxide exceeds 30%. The second axis is based on the structuring of materials. Three commercially available fused silica samples presenting different fabrication conditions (therefore distinct impurity levels) and irradiated with a near infrared femtosecond laser have been studied. The laser induced defects have been identified by means of several spectroscopic techniques. They show the formation of color centers as well as a densification inside the irradiated area. Their linear refractive index and nonlinear third-order susceptibility properties have been measured. Moreover, the structuring of fused silica at the subwavelength scale into “nanogratings” is observed and the form of birefringence induced by these structures is discussed. In addition to the fused silica samples, several oxide glasses presenting very distinct chemical compositions have been studied. A sodium-borophosphate glass containing niobium oxide exhibits micro-cracks and nano-crystallites following irradiation. A silicate glass with or without a silver component reveals fluorescent rings or “nanograting” structures. A zinc phosphate glass containing silver also presents fluorescent ring structures, with a size of the order of 80 nm, well below the diffraction limit. Pump-probe microscope techniques have been performed on this glass to investigate the laser-glass interaction. The absorption mechanism is determined to be four-photon absorption. The generated free electron density is ~ 1017 cm-3, which suggests the conclusion that an electron gas rather than a plasma is formed during the laser irradiation

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Jumpertz, Louise. "Photonique non-linéaire dans les lasers à cascade quantique moyen infrarouges." Electronic Thesis or Diss., Paris, ENST, 2016. https://pastel.hal.science/tel-03689516.

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Abstract:

Les lasers à cascade quantique émettant dans le moyen-infrarouge sont des lasers semi-conducteurs unipolaires qui sont devenus des sources couramment utilisées pour des applications telles que la spectroscopie de gaz, les communications en espace libre ou les contre-mesures optiques. Appliquer une perturbation externe, typiquement une contre-réaction optique ou de l’injection optique, entraîne une forte modification des propriétés d’émission du laser à cascade quantique. La contre-réaction optique influe sur les propriétés statiques du laser Fabry-Perot ou à contre-réaction répartie, conduisant à une augmentation de la puissance, à une diminution du seuil, à une modification du spectre optique qui peut devenir monomode ou multimode, et à une amélioration de la qualité de faisceau dans les lasers à ruban large fortement multimode transverses. Cela induit également un comportement dynamique différent, et un laser à cascade quantique soumis à de la contre-réaction peut osciller périodiquement ou même devenir chaotique : ce travail présente la toute première observation d'instabilités optiques dans le moyen-infrarouge. De plus, une étude numérique de l’injection optique montre que les lasers à cascade quantique peuvent se verrouiller optiquement sur une plage de plusieurs gigahertz, sur laquelle leur stabilité devrait être accrue et leur bande passante de modulation significativement augmentée. Une dynamique prometteuse apparaît également en dehors de la zone de verrouillage, avec l’apparition d’oscillations périodiques à une fréquence accordable ainsi que des événements isolés de forte intensité. Un laser à cascade quantique soumis à un contrôle externe peut donc être une source très performante pour les applications moyen-infrarouges usuelles, mais pourrait aussi en adresser de nouvelles, telles que des oscillateurs photoniques accordables, des générateurs d’événements rares, des LIDAR chaotiques, des communications sécurisées par chaos ou des contre-mesures imprévisibles
Mid-infrared quantum cascade lasers are unipolar semiconductor lasers, which have become widely used sources for applications such as gas spectroscopy, free-space communications or optical countermeasures. Applying external per-turbations such as optical feedback or optical injection leads to a strong modification of the quantum cascade laser prop-erties. Optical feedback impacts the static properties of mid-infrared Fabry-Perot and distributed feedback quantum cas-cade lasers, inducing power increase, threshold reduction, modification of the optical spectrum, which can become either single- or multimode, and enhanced beam quality of broad-area transverse multimode lasers. It also leads to a different dynamical behavior, and a quantum cascade laser subject to optical feedback can oscillate periodically or even become chaotic: this work provides the very first analysis of optical instabilities in the mid-infrared range. A numerical study of optical injection furthermore proves that quantum cascade lasers can injection-lock over a few gigahertz, where they should experience enhanced stability and especially improved modulation bandwidth. Furthermore, some promising dynamics appear outside the locking range with periodic oscillations at a tunable frequency or high-intensity events. A quantum cascade laser under external control could therefore be a source with enhanced properties for the usual mid-infrared applications, but could also address new applications such as tunable photonic oscillators, extreme events gen-erators, chaotic LIDAR, chaos-based secured communications or unpredictable countermeasures

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Michel, Pierre A. "Perte de la cohérence d'un faisceau laser intense lors de sa propagation dans un plasma." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2003. http://www.theses.fr/2003EPXX0031.

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Sraïki, Guillaume. "Développement par voie Sol-Gel de méthodes d'assemblage de cristaux à optique non linéaire pour applications laser." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066001/document.

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Abstract:

Dans cette thèse CIFRE nous avons élaboré une solution originale d’assemblage de cristaux optiques pour applications lasers avec les sociétés Cristal Laser et Oxxius. Nous avons ensuite optimisé notre composition de colle ainsi que le procédé d’encollage des cristaux avec la réalisation d’un robot par nos partenaires industriels. De nombreux tests d’assemblage ont été effectués avec des homo-assemblages de paires de cristaux de SiO2, Quartz, YAG, KTP, LBO, BBO et RTP. Ces homo-assemblages sont ensuite traités thermiquement pour stabiliser notre interface de colle et nos résultats sont satisfaisants. Nous avons également réalisé des hétéro-assemblages avec des paires de cristaux de nature différente parmi les cristaux précédemment étudiés comme YAG/Quartz ou SiO2/KTP. Les résultats que nous obtenons avec ces hétéro-composites semblent indiquer que le différentiel de CTE entre les pièces assemblée limite fortement le bon déroulement des traitements thermiques. Nous avons donc étudié le CTE ainsi que le comportement de notre interface de colle en fonction de la température afin de proposer une composition et un traitement adapté à la réalisation de ces hétéro-composites
In this CIFRE thesis we elaborate a bonding solution, with Cristal Laser and Oxxius companies, for non-linear optical crystals for laser applications. We had to optimize solution’s composition and the bonding process, this resulted in the creation of a bonding robot by our industrial partners. Numerous homo-assemblies bonding tests has been realized with the following crystal pairs of SiO2, Quartz, YAG, KTP, LBO, BBO and RTP. Those homo-assemblies have been thermally treated to stabilize our bonding solution interface and we obtained relatively good results. We also bonded hetero-assemblies with different crystal pairs like YAG/Quartz or SiO2/KTP. The results we get with these hetero-composites suggest that the difference in CTE between the assembled parts greatly limits the smooth heat treatments. We therefore investigated the CTE and the behavior of our adhesive interface depending on the temperature to provide adapted composition and treatment to the realization of these hetero-composites

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Sraïki, Guillaume. "Développement par voie Sol-Gel de méthodes d'assemblage de cristaux à optique non linéaire pour applications laser." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066001.

