Academic literature on the topic 'Synthèse d'onde optique'

Un limiteur optique (OPL) est un dispositif capable de modifier ses propriétés optiques en fonction de la puissance lumineuse incidente. Idéalement transparent à faible puissance, l’OPL voit sa transmission chuter lorsque l’énergie incidente augmente, permettant ainsi de protéger un détecteur optique placé derrière lui de dommages temporaires ou permanents.Cette thèse présente la synthèse de chromophores de la famille des aza-bodipy ayant des propriétés de limitation optique dans la gamme spectrale des télécommunications, en particulier autour de 1500 nm. Les propriétés de limitation optique de ces aza-bodipy sont basées simultanément sur de l’absorption à deux photons, et de l’absorption à l’état excité.Une partie de cette thèse propose la synthèse d’aza-bodipy pour l’étude et l’amélioration de leurs propriétés d’absorption à deux photons et d’absorption à l’état excité afin d’optimiser leurs performances de limitation optique. Une étude portant sur la solubilité de ces composés a également été menée. Une deuxième partie présente l’utilisation de ces chromophores dans des matériaux hybrides et l’optimisation de ces derniers. Le développement de matériaux sol-gel de classe II a notamment permis d’augmenter de façon spectaculaire la concentration maximale de dopage en chromophore, résultant en une forte amélioration des performances de limitation optique par rapports aux matériaux précédents décrits
An optical power limiter (OPL) is a device which can change its optical properties depending on the input light power. Ideally transparent at low incident power, the OPL transmission decreases when the incident power rises, allowing the protection of an optical detector placed beyond the OPL and avoiding temporary or permanent damages. This thesis presents the synthesis of aza-bodipy dyes with OPL properties in the telecommunication spectral range, particularly around 1500 nm. The OPL properties of these aza-bodipy dyes are based on simultaneous two-photon absorption and excited state absorption.The first part of this thesis describes the synthesis of new aza-bodipy dyes for the study of two photon absorption and excited state absorption enhancement in order the optimize the OPL performances of the dyes. A study about aza-bodipy solubility has also been conducted.The second part of this thesis presents the use of aza-bodipy chromophores in new optimized sol-gel hybrid materials. Class-II sol-gel materials development permitted to spectacularly increase the maximum dye-doping concentration, which resulted in a strong enhancement of the OPL properties compared to previously described materials

Pour permettre des images haute résolution sur le Soleil, le projet SOLARNET prévoit un système interféromètrique à trois télescopes. Ainsi tout en limitant poids et encombrement, la résolution spatiale de l'instrument est améliorée si un alignement et un cophasage précis des trois télescopes est maintenu. Un système de filtrage spectral de type double monochromateur est également prévu pour permettre une haute résolution spectrale. Pour valider les principes de l'instrument ainsi que de ses systèmes de correction de front d'onde, un banc optique de démonstration à échelle réduite été monté à l'observatoire de Meudon. Après avoir rappelé les caractéristiques de l'instrument SOLARNET ainsi que la raison de ces choix techniques, je décris dans ce document le banc optique de démonstration ainsi que ses réglages d'alignement. Je détaille alors plus particulièrement le système de correction de pointage de chaque télescope et en étudie les performances à partir de simulations et de tests directs sur le Soleil. Cette étude met en évidence la limitation du niveau de correction du pointage du à une limitation de la rapidité des miroirs. Le système de cophasage est basé sur une mesure interféromètrique en lumière blanche. Des simulations m'ont permis de mieux cerner le fonctionnement du système et de mettre en exergue un risque de biais sur la mesure. Si les tests expérimentaux confirment l'existence de ce biais, il faudra alors envisager un système de correction de phase supplémentaire. Les caractéristiques simulées de ce défaut en fonction des paramètres de la source et de l'instrument forment une première base sur laquelle s'appuyer pour la définition de ce nouveau système
