Tesis sobre el tema "Génération par difference de fréquence"

Le domaine des ondes TeraHertz (THz) s’étend de l’infrarouge lointain (15 μm / 20 THz) aux ondes radios (3000 μm / 0.1 THz). La couverture spectrale des sources actuelles, qu’elles soient thermique (lampes à mercure…), électronique (diode Gunn…) ou optique (laser, antennes…), ne permet pas de répondre à l’ensemble des applications en spectroscopie et en imagerie. Une alternative à ces sources est l’optique non linéaire paramétrique, qui permet de générer des ondes THz à partir du processus de Différence de Fréquences (DFG), et qui consiste à injecter un ou deux lasers dans un cristal non linéaire. Afin de couvrir au mieux le très large domaine THz, il est nécessaire de déterminer un ensemble de cristaux dont les propriétés optiques permettent de générer ces ondes avec de forts rendements de conversion.Le travail présenté dans ce manuscrit de thèse décrit l’étude de ces propriétés pour un ensemble de cristaux non linéaires, ainsi que des résultats expérimentaux de génération THz à partir de la DFG entre deux lasers monochromatiques en régime nanoseconde et picoseconde, ou entre deux composantes de Fourier au sein d’une impulsion laser femtoseconde. Nous avons sélectionné vingt nouveaux cristaux jamais étudiés dans le domaine THz auparavant, ainsi que le nouveau cristal organique de BNA. Nous avons mesuré leurs spectres de transmission du visible au THz, ainsi que les propriétés optiques non linéaires incluant les conditions d’accord de phase et le rendement de conversion
THz-waves extend from the far InfraRed (15 μm – 20 THz) to radio waves (3000 μm – 0.1 THz). Current sources based on thermal (Mercury lamps…), electronics (Gunn diode...) or optics (laser, antennas…) technologies can’t cover this wide spectral range for applications in spectroscopy and imaging. An alternative is provided by parametric nonlinear optics, which leads to the generation of THz waves from Difference Frequency Generation (DFG) by injecting one or two lasers in a nonlinear crystal. To better cover the wide THz domain, it is necessary to determine nonlinear crystals with optical properties leading to the generation of such waves with high conversion efficiencies.This PhD thesis is devoted to the study of these properties for a panel of nonlinear crystals, along with experimental results of THz generation from DFG between two monochromatic lasers in the nanosecond and picosecond regimes, or between two Fourier components within a femtosecond laser. We selected twenty new crystals never studied before in the THz domain, along with the organic crystal of BNA. We measured their transmission spectra from visible to THz, and their nonlinear properties including phase-matching conditions and conversion efficiency

Deux radiations de grandes finesses spectrales (6 mhz) provenant de deux lasers à colorant impulsionnels (puissances crêtes 7kw et 12 kw), ceux-ci amplifiant une longueur d'onde continue, sont mélangées dans le cristal de iodate de lithium. La fréquence générée par ce milieu est la différence de leurs fréquences et est accordable dans l'infrarouge de 1600 cm-1 à 2600 cm-1. Une première étude porte sur les caractéristiques de la source infrarouge. Du fait de la finesse spectrale de cette source (environ 6mhz),un spectromètre infrarouge haute résolution fonctionnant sur le principe de l'absorption différentielle a été conçu. Une deuxième étude rend compte des performances d'un tel spectromètre : celles-ci ont été testées sur la molécule de protoxyde d'azote.