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Abstract:

Dans cette thèse CIFRE nous avons élaboré une solution originale d’assemblage de cristaux optiques pour applications lasers avec les sociétés Cristal Laser et Oxxius. Nous avons ensuite optimisé notre composition de colle ainsi que le procédé d’encollage des cristaux avec la réalisation d’un robot par nos partenaires industriels. De nombreux tests d’assemblage ont été effectués avec des homo-assemblages de paires de cristaux de SiO2, Quartz, YAG, KTP, LBO, BBO et RTP. Ces homo-assemblages sont ensuite traités thermiquement pour stabiliser notre interface de colle et nos résultats sont satisfaisants. Nous avons également réalisé des hétéro-assemblages avec des paires de cristaux de nature différente parmi les cristaux précédemment étudiés comme YAG/Quartz ou SiO2/KTP. Les résultats que nous obtenons avec ces hétéro-composites semblent indiquer que le différentiel de CTE entre les pièces assemblée limite fortement le bon déroulement des traitements thermiques. Nous avons donc étudié le CTE ainsi que le comportement de notre interface de colle en fonction de la température afin de proposer une composition et un traitement adapté à la réalisation de ces hétéro-composites
In this CIFRE thesis we elaborate a bonding solution, with Cristal Laser and Oxxius companies, for non-linear optical crystals for laser applications. We had to optimize solution’s composition and the bonding process, this resulted in the creation of a bonding robot by our industrial partners. Numerous homo-assemblies bonding tests has been realized with the following crystal pairs of SiO2, Quartz, YAG, KTP, LBO, BBO and RTP. Those homo-assemblies have been thermally treated to stabilize our bonding solution interface and we obtained relatively good results. We also bonded hetero-assemblies with different crystal pairs like YAG/Quartz or SiO2/KTP. The results we get with these hetero-composites suggest that the difference in CTE between the assembled parts greatly limits the smooth heat treatments. We therefore investigated the CTE and the behavior of our adhesive interface depending on the temperature to provide adapted composition and treatment to the realization of these hetero-composites

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Meisterhans, Maïwen. "Développement de composés nano-structurés non-linéaires pour la génération de dynamiques impulsionnelles ultrarapides en cavité LASER fibrée." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCK034/document.

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Abstract:

Mon travail de thèse présenté dans ce mémoire a démarré un nouvel axe de recherche au sein du laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, et s'inscrit dans le programme "Dispositifs pour le traitement de l'information" du Labex ACTION. Ce consortium de recherche vise l'optimisation de toutes les étapes d'un système de traitement d'information, en s'appuyant sur des matériaux nano-structurés et sur des fonctionnalités non-linéaires. Dans ce contexte, cette thèse relève de la génération de signaux optiques dans le proche infrarouge, puisque l'objectif principal est d'hybrider la photonique intégrée à l'optique des LASER en cavité fibrée. Ces LASER innovants hybridant photonique et optique fibrée offrent, de par leur conception, de nombreux avantages particulièrement recherchés dans le domaine des télécommunications, comme par exemple un taux de répétition élevé, supérieur à la centaine de gigahertz, et des impulsions ultracourtes, de l'ordre de la centaine de femtosecondes.L'élément fondamental de l'approche développée durant ma thèse réside dans l'utilisation de micro-résonateurs gravés sur puce. Le matériau constituant ces structures est le siège de phénomènes non-linéaires qu'il est possible d'exalter afin de générer de nouvelles fréquences. De plus, en insérant la microstructure dans une cavité LASER fibrée, elle peut assurer un verrouillage de mode et donc la génération d'impulsions. Le filtrage par mélange à quatre ondes est alors le mécanisme mis en jeu.Ainsi, pour mener à bien ce nouveau projet, un montage de caractérisation a été conçu. Ce dernier comporte un microscope en champ proche dans le but d'analyser le champ électromagnétique se propageant dans la structure gravée sur puce, et plus particulièrement la propagation non-linéaire des modes guidés. En outre, le développement et l'analyse de microstructures ont été réalisés afin d'optimiser les propriétés linéaires et non-linéaires souhaitées. Pour ce faire plusieurs matériaux tels que le silicium-sur-isolant, les verres de chalogénures et les nitrures de silicium ont été expérimentés au travers d'une trentaine d'échantillons.De surcroît des collaborations intra et inter-laboratoires donnent à ce sujet d'étude pluridisciplinaire une grande richesse. Elles ont permis la démonstration de LASER hybrides générant des impulsions avec un taux de répétition de 250 GHz, ainsi que d'imager par microscopie champ proche un élargissement spectral d'une octave dans un guide de nitrure de silicium replié en spirale
My thesis work presented in this doctoral dissertation has started a new research axis within the Carnot Interdisciplinary Laboratory of Burgundy, and is part of the "Information processing devices" program of the Labex ACTION. This research consortium aims to optimize all the steps of an information processing system, using nano-structured materials and non-linear functionalities. In this context, this thesis focuses on the generation of optical signals in the near infrared, with the main objective of hybridizing integrated photonics with fiber laser cavities. These innovative hybrid LASERs offer, by design, many advantages that are particularly sought-after in the field of telecommunications, such as a high repetition rate, greater than 100 GHz, and ultra-short pulses, of the order of 100 fs.The fundamental element of the approach developed during my thesis is the use of on-chip fabricated micro-resonators. The material constituting these structures is the site of non-linear phenomena that can be exalted to generate new frequencies. In addition, by inserting the microstructure into a fiber LASER cavity, it can ensure mode locking and thus pulse generation. Filter driven-four wave mixing is then the mechanism involved.In order to successfully carry out this new project, a full characterization bench was designed. The latter includes a near-field microscope to analyze the electromagnetic field propagating in the on-chip fabricated structure, and more particularly the non-linear propagation of guided modes. In addition, the development and analysis of microstructures were carried out in order to optimize the desired linear and non-linear properties. To do this, several materials such as silicon-on-insulator, chalcogenide glasses and silicon nitrides were tested on about thirty samples.In addition, intra- and inter-laboratory collaborations give this multidisciplinary study subject a great richness. They allowed the demonstration of hybrid LASERs generating pulses with a repetition rate of 250 GHz, as well as the imaging by near-field microscopy of an octave spectral widening in a spiral-folded silicon nitride guide

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Tropheme, Benoit. "Combinaison de faisceaux mutuellement incohérents par amplification paramétrique optique." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00864029.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est d'étudier une technique de combinaison cohérente de faisceaux : l'amplification paramétrique optique (OPA) à multiple pompes. Cette technique permet de transférer instantanément l'énergie de nombreuses pompes en un unique faisceau signal sans stockage d'énergie, et ainsi s'affranchissant d'effets thermiques dans le milieu amplificateur. Ceci peut s'avérer intéressant pour combiner l'énergie de multiples lasers à fibre et réaliser l'amplification à forte cadence de lasers très énergétiques ou d'impulsions à spectre large. A l'aide d'un code de calcul général et d'une étude expérimentale utilisant comme cristal non linéaire du BBO ou du LBO, nous calculons dans un premier temps la localisation des pompes autour du signal à amplifier, ainsi que les tolérances angulaires correspondantes qui déterminent la criticité d'alignement d'une telle configuration. Nous nous intéressons ensuite aux mécanismes de recombinaisons parasites entre une pompe et l'idler correspondant à une autre pompe. Après avoir démontré expérimentalement que ces recombinaisons peuvent dégrader les caractéristiques spatiales et spectrales du signal amplifié, nous montrons qu'il est possible d'éliminer ces risques de couplages néfastes en écartant suffisamment les pompes entre elles. Une modélisation originale de l'OPA multi-pompes suggère de relier ces phénomènes parasites aux effets des réseaux résultant des interactions entre les différentes pompes. La dernière partie présente l'expérience d'OPA à 5 pompes qui nous a permis d'atteindre un rendement de transfert énergétique des pompes vers le signal de 27%, et obtenir ainsi un signal plus énergétique que chaque pompe prise séparément.