To reach a high spatial resolution on solar observation, an interferometric system made of three telescopes is proposed. This optical aperture synthesis method let us improve the spatial resolution without being limited by the weight or the size of the instrument. Some pointing and cophasing systems are needed to keep a good image quality. High spectral resolution is reached with a system composed of 2 identical gratings. An optical bench has been installed in the Meudon Observatory to demonstrate the validity of the instrument's technical concepts. In this document, I first introduce the characteristics and the reasons of SOLARNET's technical concepts. In the second part, I present the optical bench and detail the alignment methods and their precisions. The third part is dedicated to the pointing system. I study the closed loop, do some simulations and experimental tests that show that the limited correction is due to the limited speed of the mirror. I then present the cophasing system that uses white light interferometric measurement. Simulation of this system show that there is a possible bias on the measure. If experimental tests confirm this bias, there should be an system to correct it. The results of my simulation give the basis to define this new system. In the last part of the document, I describe the optical study and the optimisation I made on the imaging spectrometric part of the instrument

Ces travaux de thèse portent sur la conception, la mise en œuvre et l’utilisation d’une plateforme expérimentale et de simulations numériques visant à exciter et amplifier la cohérence Raman de façon contrôlée à partir du bruit quantique. L’objectif est d’explorer la diffusion Raman stimulée dans des fibres creuses comme un moyen de générer des peignes de fréquences optiques cohérents, avec une largeur spectrale multiple-octaves, et ainsi créer un outil pour produire des fonctions d’ondes optiques arbitraires, telles que des impulsions attosecondes ou des lasers à modes verrouillés. Le principe repose sur l’excitation d’un gaz contenu dans une fibre à cristal photonique à cœur creux (HCPCF) par des impulsions laser ultrabrèves de telle sorte qu’un seul des modes spatio-temporels cohérents et indépendants de l’émission spontanée de la radiation Stokes soit excité et amplifié. Cette approche novatrice assure une modulation de phase du champ du laser d’excitation à des fréquences très élevées et sans bruit de phase. Elle se distingue des techniques existantes, telles que la modulation moléculaire, par l’absence de besoin d’un deuxième laser. Cependant, cette méthode nécessite un guide optique unimodal et un gain Raman exceptionnellement élevé. Dans ce contexte, ces travaux se sont ainsi focalisés sur la génération et la mesure de la cohérence intra et inter-impulsionnelle du peigne Raman afin d’évaluer son potentiel pour les applications mentionnées précédemment. Pour ce faire, un modèle théorique de la diffusion Raman stimulée en régime impulsionnel a été développé, soulignant l’intérêt du régime transitoire, qui amplifie le champ Stokes en un seul mode temporel. Des simulations numériques ont ensuite détaillé la dynamique du champ Stokes à travers le milieu Raman, en prenant en compte des facteurs tels que la déplétion du laser. Par ailleurs, une fibre optique à cœur creux hybride a été spécifiquement développée, offrant de faibles pertes linéiques (quelques dB/km à 1030 nm) et un guidage unimodal exceptionnel (MPI jusqu’à −47 dB), assurant ainsi la cohérence spatiale du peigne Raman. Deux bancs expérimentaux ont ensuite été réalisés pour examiner la cohérence du peigne, en commençant par l’aspect intra-impulsionnel. Un laser infrarouge réglable en durée d’impulsion, en énergie et en taux de répétition a été couplé dans la fibre remplie de dihydrogène pour générer le peigne, puis analysé à la sortie avec un interféromètre Mach-Zehnder à haute résolution temporelle (∼ fs) et large plage dynamique (environ 50 ps). Les résultats ont montré qu’en travaillant dans la gamme 3 − 10 ps et 1 − 10 µJ, les effets parasites, comme l’effet Kerr, sont minimisés, et la cohérence mutuelle est proche de l’unité pour toutes les raies de Stokes et anti-Stokes du 1er ordre, comme confirmé par les calculs numériques. L’étude de la cohérence inter-impulsionnelle a révélé un comportement complexe pour des impulsions espacées de moins de 1 ns et une diminution de la cohérence suivant la valeur du temps de relaxation de la cohérence (∼ 2 ns) pour des délais plus longs entre les impulsions. Ces résultats soulignent l’importance de contrôler l’énergie et le délai des impulsions pour maintenir une haute cohérence, et suggèrent que des lasers d’excitation à des cadences de l’ordre de 400 MHz ou plus peuvent générer des lasers à modes verrouillés basés sur notre approche. En conclusion, les avancées réalisées durant cette thèse sur les propriétés de cohérence des peignes de fréquence montrent le potentiel de la diffusion Raman stimulée dans les HCPCFs pour la synthèse d’ondes optiques, et ouvrent la voie à d’autres applications comme la conversion de fréquence pour l’optique quantique, le piégeage optique et le refroidissement moléculaire