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Vinçotte, Antoine. "Propagation non-linéaire d'impulsions laser ultra-courtes dans les milieux transparents." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00134895.

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Abstract:

Nous présentons différents aspects de la propagation d'impulsions laser ultra-courtes
dans les milieux transparents. Tout d'abord, après avoir établi les équations de propagation
à partir des équations de Maxwell, nous rappelons les principaux phénomènes physiques auxquels
sont soumises les impulsions ultra-courtes et de forte puissance se propageant dans un milieu transparent.
Celles-ci subissent de l'auto-focalisation causée par la réponse Kerr du milieu. Cette auto-focalisation
est stoppée par la création d'un plasma produit par l'ionisation photonique des molécules du milieu.
La propagation de l'onde laser génère aussi un supercontinuum par auto-modulation de phase. Enfin,
on rappelle les principaux résultats concernant la filamentation simple ou multiple de l'onde provenant
des inhomogénéités du faisceau et qui a lieu lorsque la puissance initiale du laser est supérieure
au seuil d'auto-focalisation. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons à l'influence de
non-linéarités optiques d'ordre élevé sur la propagation de l'onde et sur la figure de
filamentation créée. Dans une troisième partie, afin de contrôler la filamentation multiple,
nous analysons la propagation de faisceaux particuliers: les impulsions optiques femtosecondes avec gradient
fort et les vortex. Nous justifions les propriétés de robustesse de ces derniers type d'objets
optiques. Enfin, nous examinons la filamentation multiple d'impulsions ultra-courtes à travers une
chambre à brouillard, et dans les cellules d'éthanol dopées à la coumarine, pour différentes
configurations du faisceau.

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Barrailh, Laurioux Karen. "Étude mathématique et numérique de modèles de propagation issus de l'optique non linéaire." Bordeaux 1, 2002. http://www.theses.fr/2002BOR12544.

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Abstract:

Cette thèse se situe dans le cadre de la simulation numérique d'impulsions laser intenses. Afin, d'améliorer la précision des modèles, nous introduisons, par deux approches, des équations de type Schrödinger non linéaires modifiées pour tenir compte de l'étalement du spectre de l'impulsion. La première approche, basée sur une équation singulière, permet d'affiner le modèle de Schrödinger standard. Pour le nouveau modèle, on établit des résultats d'existence et d'unicité de la solution ainsi que des résultats de stabilité. La seconde approche, basée sur la décomposition du spectre de l'impulsion initiale en une partie discrète et une partie continue, a permis d'obtenir un système d'équations de Schrödinger découplées, l'équation pour la partie à spectre continu étant uniquement linéaire. Des résultats d'existence et d'unicité de la solution ainsi que des résultats de stabilité sont aussi établis dans ce cas. Une comparaison numérique des différents modèles est également proposée.

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LANGE, HANS RUDIGER. "Autoguidage dans l'air d'impulsions ultracourtes." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1998. http://www.theses.fr/1998EPXX0038.

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Abstract:

Nous etudions la filamentation des impulsions initiales typiquement d'un diametre de 8 mm, d'une duree de 120 fs et contenant une energie de 2 mj. Dans la partie numerique de la these, un code de differences finies permet la simulation en prenant en compte la diffraction, l'effet kerr optique dans sa reponse instantanee et non-instantanee ainsi que l'ionisation. D'abord, nous avons reconstitue des predictions theoriques comme l'auto-compression de l'impulsion dans les simulations. Puis nous avons developpe une interpretation de la formation des filaments. La formation d'un filament en fonction de la pression, de l'energie et du diametre a ete eclaircie. Dans la partie experimentale, nous avons pu verifier les proprietes principaux des filaments : le diametre de 400 m, la duree de 70 fs, et l'energie d'environ de 10% de l'impulsion initiale. Deux ameliorations du dispositif experimental sont introduit : un diagnostic de la caracterisation de l'impulsion initiale et une nouvelle geometrie pour generer des filaments. Ces deux ameliorations nous ont permis de stabiliser les fluctuations et transformer les filaments dans une source de lumiere intense de la taille d'une dalle optique. Nous avons etudie la formation des filaments en fonction de la pression et de la nature du gaz. Nous avons enfin utilise les filaments pour la premiere fois pour la generation des harmoniques. Dans une experience d'epreuve, nous avons montre la generation des harmoniques d'ordre eleve jusqu'au 23e ordre. Une deuxieme experience permet de survenir le desaccord de phase du a la dispersion entre frequence fondamentale et d'ordre eleve par un quasi-accord de phase avec une lame de silice (montre pour la generation du troisieme harmonique).

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Point, Guillaume. "Energy deposition in air from femtosecond laser filamentation for the control of high voltage spark discharges." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01202982/document.

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Abstract:

La filamentation laser est un régime de propagation optique spectaculaire atteint pour des impulsions dont la puissance crête excède quelques gigawatts dans l’air. Le filament se forme sous l’action de l’effet Kerr optique du milieu traversé qui tend à auto-focaliser le faisceau jusqu’à ce que l’intensité résultante atteigne le seuil d’ionisation du milieu par absorption multiphotonique. Une compétition dynamique complexe s’établit alors entre l’effet Kerr, d’une part, et la diffraction, l’absorption non-linéaire de l’énergie laser et l’effet défocalisant du plasma d’autre part. Il en résulte une réorganisation du profil du faisceau, caractérisée par un coeur mince (100 µm) et intense (10^18 W/m²) pouvant se maintenir sur une distance égale à plusieurs longueurs de Rayleigh. Lorsque la puissance initiale de l’impulsion dépasse largement le seuil de filamentation, on assiste à la formation de plusieurs filaments co-propagatifs au sein du même faisceau, chacun de ces multifilaments possédant des caractéristiques physiques proches de monofilaments isolés. Au cours de sa propagation dans l’air, le filament transfère une partie de l’énergie laser au milieu, principalement via l’excitation rotationnelle Raman des molécules d’air, l’ionisation de l’air et l’effet de Bremsstrahlung inverse au sein du plasma. Cette énergie est redistribuée au cours de la nanoseconde suivant le passage du laser, principalement sous forme d’énergie translationnelle des molécules d’air, c’est-à-dire de chaleur. Le milieu réagit à ce chauffage rapide par la formation d’une onde de pression cylindrique, qui ramène le système à l’équilibre de pression en éjectant de la matière du centre. Il en résulte la formation d’un canal d’air sous-dense et chaud, qui se résorbe par diffusion à des échelles de temps supérieures à la milliseconde. Ma thèse s’est en premier lieu focalisée sur l’étude et l’optimisation du dépôt d’énergie dans l’air par filamentation. J’ai ainsi étudié l’influence des différents paramètres laser, comme l’énergie de l’impulsion, la focalisation employée et la durée d’impulsion sur la densité d’énergie déposée. Pour ce faire, j’ai employé plusieurs diagnostics complémentaires : mesure des ondes de pression à l’aide de microphones, analyse du plasma de filament par spectroscopie et mesure résolue en temps des canaux sous-dense par interférométrie. J’ai ainsi montré en régime de monofilamentation qu’au-delà d’une certaine énergie laser initiale, le dépôt d’énergie devient si important qu’une onde de choc est générée en lieu et place d’une onde sonore, et que les canaux sous-denses résultant ont des durées de vie de l’ordre de 100 ms. J’ai également étudié et caractérisé le régime de multifilamentation à haute énergie, montrant qu’en focalisant modérément l’impulsion, les filaments se réorganisent dans la zone focale pour former des structures plus larges générant un plasma dix fois plus dense que les filaments. Les effets hydrodynamiques engendrés par filamentation entraînent un abaissement transitoire du seuil de claquage électrique de l’air le long du trajet de l’impulsion laser, permettant ainsi de déclencher et de guider des décharges électriques. La seconde partie de ma thèse avait pour objet l’étude et l’optimisation de telles décharges guidées pour la mise au point d’une antenne plasma radio-fréquence, de commutateurs haute tension sans contact ou encore d’un paratonnerre laser. Pour ce faire, j’ai développé et construit un diagnostic plasma interférométrique à deux couleurs permettant de caractériser la durée de vie des plasmas générés. J’ai également participé à une expérience de principe démontrant la possibilité de réaliser une antenne plasma RF à partir d’un filament laser. Enfin, j’ai participé à diverses études expérimentales prospectives dans l’optique du développement d’un paratonnerre laser
Laser filamentation is a spectacular optical propagation regime appearing for pulses of which peak power exceeds a few GW in air. Filament forms due to the optical Kerr effect, which tends to self-focus the beam until intensity reaches the medium ionization threshold by multiphoton absorption. A complex dynamic competition is then established between the Kerr effect on the one hand, and diffraction, nonlinear absorption and plasma defocusing effect on the other hand. This results in a reorganization of the beam profile, characterized by a thin (100 µm) and intense (10^18 W/m²) core able to propagate over a distance much longer than the Rayleigh length. When the initial pulse peak power largely exceeds filamentation threshold, several co-propagating filaments are formed in the same beam, with each of these multifilaments sharing physical properties of isolated single filaments. While propagating in air, filaments transfer a portion of the laser energy to the medium, mainly through Raman rotational excitation of air molecules, ionization and inverse Bremsstrahlung in the plasma. This energy is redistributed in one nanosecond and almost entirely converted into air molecule translational energy, that is heat. The medium reacts to this rapid heating by launching a cylindrical pressure wave that brings the system back to pressure equilibrium by ejecting matter from the center. This results in the formation of a hot underdense air channel, which slowly resorbs by diffusion at timescales > 1 ms. My work as a Ph. D. Student first focused on the study and the optimization of laser energy deposition in air by filamentation. Thus, I investigated the influence of laser parameters such as pulse energy, focusing strength or pulse duration on deposited energy. To this purpose, I used several complementary diagnostics: study of pressure waves using microphones, characterization of the filamentation plasma by means of spectroscopy and time resolved study of underdense air channels using interferometry. I demonstrated in the single filamentation regime that above a given pulse energy, energy deposition becomes so important that the medium generates a shock wave instead of a sound wave, and that underdense channels can last for more than 100 ms. I also studied and characterized the high energy multifilamentation regime, showing that moderately focusing the pulse leads to a reorganization of filaments in the focal zone, generating large structures with a resulting plasma ten times denser than filaments. Filamentation-induced hydrodynamic effects lead to a transient reduction of the air breakdown voltage along the path of the laser pulse, enabling one to trigger and guide electric discharges. The second part of my thesis focused on the study and the optimization of such guided discharges for the design of a radio-frequency plasma antenna, contactless high-voltage switches or a laser lightning rod. To this purpose I developed and built an interferometric plasma diagnostic, allowing to measure the lifetime of generated plasmas. I also contributed to the proof of principle for a filament induced plasma antenna emitting RF signal. Finally, I took part to prospective experimental studies for the development of a laser lightning rod

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Ermeneux, Frank-Sébastien. "Cristallogénèse, spectroscopie optique (linéaire et non-linéaire) et propriétés laser des composés Y2O3 et YVO4 dopés par les ions Nd3+, Er3+ ou Tm3+." Lyon 1, 1999. http://www.theses.fr/1999LYO10226.

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Abstract:

Ce travail s'insere, pour l'essentiel, dans la recherche de nouveaux materiaux laser pompes par diodes et emettant a des longueurs d'onde variees. En particulier, de nombreuses applications necessitent des emissions vers 1 ; 1. 5 ou 2 m (emission dans les domaines de securite oculaire ou d'absorption de l'eau, lasers de puissance etc. ). Nous nous sommes interesses aux composes y 2o 3 et yvo 4 et aux trois ions dopants nd 3 +, tm 3 + et er 3 +. Les systemes a base de yvo 4 sont, en general, adaptes au pompage par diodes car ils presentent des bandes d'absorption larges et intenses et des sections efficaces d'emission stimulee elevees. Les systemes a base de y 2o 3 sont, quant a eux, interessants pour leurs proprietes thermiques (laser de puissance) et les faibles energies de phonon de la matrice. Le premier chapitre de ce memoire decrit la cristallogenese de nos composes. Chaque matrice est synthetisee par deux methodes: la methode lhpg (laser heated pedestral growth) et la methode du flux. Nous detaillons ensuite la caracterisation du systeme yvo 4 : nd 3 + par des techniques de spectroscopie lineaire (chapitre ii) et non-lineaire (chapitre iii). Le systeme est alors etudie d'une facon plus globale, en tant que materiau laser, mais egalement pour d'autres applications telles que, par exemple, le stockage ou le traitement optique de l'information. Des resultats importants sont obtenus qui mettent en evidence les proprietes tres favorables de yvo 4: nd 3 + pour l'ensemble de ces applications. La troisieme phase de ce travail developpe les proprietes spectroscopiques et laser dans le proche infra-rouge des composes y 2o 3 et yvo 4 dopes par les ions er 3 + (chapitre iv) et tm 3 + (chapitre v). Le systeme yvo 4 monodope par des ions er 3 + semble etre un excellent candidat pour favoriser l'emission laser autour de 1. 5 m apres pompage vers 980 nm. Le systeme y 2o 3 monodope par des ions tm 3 + est particulierement mis en avant pour ses qualites en tant que materiau laser autour de 2 m.

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Mallek-Bouras, Djouher. "Etude de l'effet Brillouin en cavité laser." Angers, 2011. http://www.theses.fr/2011ANGE0008.