This thesis addresses the design, implementation, and use of an experimental and numerical simulation platform aimed at exciting and amplifying Raman coherence in a controlled manner from quantum noise. The long term objective is to explore stimulated Raman scattering in hollow-core fiber as a means to generate coherent optical frequency combs with a multi-octave spectral width, thus creating a tool for generating arbitrary optical wave functions, such as attosecond pulses, or mode-locked lasers. The principle is based on the excitation of a gas contained in a hollow-core photonic crystal fiber (HCPCF) by ultrashort laser pulses, in such a way that only one of the coherent and independent spatiotemporal modes of the spontaneous Stokes radiation is excited and amplified. This innovative approach ensures phase modulation of the excitation laser field at very high frequencies without phase noise. It differs from existing techniques, such as molecular modulation, by eliminating the need for a second laser. However, this method requires a single-mode optical guide and exceptionally high Raman gain. In this context, this work focuses then on the generation and measurement of the intra and inter-pulse coherence of the Raman comb to evaluate its potential for the aforementioned applications. To this end, a theoretical model of stimulated Raman scattering in the impulsive regime was developed, highlighting the interest of the transient regime, which amplifies the Stokes field in a single temporal mode. Numerical simulations then detailed the dynamics of the Stokes field through the Raman medium, taking into account factors such as laser depletion. Furthermore, a specific hybrid hollow-core optical fiber was developed, offering low linear losses (a few dB/km at 1030 nm) and exceptional single-mode guidance (MPI up to −47 dB), thus ensuring the spatial coherence of the Raman comb. Two experimental setups were then realized to examine the comb’s coherence, starting with the intra-pulse aspect. An infrared laser adjustable in pulse duration, energy, and repetition rate was coupled into the hydrogen-filled fiber to generate the comb, then analyzed at the output with a Mach-Zehnder interferometer with high temporal resolution (∼ fs) and wide dynamic range (approximately 50 ps). The results showed that working in the range of 3 − 10 ps and 1 − 10 µJ minimizes parasitic effects such as the Kerr effect, and the mutual coherence is close to unity for all first-order Stokes and anti-Stokes lines, as confirmed by numerical calculations. The study of inter-pulse coherence revealed a complex behavior for pulses spaced less than 1 ns apart and a decrease in coherence corresponding to the coherence relaxation time (∼ 2 ns) for longer delays between pulses. These results highlight the importance of controlling the energy and delay of pulses to maintain high coherence and suggest that excitation lasers with repetition rates around 400 MHz or more can generate mode-locked lasers based on our approach. In conclusion, the advances made during this thesis on the coherence properties of frequency combs demonstrate the potential of stimulated Raman scattering in HCPCFs for optical wave synthesis and pave the way for other applications such as frequency conversion for quantum optics, optical trapping, and molecular cooling

Dans un premier temps, nous nous sommes attaches a evaluer le budget de pertes pouvant etre allouer au modules de synthese de retards compte tenu des imperatifs relatifs aux applications visees. Ensuite, apres un bref survol des solutions existantes, nous nous sommes orientes vers l'optique guidee, le developpement et la fabrication de composants de commutation optique devenant alors incontournable. Nous avons donc developpe les outils analytiques et numeriques indispensables a la definition et a l'optimisation des composants. Le comportement optique des commutateurs a ete etudie ; grace a des logiciels nous permettant de calculer les modes propres des structures et a des logiciels simulant la propagation de la lumiere (bpm scalaire 2d et 3d). Le comportement electrique a ete analyse en utilisant un logiciel fonde sur le principe de conservation des charges. Ces outils developpes, nous avons procede au developpement des composants suivant une methode empirique et une methode plus originale utilisant un algorithme genetique. Cette phase de developpement a aboutit a un commutateur tir et un commutateur cascade. La fabrication de ces derniers necessitant l'elaboration d'un procede technologique complexe, nous a amene a optimiser certaines phases de rie en utilisant la methode des plans d'experiences. Cette technique nous a notamment permis de definir un procede de gravure profonde d'inp de qualite optique. La caracterisation de ces composants a consiste a mesurer les pertes fibre a fibre, la diaphonie et la consommation electrique. Les caracteristiques optiques des deux types de commutateurs sont comparables, 15 db de pertes et une diaphonie inferieure a 20 db.