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Abstract:

Cette étude va servir à comprendre la source des instabilités observées expérimentalement dans les lasers à fibre de puissance. La première partie de ce travail est consacrée a la mise en oeuvre d'un modèle cinétique qui décrit l'évolution spatio-temporelle de l'intensité d'un laser de puissance à fibre dopée ytterbium en présence de la DBS. La cavité de ce laser est de type Fabry Pérot. Elle est constituée de deux miroirs ce qui conduit à l'existence de deux ondes laser (aller-retour) qui se propagent en sens contraire, ainsi que de deux ondes Stokes associées aux ondes laser. La présence de toutes ces ondes sous la courbe de gain nécessite la prise en compte de la saturation croisée entre les ondes laser et les ondes Stokes. Le résultat original le plus important de cette étude est qu'en présence de la diffusion Brillouin stimulée, le laser à fibre de puissance dopée ytterbium présente un fonctionnement auto-impulsionnel dans le cas d'une cavité à forte pertes sans aucun absorbant saturable. Pour le cas d'une bonne cavité où cavité à faibles pertes la dynamique présente un fonctionnement continu quel que soit le taux de pompage, ce qui est conforme aux observations expérimentales. Dans Ia deuxième partie nous avons étudié numériquement l'influence de la diffusion BriIlouin dans une cavité laser à faibles pertes, en utilisant le modèle des amplitudes couplées et en tenant compte de la dynamique de l'onde acoustique. Des fonctionnements dynamiques riches et complexes sont observés
This study serves to understand the origin of the instabilities observed experimentally in the high power double cladding fiber lasers. The irnplementation of a kinetic model which describes the spatiotemporal evolution of the intensity of a high power fiber laser in the presence of the scattering Brillouin was studied in the first part. The Fabry-Perot laser cavity was considered. It is established by two rnirrors what drives to the existence of two laser waves which propagate in opposite sense, as well as of two Stokes waves associated with the waves lasers. The presence of al1 these waves under the curve of gain requires the consideration of the saturation crossed between the waves laser and the waves Stokes. The most important original result of this study is that in the presence of the stimulated scattering Brillouin, the ytterbium doped fiber laser presents an auto-impulsive functioning in the case of a cavity to strong losses without any absorbent saturable. For the case of cavity with low losses the dynamics presents a continuous functioning whatever the rate of pumping. The f i e n c e of the stimulated scattering Brillouin in a laser cavity with low losses was studied numerically in the second part, by using the model of the coupled amplitudes and by taking into account the dynamics of the acoustic wave. Rich and complex dynamic are observed

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Evain, Clément. "Dynamique de sources sur accélérateur : contrôle de «structures turbulentes» dans les lasers à électrons libres et étude du rayonnement synchrotron cohérent induit par laser." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10171/document.

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Abstract:

Nous présentons dans cette thèse deux études liées à la dynamique de sources sur accélérateur. La première étude concerne le contrôle de structures turbulentes apparaissant dans des lasers à électrons libres (LEL), et plus généralement dans les systèmes spatio-temporels soumis à une dérive. Dans ces systèmes, lorsque la dérive devient trop importante, des structures induites par du bruit apparaissent, et rendent le système instable. Nous montrons qu'une simple rétroaction avec un décalage spatial permet de rendre le régime régulier. Un fait remarquable est que le gain nécessaire à la ``stabilisation'' est extrêmement faible, 10 puissance - 8 pour l'expérience sur le LEL de UVSOR au Japon.La deuxième étude traite du rayonnement synchrotron cohérent (CSR) induit par laser dans un anneau de stockage. Nous montrons dans un premier temps qu'en imprimant un motif périodique dans l'espace des phases du paquet d'électrons avec une impulsion laser externe, il est possible d'obtenir un rayonnement synchrotron cohérent, étroit spectralement, et accordable dans le domaine térahertz. Un rayonnement crête jusqu'à 10 000 fois supérieur au rayonnement classique (incohérent) a été mesuré à UVSOR. Dans un deuxième temps, nous montrons que cette interaction laser/électrons permet d'obtenir des informations sur l'instabilité CSR, instabilité qui apparaît lorsque la densité du paquet d'électrons dépasse une valeur seuil. En particulier, nous montrons expérimentalement, par l'observation de précurseurs, que l'instabilité naît à partir de l'amplification de certaines longueurs d'ondes
In this thesis, we present two studies on the dynamics of accelerator-based sources.The first study concerns the control of ``turbulent patterns'' which appear in some free electron lasers (FEL), and more generally in spatio-temporal systems submitted to a permanent drift. Large drift velocities typically lead to a particular type of instability, characterized by the appearance of noise sustained structures. We show that this type of turbulent behavior can be suppressed by adding a non-local additive feedback. As a remarkable fact, the gain needed for the ``stabilization'' can be extremely small, 10 power -8 for the experiments performed on the UVSOR-II FEL in Japan.The second study is devoted to laser-induced coherent synchrotron radiation (CSR) in a storage ring. In a first step, we show that it is possible to imprint a periodic pattern in the electron bunch phase-space using an external laser. This allow to obtain a tunable coherent emission (CSR) in the terahertz range. Terahertz pulse energy larger by a factor 1000-10 000 with respect to normal (incoherent) synchrotron radiation were thus measured at UVSOR-II. In a second step, we show that this laser-electron beam interaction allows to obtain new information on the CSR instability, which appears when the electron bunch density exceeds a threshold value. In particular, we show experimentally, with the observation of instability precursors, that the instability arises from the amplification of some characteristic wavenumbers

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Rigneault, Hervé. "Perturbations photo-induites dans les couches minces diélectriques soumises à un flux laser de puissance." Aix-Marseille 3, 1993. http://www.theses.fr/1993AIX30074.

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Abstract:

Diverses methodes sont envisagees pour etudier les variations photo-induites des proprietes optiques des materiaux dielectriques en couches minces lorsqu'ils sont soumis a un flux laser de puissance. On rappelle tout d'abord differentes origines possibles de ces variations en s'attachant plus particulierement a celles responsables d'une variation d'indice qui suit l'intensite lumineuse (effet non lineaire de type kerr optique localise). Une etude theorique basee sur l'electromagnetisme est ensuite menee pour determiner les aptitudes de chacune des configurations experimentales envisagees a detecter les consequences d'un effet de type kerr optique dans la couche. On s'attache ensuite a decrire la mise en uvre des appareillages developpes. Il apparait alors que la technique du coupleur a prisme a reflexion totale est la mieux adaptee a notre etude. On obtient, dans ce cas, des lignes sombres dans le faisceau reflechi correspondant a l'excitation des modes guides dans la structure planaire couplee au prisme. Avec la theorie developpee; on interprete les perturbations de ces lignes sombres avec la puissance lumineuse incidente. On determine ainsi les coefficients d'indice de refraction non lineaires de differents materiaux en couches minces pour un eclairement laser continu et impulsionnel. On trouve que ces coefficients dependent du materiau considere et de la technique utilisee pour le depot (evaporation-condensation classique, assistee par faisceau d'ions, assiste par plasma)

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Böhle, Frederik. "Near-single-cycle laser for driving relativistic plasma mirrors at kHz repetition rate - development and application." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX116/document.

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Abstract:

Les impulsions laser ultrabrèves nous permettent de suivre en temps réel les phénomènes ultrarapides au sein de la matière à l’échelle microscopique. C’est précisément pour l’invention de la chimie à l’échelle femtoseconde, ou femtochimie, qu’Ahmed Zewail se vit décerner le prix Nobel de chimie en 1999. Depuis les utilisateurs du laser cherchent à augmenter la résolution temporelle, c’est-à-dire réduire la durée des impulsions laser. Aujourd’hui, nous savons générer des flashs lumineux à l’échelle attoseconde dans le domaine spectral de l’extrême ultraviolet (XUV) mais l’efficacité de génération reste faible et le développement de sources laser attosecondes intenses constitue un sujet de recherche très actif sur le plan international.Notre groupe au LOA se concentre sur la génération d’impulsions attoseconde sur miroir plasma en régime relativiste. Pour cela, il cherche à développer une source d’impulsions femtosecondes à forte cadence et fort contraste et suffisamment énergétiques pour atteindre des intensités relativistes (>> 10^18W/cm2) lorsqu’elles sont fortement focalisées sur un plasma surdense. Un plasma surdense réfléchit la lumière incidente et par conséquent agit comme un miroir qui se déplaçant à vitesse relativiste et qui comprime l’impulsion incidente, produisant ainsi un flash attoseconde par cycle optique. En utilisant des impulsions proches d’un cycle optique, il est donc envisageable de générer une seule impulsion attoseconde intense pendant l’interaction.Dans la première partie de mon travail de thèse, j’ai réalisé un compresseur nonlinéaire pour réduire la durée des impulsions issues d’une chaîne à double dérive de fréquence (10mJ, 25fs, 1kHz) à phase enveloppe-porteuse (CEP) stabilisée. En propageant les impulsions du laser à haute intensité dans une fibre creuse remplie de gaz rare, j’ai réussi à générer des impulsions de 1.3 cycle optique avec une puissance crête autour de 1TW avec une CEP stabilisée. Dans un deuxième temps, j’ai mis en forme spatialement et temporellement les impulsions issues du compresseur à fibre pour générer à la fois des impulsions attosecondes intenses et des faisceaux d’électrons énergétiques sur un miroir plasma à gradient de densité contrôlé. Ces expériences nous permis, pour la première fois, de mettre en évidence la production d’impulsions attosecondes isolées dans l’XUV, l’émission corrélée de faisceaux d’électrons énergétiques en régime relativiste ainsi qu’un nouveau régime d’accélération d’électrons à très long gradient plasma
Very short light pulses allow us to resolve ultrafast processes in molecules, atoms and condensed matter. This started with the advent of Femtochemistry, for which Ahmed Zewail received the Novel Prize in Chemistry in 1999. Ever since, researcher have been trying to push the temporal resolution further and we have now reached attosecond pulse durations. Their generation, however, remains very challenging and various different generation mechanisms are the topic of heated research around the world.Our group focuses on attosecond pulse generation and ultrashort electron bunch acceleration on solid targets. In particular, this thesis deals with the upgrade of a high intensity, high contrast, kHz, femtosecond laser chain to reach the relativistic interaction regime on solid targets. Few cycle driving laser pulses should allow the generation of intense isolated attosecond pulses. A requirement to perform true attosecond pump-probe exeriments.To achive this, a HCF postcompression scheme has been conceived and implemented to shorten the duration of a traditional laser amplifier. With this a peak intensity of 1TW was achieved with near-single-cycle pulse duration. For controlled experiments, a vacuum beamline was developed and implemented to accurately control the laser and plasma conditions on target.During the second part of this thesis, this laser chain was put in action to drive relativistic harmonic generation on solid targets. It was the first time ever that this has been achieved at 1 kHz. By CEP gating the few-cycle-pulses, single attosecond pulses were generated. This conclusion has been supported by numerical simulations. Additionally a new regime to accelerate electron bunches on soft gradients has been detected

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Diblanc, Frédérique. "Conversion de fréquences optiques appliquée au blocage de modes d'un laser Nd/YAG impulsionnel et à l'analyse spectrale large bande." Limoges, 1996. http://www.theses.fr/1996LIMO0012.

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Abstract:

La premiere partie des travaux presentes correspond a la realisation d'impulsions breves de fortes puissances a partir d'un laser nd/yag impulsionnel. Dans les lasers existant actuellement, ces breves impulsions sont obtenues en utilisant un absorbant saturable comme dispositif passif de blocage de modes en phase. Ce colorant presentant differents inconvenients, nous avons effectue une etude theorique et experimentale d'un autre systeme passif de blocage de modes en phase. Ce nouveau dispositif constitue un miroir non lineaire dont la reflectivite evolue avec la densite de puissance. Il est constitue d'un miroir dichroique et d'un cristal non lineaire utilise a l'aller en doubleur de frequence, et au retour en amplificateur parametrique. Il presente differents avantages tels que sa simplicite, sa durabilite et son utilisation dans un large domaine spectral. Son etude a mis en evidence l'influence de plusieurs parametres importants tels que la reflectivite lineaire du miroir dichroique ou l'orientation de la polarisation du champ incident au cristal dans le cas d'un accord de phase de type ii. En effet nous avons montre que par un choix correct de cette orientation, un coefficient de reflexion du miroir non lineaire de plus de 80% peut etre obtenu pour une reflectivite de 10% du miroir dichroique. Son application au blocage de modes en phase d'un laser nd/yag impulsionnel a permis d'obtenir des impulsions de 18ps. Cette performance est plus interessante que les resultats publies a ce jour. La seconde partie est consacree a une autre application de la conversion de frequence, a savoir l'analyse spectrale large bande. En effet la conversion realise un transfert en longueur d'onde d'un signal de spectre etendu vers un domaine spectral ou les detecteurs ont de bonnes sensibilites. Un dispositif optique permettant d'obtenir la conversion de maniere simultanee des differents composants d'une onde a spectre large est presente. Un logiciel a ete developpe afin de determiner les conditions experimentales ideales

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Lépine, Thierry. "Différentes contributions aux lasers, à l'optique non linéaire, et à l'optique instrumentale." Habilitation à diriger des recherches, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00353847.