Cette thèse a été consacrée à la synthèse de fluorures dopés terres rares par chimie douce selon deux voies : les synthèses sol-gel et par micelles inverses en milieu non-aqueux. La synthèse sol-gel (dissolution d’acétates métalliques dans l’acide trifluoroacétique et l’isopropanol) a été réalisée pour obtenir des guides d’ondes amplificateurs à 1. 54 m grâce au dopage à l’erbium. A partir de sols de K3InF6, des intermédiaires réactionnels ont été identifiés et leur structure résolue. Les films de PbF2 :Yb-Er (dip-coating du sol) ont permis la propagation d’un laser à 632. 8 nm avec des pertes de 5 dB/cm. Les micelles inverses, développées sur des modèles existants, sont constituées de polystyrène (surfactant), tétrahydrofurane (solvant principal) et isopropanol (solvant de cœur). La diffusion de neutrons aux petits angles a montré qu’elles sont de type coquille (r = 2 à 5 nm). Le diamètre des nanoparticules varie de 3 à 35 nm, selon le taux de terres rares, la nature du contre-ion (NO3- ou AcO-) et le fluorure (PbF2 ou CaF2). Des particules de PbF2 :Yb-Er utilisées comme nanosondes ont permis d’observer en imagerie en champ proche des objets avec une résolution de 150 nm
This work is dedicated to fluoride compounds doped with rare earth ions synthesized by two soft chemistry processes : sol-gel and reverse micelles in non-aqueous medium. The sol-gel synthesis (dissolution of metal acetates in trifluoroacetic acid and isopropanol) was realised to obtain waveguides for amplification at 1. 54 m thanks to erbium doping. The K3InF6 sols allowed the characterization by X-ray structure resolution on single-crystal of the organometallic precursors leading to the fluoride. The PbF2 :Yb-Er films (dip-coating of the sol) allowed the propagation of a 632. 8 nm laser with losses of 5 dB/cm. The reverse micelles, developed on known systems, are constituted with polystyrene (surfactant), tetrahydrofuran (major solvent) and isopropanol (inner solvent). Small-angle neutrons scattering experiments showed shell-type micelles (r = 2 to 5 nm). The nanoparticles diameter goes from 3 to 35 nm, as a function of the rare earth rate, the counter-ion (NO3- or AcO-) and the fluoride compound (PbF2 or CaF2). Particles of PbF2 :Yb-Er used as nanoprobes allowed in near-field optical-scanning microscopy the observation of objects with a resolution of 150 nm

Les polymères halogénés constituent une classe de polymères particulièrement intéressante pour des applications en tant que guide d'onde en raison des propriétés remarquables qu'ils possèdent. Dans le cadre des travaux de cette thèse, nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la synthèse et la caractérisation de (co)polymères acryliques halogénés, de type poly(alpha-fluoroacrylate)s, poly(alpha,beta-difluoroacrylate)s ainsi que poly(alpha-trifluorométhacrylate)s. De nouveaux monomères acryliques, l'acide alpha, beta-difluoroacrylique et l' alpha-fluoroacrylate d'hexachloroisopropyle, ont été synthétisés, puis leur polymèrisation a été étudiée. D'autre part, plusieurs séries de copolymères ont été synthétisées à partir d' alpha-fluoroacrylates, d' alpha-trifluorométhacrylates et d'un éther vinylique fluoré afin d'obtenir des matériaux possédant une haute Tg (> 110 °C), une bonne stabilité thermique (Td > 300 °C) et une large gamme d'indices de réfraction, compatibles avec l'application visée. Finalement, un guide d'onde en poly(alpha-fluoroacrylate de trichloroéthyle) a été réalisé et ses propriétés en termes d'atténuation optique et de mise en oeuvre ont été étudiées