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Abstract:

J'ai soutenu ma thèse en 1991, au sein du groupe d'optique non linéaire de l'Institut d'Optique (groupe dirigé par le professeur Alain Brun). Le sujet était : "Étude et réalisation de lasers solides à modes couplés (YAG dopé néodyme et saphir dopé titane), compression d'impulsions". Au cours de ces travaux, j'ai travaillé sur la conception et le développement de nouvelles sources laser à impulsions très brèves (picosecondes et femtosecondes). En particulier, à cette époque, l'apparition du laser à saphir dopé titane femtoseconde est apparue très novatrice pour tous les laboratoires concernés. Il s'agissait de la première thèse soutenue en France sur ce sujet.
En 1991 et 1992, j'ai travaillé (en CDI) à Thales Optronics (Guyancourt), au sein de la direction scientifique. Je me suis intéressé aux développements des radars laser, ainsi qu'aux nouvelles sources " laser " basées sur les effets paramétriques.
En octobre 1992, j'ai été recruté comme maître de conférences au sein de l' École Supérieure d'Optique. J'ai tout naturellement poursuivi le développement de nos sources laser et leurs adaptations aux besoins de nos recherches menées dans le cadre de l'étude des propriétés optiques non linéaires de différentes classes de matériaux. Avec l'équipe, nous nous sommes donc attachés à améliorer leurs performances, notamment en leur apportant une plus grande fiabilité pour qu'elles deviennent réellement des outils pour nos expériences.
Les nouveaux besoins en longueurs d'onde qui ne pouvaient pas être issues directement d'un laser m'ont conduit à m'intéresser aux effets non linéaires, et plus particulièrement au mélange à trois ondes (amplification et oscillation paramétrique), en régime femtoseconde puis nanoseconde.
Ces nouvelles sources ont conduit à des applications originales. En particulier, l'étude de l'amplification paramétrique en régime femtoseconde a débouché sur la possibilité de voir à travers les milieux diffusants. Nous avons aussi utilisé ces sources pour étudier la dynamique femtoseconde de films minces de VO2.
En 1999-2000, j'ai eu l'opportunité de rejoindre en tant " qu'opticien expert " un groupe de travail consacré à la mission spatiale Darwin (coronographie interférentielle). Ce groupe ne comprenait pas d'opticien instrumentiste, et les compétences que j'avais acquises à travers mes enseignements se sont révélées de plus en plus utiles. J'ai donc progressivement abandonné ma première activité " lasers, optique non linéaire et applications ", pour m'investir de plus en plus dans l'équipe " exoplanètes " dirigée par Alain Léger, à l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS) d'Orsay.
En septembre 2003, j'ai quitté Orsay, pour venir travailler à plein temps au sein de la nouvelle antenne de l'Institut d'Optique, à Saint Étienne. J'ai néanmoins poursuivi ma collaboration avec IAS, et commencé mon intégration au sein du laboratoire TSI (Traitement du signal et Instrumentation, UMR 5516).
Cette synthèse des travaux auxquels j'ai participé comprend trois parties : une première sur les sources laser et l'optique non linéaire, une deuxième sur les applications des sources développées au laboratoire et enfin la dernière sur l'imagerie haute résolution et haute dynamique.

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Santran, Stéphane. "Caractérisation non linéaire de composants optiques d'une chaîne laser de forte puissance." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009578.

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Abstract:

Ce travail porte sur la réalisation de prototypes de mesure des propriétés optiques non linéaires de verres dans le proche infrarouge et dans le visible. Les montages réalisés sont des expériences pompe sonde colinéaires résolues en temps dans lesquelles la susceptibilité non linéaire est déduite des variations de l'intensité du faisceau sonde induites par un couplage entre les faisceaux pompe et sonde dans le matériau. La sensibilité de ces expériences ont permis entre autre d'observer des variations inattendues, supérieures à 30%, des indices non linéaires de différentes silice fondue, d'analyser les origines de la non linéarité de verres d'oxydes prometteurs pour les applications tout optique et de comprendre et mesurer les processus non linéaire dans les diodes dites « à deux photons ». Enfin, une architecture originale pour la mesure d'indice non linéaire en configuration non dégénérée par une approche de mesure de phase de l'impulsion sonde à l'aide d'un interféromètre de Sagnac est proposée et analysée.

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Berberian, Delsalle Tiphaine. "Nouvelle source laser pour des applications en neuroscience." Thesis, université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASP011.

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Abstract:

Les neurosciences, dont l'objectif à terme est de guérir les maladies neurodégénératives, sont en train de vivre de grandes avancées transformationnelles. Parmi celles-ci, on note le développement de capteurs neuronaux efficaces permettant la détection de potentiels d’action individuels ainsi que l'apparition de nouveaux actuateurs optogénétiques. L'existence de sources laser femtoseconde, plus ou moins énergétiques, dans la gamme spectrale d'absorption à 2 photons de ces molécules permet une investigation tout-optique de réseaux de neurones in vivo et en 3D.Le manuscrit s'inscrit dans un projet faisant collaborer différents acteurs dans le domaine de la Recherche : le Laboratoire Charles Fabry pour l'aspect laser et l'Institut de la Vision pour la réalisation d'images biologiques inédites sur des sujets in vivo, ainsi que dans le domaine industriel : Amplitude Systèmes, leader mondial dans les lasers à fibres femtoseconde, et ALPhANOV, association à but non lucratif qui développe et intègre des systèmes optiques. Le but est de réaliser un outil permettant une activation multicellulaire en 3D suivi d’un diagnostique permettant d’analyser la réponse neuronale à l’échelle de la milliseconde. Pour cela, je présente le développement d'un laser spécifique (avec des impulsions de durée suffisamment courte et intense) permettant une excitation à 2 photons parallélisée. De plus ce laser émet dans la gamme spectrale des bio-activateurs et biocapteurs utilisés, ce qui en fait une source totalement originale.Le développement de ce laser femtoseconde à base de fibre thulium est détaillé. Ce laser dispose de deux sorties : une sortie haute cadence pour l'imagerie et une sortie haute énergie pour la photo-activation. Cette thèse comporte un volet expérimental et technologique important lié à la conception et à l’analyse de sources laser impulsionnelles. Les performances démontrées ici pour la voie haute cadence est l'émission d'une puissance de 10 W autour de 1950 nm à une cadence de 40 MHz. La voie haute énergie développée, quant à elle, a permis à démontrer la génération d'impulsions de 10 µJ autour de 1950 nm. Une fois la conversion en fréquence effectués les performances obtenues sont suffisamment prometteuses pour déclencher des premiers tests sur des échantillons biologiques
Neurosciences, whose ultimate goal is to cure neurodegenerative diseases, are undergoing major transformational advances. Among these is the development of efficient neural sensors allowing the detection of individual action potentials as well as the emergence of new optogenetic actuators. The existence of femtosecond laser sources, more or less energetic, in the 2-photon absorption spectral range of these molecules allows an all-optical investigation of neural networks in vivo and in 3D.The manuscript is part of a project involving different actors in the field of Research: the Laboratoire Charles Fabry for the laser aspect and the Institut de la Vision for the production of previously unseen biological images on subjects in vivo, as well as in the industrial field: Amplitude Systèmes, world leader in femtosecond fiber lasers, and ALPhANOV, a non-profit association which develops and integrates optical systems. The goal is to produce a tool allowing multicellular activation in 3D followed by a diagnostic allowing the analysis of the neuronal response at the millisecond scale. For this, I present the development of a specific laser (with pulses of sufficiently short and intense duration) allowing parallelized 2-photon excitation. In addition, this laser emits in the spectral range of the bio-activators and biosensors used, which makes it a completely original source.The development of this femtosecond laser based on thulium fiber is detailed. This laser has two outputs: a high speed output for imaging and a high energy output for photo-activation. This thesis includes an important experimental and technological part related to the design and analysis of pulsed laser sources. The performance demonstrated here for the high repetition rate channel is the emission of a power of 10 W around 1950 nm at a rate of 40 MHz. The high-energy channel developed, for its part, made it possible to demonstrate the generation of pulses of 10 µJ around 1950 nm. Once the frequency conversion has been carried out, the performance obtained is sufficiently promising to trigger initial tests on biological samples

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Lapre, Coraline. "Caractérisation des régimes de stabilité et instabilité des lasers à soliton dissipatif avec dynamiques soliton-similariton et régénération Mamyshev." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2021. http://www.theses.fr/2021UBFCD053.

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Abstract:

Les lasers ultrarapides produisant des impulsions picosecondes et sub-picosecondes sont connus pour présenter un riche éventail de dynamiques non linéaires qui sont d'un grand intérêt tant du point de vue fondamental qu'appliqué. Bien que les instabilités dans les lasers ultrarapides aient été étudiées depuis plusieurs décennies, le développement récent de techniques de mesure avancées a ouvert de nouvelles perspectives dans leur analyse. Dans cette thèse, nous présentons une étude expérimentale des régimes de dynamiques complexes appliquée à deux différentes classes de lasers à fibre impulsionnels fonctionnant autour de 1550 nm : un laser soliton-similariton, et un oscillateur de Mamyshev. Dans les deux cas lors du régime stable, notre caractérisation se base sur la technique d'autocorrélation résolue en fréquence (FROG) qui fournit l’accès aux mesures complètes de l'intensité et du chirp. En présence d’instabilités, nous appliquons la technique de transformée de Fourier dispersive qui nous permet d’enregistrer en temps réel les fluctuations spectrales tour par tour. Pour le laser soliton-similariton, le fonctionnement stable est associé à des impulsions de 7 à 10 ps de largeur spectrale de 30 nm et de puissance de sortie moyenne de 0,32 mW à 9,5 MHz. Les instabilités observées dans le laser à soliton-similariton comprennent des molécules solitons, de l'intermittence complexe, et des états multi-impulsionnels. Pour l'oscillateur de Mamyshev, le fonctionnement stable est associé à des impulsions de 3 à 5 ps de largeur spectrale de 90 à 100 nm et à une puissance de sortie moyenne de ~4 mW à 6,37 MHz. Nous présentons également des résultats sur la caractérisation du régime "noise-like pulse" avec l'ajout d'une fibre hautement non linéaire dans la cavité soliton-similariton associé à un spectre large bande couvrant 1000 nm. En plus de présenter une série de résultats expérimentaux, des simulations numériques ont également été utilisées afin de faciliter la compréhension du fonctionnement des systèmes étudiés
Modelocked ultrafast lasers producing picosecond and sub-picosecond pulses are well known to exhibit a very rich landscape of nonlinear dynamics that are of tremendous interest from both fundamental and applied perspectives. Although such instabilities from ultrafast laser have been studied for many decades, the recent development of advanced photonic measurement techniques has opened up new perspectives into their analysis. In this thesis, we report a detailed experimental study of the complex dynamical regimes of two different optical fibre laser systems operating around 1550 nm: a soliton-similariton laser, and a Mamyshev oscillator. In both cases, we use the time-frequency technique of frequency resolved optical gating for complete intensity and chirp characterisation in stable regimes of operation, and the real-time dispersive Fourier transform method to characterize shot-to-shot spectral fluctuations. For the particular case of the soliton-similariton laser, stable operation yields from 7 to 10 ps pulses of 30~nm spectral width and 0,32 mW average output power at 9,5 MHz. Instabilities seen in the soliton-similariton laser include novel startup, the generation of coupled soliton molecules, the emergence of complex intermittence and chaos, and the appearance of multipulse states. For the case of the Mamyshev oscillator, stable operation yields from 3 to 5 ps pulses of 90 à 100 nm spectral width and ~4 mW average output power at 6,37 MHz. We also present results on the characterization of the Noise-Like Pulse regime of the soliton-similariton laser with the addition of highly nonlinear fiber in the cavity, which generates broadband output spanning 1000 nm. As well as presenting a range of experimental results, numerical simulations are used to gain insight into the operation of the laser systems studied

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Galtier, Sandrine. "Spectroscopie haute précision de la transition 1S-3S de l'atome d'hydrogène en vue d'une détermination du rayon du proton." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066554/document.

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Abstract:

La précision des calculs théoriques d'électrodynamique quantique dans l'atome d'hydrogène est actuellement limitée par la constante de Rydberg et la distribution de charge du proton. La comparaison entre ces calculs et les mesures expérimentales de deux fréquences de transition dans l'hydrogène permet d'extraire ces deux constantes. La mesure de la transition 1S-2S est la plus précise à ce jour avec une incertitude relative de 10-15. L'objectif de mon travail de recherche est d'améliorer la précision de mesure de la fréquence de la transition 1S-3S, pouvant être utilisée comme la deuxième mesure nécessaire.La transition 1S-3S est sondée par une excitation à deux photons à 205 nm, permettant de s'affranchir de l'effet Doppler du 1er ordre. Ce faisceau UV est produit par somme de fréquence dans un cristal non linéaire. L'onde lumineuse délivrée par un laser Titane-saphir à 894 nm est sommée avec un faisceau à 266 nm produit par doublage d'un laser Nd-YO4. Cette somme de fréquence délivre un faisceau continu à 205 nm d'une puissance de 15 mWLa distribution de vitesse du jet atomique, dont la connaissance est indispensable pour évaluer l'effet Doppler du 2ème ordre, est déterminée grâce à l'effet Stark motionnel où l'action d'un champ magnétique produit un décalage en fréquence quadratique en vitesse.Les fréquences des deux lasers sources sont mesurées à l'aide un peigne de fréquence optique.La fréquence de la transition 1S-3S est finalement déterminée avec une incertitude relative de 10-12. Sa valeur conduit à une valeur préliminaire du rayon du proton qui serait en contradiction avec celle préconisée par le CODATA
The uncertainty of the Quantum Electrodynamics calculations for hydrogen atom is currently limited by the knowledge of the Rydberg constant and the proton charge radius. Those two quantities can be extracted from the comparison between the theoretical predictions and two different frequency measurements on hydrogen.The 1S-2S transition frequency is one measured with the highest resolution with a relative uncertainty of 10-15. The aim of this thesis is to improve the determination of the 1S-3S transition, which can be used as the second precise measurement. The 1S-3S two-photon transition is excited at 205 nm. This UV light beam is generated by frequency mixing in a non-linear crystal. An 894 nm light delivered by a Ti:Sa laser is mixed with a 266 nm light beam generated by a quadrupled Nd:YVO4 laser. A reliable 15 mW continuous radiation at 205 nm is then produced. The frequencies of both lasers are measured simultaneously using an optical frequency comb referenced to a cesium clock. To evaluate the second-order Doppler effect, the velocity distribution of the atomic beam is determined thanks to a motional Stark effect. This effect is realized with a static magnetic field which induces a velocity-dependent quadratic frequency shift. Finally, the frequency of the 1S-3S transition is determined with a relative uncertainty of 10-12 which is accurate enough to contribute to the “proton size puzzle”. However, depending on the velocity distribution used in the analysis, the obtained value agrees or not with the present recommended CODATA value

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Dissertations / Theses on the topic 'Optique non linéaire Laser visible'

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