There is a great potential for the use of polymeric materials for communication systems and considerable interest has been focused on polymer waveguides because of their fabrication process at low temperature, their tunable optical and mechanical properties, and mass production possibility. Among the polymeric materials developed as potential waveguides, fluorinated polymers are of particular interest because of their unique properties. This work reports the synthesis and the characterization of halogenated acrylic (co)polymers. New acrylic monomers, alpha, beta-difluoroacrylic acid and hexachloroisopropyl alpha-fluoroacrylate, have been synthesized and their polymerization has been studied. Several series of copolymers have been obtained from alpha-fluoroacrylates, alpha-trifluoromethacrylates and a fluorinated vinyl ether leading to materials with an high Tg (> 110 °C), a good thermal stability (Td > 300 °C) and a broad range of refractive indices, in agreement with the aimed application. Finally, a poly(2,2,2-trichloroethyl alpha-fluoroacrylate) waveguide has been realized and its properties in terms of optical absorption and process have been studied

Le traitement tout optique du signal est l'un des défis majeurs de [ce] début de millénaire. Pour cela, de nombreuses applications peuvent être mises en oeuvre à partir de processus non-linéaires comme les portes logiques. Cependant, malgré tous les efforts réalisés en matière d'ingénierie moléculaire, peu de composés possèdent les propriétés optiques non-linéaires nécessaires pour développer réellement les applications. En effet, si les non-linéarités recherchées peuvent être géantes, elles sont souvent obtenues au voisinage d'une résonance. Ce phénomène occasionne de fortes pertes par absorption et des instabilités de la réponse ONL. Aussi, de nombreux matériaux sont photochimiquement instables. Notre travail a consisté à synthétiser de nouveaux chromophores pour l'effet Kerr optique possédant des propriétés optiques non-linéaires d'origine non-résonantes et structurellement stables vis-à-vis du faisceau laser excitateur. Nous avons réalisé la synthèse de deux types de molécules "push-pull" hautement fonctionnalisées présentant un transmetteur d'électrons hétérocyclique. . .

Les travaux exposés portent sur les techniques d'imagerie optique à haute résolution et plus particulièrement sur les méthodes, dites d'inversion, de traitement des données associées à ces techniques. Ils se situent donc à la croisée des chemins entre l'imagerie optique et le traitement du signal et des images. Ces travaux sont appliqués à l'astronomie depuis le sol ou l'espace, l'observation de la Terre, et l'imagerie de la rétine. Une partie introductive est dédiée au rappel de caractéristiques importantes de l'inversion de données et d'éléments essentiels sur la formation d'image (diffraction, turbulence, techniques d'imagerie) et sur la mesure des aberrations (analyse de front d'onde). La première partie des travaux exposés porte sur l'étalonnage d'instrument, c'est-à-dire l'estimation d'aberrations instrumentales ou turbulentes. Ils concernent essentiellement la technique de diversité de phase : travaux méthodologiques, travaux algorithmiques, et extensions à l'imagerie à haute dynamique en vue de la détection et la caractérisation d'exoplanètes. Ces travaux comprennent également des développements qui n'utilisent qu'une seule image au voisinage du plan focal, dans des cas particuliers présentant un intérêt pratique avéré. La seconde partie des travaux porte sur le développement de méthodes de traitement (recalage, restauration et reconstruction, détection) pour l'imagerie à haute résolution. Ces développements ont été menés pour des modalités d'imagerie très diverses : imagerie corrigée ou non par optique adaptative (OA), mono-télescope ou interférométrique, pour l'observation de l'espace ; imagerie coronographique d'exoplanètes par OA depuis le sol ou par interférométrie depuis l'espace ; et imagerie 2D ou 3D de la rétine humaine. Enfin, une dernière partie présente des perspectives de recherches.

On etudie le procede sol-gel applique au niobium v sous divers aspects. On ameliore les synthese et proprietes physiques des gels. On etudie les gels et oxydes amorphes obtenus par analyse chimique et thermique, diffraction rx, spectrocopies ir, raman et exafs. On etudie les proprietes et applications potentielles: fabrication de ceramiques linbo::(3) et pb(nb2/3 mg1/3)o::(3), avec abaissement de la temperature de frittage et obtention de grains homogenes monodisperses, mesure de la conductivite ionique dans les xerogels hydrates, proprietes optiques(photochromie)

Les matériaux photoluminescents ont un rôle important dans les applications liées à la photonique, l'optoélectronique ou l'éclairage. Leur combinaison avec des polymères conduit à des matériaux fonctionnels polyvalents faciles à mettre en forme. Dans ce contexte, des matériaux hybrides composés d'une matrice organique contenant des clusters métalliques octaédriques fortement luminescents ont été préparés. Ces luminophores présentent plusieurs avantages : une forte luminescence dans le rouge et le proche-IR, un rendement quantique élevé, un large décalage de Stokes et aucun effet de photoblanchiment ou de photoscintillement. Comme matrice hôte, le PMMA et le PDMS ont été utilisés en raison de leurs propriétés optiques, mécaniques et leur stabilité thermique. Cependant, une condition nécessaire pour réaliser les matériaux hybrides est d'introduire de manière homogène l'émetteur inorganique dans le polymère organique afin d'éviter les phénomènes de ségrégations. Pour cela, plusieurs approches d'intégration ont été développées. Les analyses spectroscopiques effectuées sur ces hybrides ont montré leur grand potentiel d’applications. Ceux-ci ont été utilisés pour concevoir un matériau imprimable à la lumière, sans encre et auto-effaçable, lorsque qu’il est combiné à un fluorophore organique ; ainsi que pour l’élaboration de guides d’ondes 1D et 2D. Les guides 1D peuvent être appliqués en photonique intégrée, tandis que les guides 2D combinés à des cristaux liquides conduisent à un nouveau matériau PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) applicable pour des concentrateurs solaires luminescents
Photoluminescent materials are playing a major role in applications related to photonics, optoelectronics or lighting. Combining them with polymers allows the design of easy-to-shape-functional materials with enhanced application versatility. Related to this, hybrid materials composed of an organic polymer matrix containing strongly luminescent octahedral metal clusters were prepared. Octahedral metal clusters have several advantages: a deep luminescence in the red and the near-IR region, a high quantum yield, a large Stokes shift and no photobleaching or photoblinking effects. As organic host matrices, PMMA and PDMS were used because of their optical and mechanical properties in addition to their thermal stability. However, a prerequisite for realizing hybrid materials is to homogeneously introduce the ceramic inorganic emitter in the organic polymer to avoid segregation-phase phenomena. For this purpose, several integration approaches were developed to prepare new hybrid materials. Meanwhile, spectroscopic analysis were performed on these hybrids demonstrating their huge potential. Actually, these hybrids were used to design a self-erasable inkless light-imprinting material when the hybrid is combined with an organic fluorophore, and 1D- and 2D-waveguides. The 1D-waveguides can be applied for integrated photonics while 2D-waveguides combined with liquid-crystals lead to a new luminescent PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) material for Luminescent Solar Concentrator technology