Cette thèse comprend 2 parties : -Le développement et l'application d'un laser à cascade quantique en mode continu pour la mesure de l'acide nitreux à l'état de traces -La détection de traces de gaz (HC1, CH₂O, HONO) par un système laser largement accordable dans le domaine de l'infrarouge moyen, basé sur la génération d'un rayonnement à différence de fréquences (Différence Frequency Generation - DFG) dans un cristal de niobate de lithium à polarisation périodiquement inversées. Le radical d'hydroxyde (OH) est une des espèces principales dans les cycles photochimiques qui sont responsables de la formation de l'ozone, amenant à la formation de "brouillards photochimiques". Le radical d'hydroxyde conduit également à l'oxydation des hydrocarbures dans l'atmosphère. L'acide nitreux gazeux (HONO) est une source importante du radical OH qui affecte directement la capacité oxydante de l'atmosphère et contribue indirectement à la production de polluants secondaires. La mesure précise de concentration atmosphérique de HONO exige une haute sensibilité et une bonne résolution temporelle et spatiale. Le travail principal de cette thèse a été consacré au développement d'un instrument optique basé sur un laser à cascade quantique (QCL) fonctionnant en mode continu vers 8 μm (~1255 cm ֿ ¹) pour la détection de HONO. La sensibilité et la spécificité de l'instrument ont été évaluées en utilisant un échantillon de HONO produit par la réaction chimique entre le H₂SO₄ et le NaNO₂. La concentration de HONO générée a été mesurée au moyen d'un "dénuder" associé à un analyseur conventionnel de NOx. Notez que dans la couverture spectrale du QCL, seules 5 intensités de raie d'absorption de HONO avaient été référencées. Les intensités de 19 nouvelles raies d'absorption de trans-HONO vers 8 μm ont été déterminées dans le travail actuel. Ces raies d'intensité de (0.3-9)x10-²°cm².cm ֿ ¹/molécules sont très intéressantes pour la détection spectroscopique à haute sensibilité. Parmi elles, la plus forte a été employée pour la première fois pour la mesure de traces de HONO dans l'air par la spectroscopie d'absorption directe dans une cellule à multipassage de 125 m. Combinée avec la technique de modulation de longueur d'onde, la concentration minimale détectable de HONO pourrait être inférieure à 40 pptv en 1s de temps d'intégration, convenant aux mesures de HONO atmosphérique sur le terrain. Afin d'estimer l'exactitude de mesure, les pertes de HONO sur la paroi de la cellule optique ont été expérimentalement étudiées. Nous avons observé qu'en utilisant un balayage rapide (à 2.5 kHz dans notre cas) de longueur d'onde laser, ce genre de pertes de HONO n'affectent pas l'exactitude de mesure. Finalement, l'instrument à QCL développé dans le cadre de cette thèse a été évalué en laboratoire par des mesures simultanées de HONO et de CH₄. La deuxième partie de cette thèse a été concentrée sur le développement d'une source laser infrarouge généré par la différence de fréquences (DFG) en quasi-accord de phase (QPM) dans un cristal de niobate de lithium (LiNbO₃) à polarisation périodiquement inversées (PPLN). Le rayonnement DFG était accordable en longueur d'onde de 3,2 à 3,7 μm. Le système laser à DFG développé à Anthui Institute of Optics in Fine Mechanics (AIOFM) en Chine a été utilisé pour la détection de gaz à l'état de traces de HCI et de CH₂O. Afin d'explorer la bande √₁ du trans-HONO près de 2,8 μm (~3590 cm-1) pour la détection de HONO, une nouvelle approche de la DFG fonctionnant vers 2,8 μm a été développé. Un laser à titane saphir et un laser à fibre de Yb ont été utilisés comme sources de pompe pour la génération d'un rayonnement à DFG dans un cristal de PPLN. La métrologie de fréquence du rayonnement DFG a été effectuée en utilisant des spectres d'absorption de CO₂. La mesure de HONO dans cette gamme de longueurs d'onde sera effectuée dans un prochain travail
This thesis includes two parts: Development and application of a continuous-wave quantum cascade laser (CW-QCL) based instrument for measurements and study of nitrous acid (HONO) and a broadly tunable mid-infrared laser system based on difference frequency generation (DFG) in periodically poled lithium niobate (PPLN) for trace gas ( HCl, CH2O, HONO) monitoring. The OH radical is one of the key species in photochemical cycles responsible for ozone formation, which can lead to the so-called "photochemical smog" pollution. The hydroxyl radical also drives the oxidation of hydrocarbons in the atmosphere. Gaseous nitrous acid (HONO) is a major source of the OH radical in the early morning and daytime. So HONO directly affects the oxidative capacity of the atmosphere and indirectly contributes to secondary pollutants which are products of that oxidation. High accurate and precise concentration measurement of the atmospheric HONO requires high sensitivity and stability, good temporal and spatial resolution. One part of this thesis has been firstly devoted to the design of an optical instrument based on a continuous-wave (CW) quantum cascade laser (QCL) operating at 8 μm (~1255 cm ֿ ¹) for HONO detection. The sensitivity and specificity of the instrument were evaluated and described using HONO sample generated by chemical reaction of H₂SO₄ and NaNO₂. The generated HONO concentration was quantified by means of a denuder system associated with a conventional NOX analyzer. Moreover, within the limits of the QCL frequency, only 5 absorption line intensities of HONO can be found from the reference, so we measured the relative frequencies and line intensities of the remaining absorption lines especially the one which was used to do trace gas measurement. Line strengths of 19 stronger absorption lines observed are found to be around (3-90)×10-21 cm. Direct absorption spectroscopy technique combined with a 125 m multi-pass cell was applied to develop trace gas detection of HONO. In order to improve the sensitivity, wavelength modulation technique was applied, the minimum detectable HONO concentration resulting in a noise-equivalent signal was found to be about 400 ppt in 1 second integration time and fit for field measurements. HONO losses resulted from the optical cell wall was experimentally investigated. The rate constant of HONO determined in the present work might be helpful for field measurements of HONO, especially the measurements using absorption cell. Finally，the QCL-based instrument developed in the present work has been evaluated with in-door simultaneous measurements of HONO and i i CH4. The concentration of the two species obtained in the laboratory were 116 ppb and 1.5 ppm, and the corresponding 1 σ minimum detectable concentrations (MDC) in 1-second integration time are 396 ppt and 6 ppb for HONO and CH4, respectively. The other part of this thesis is focused on highly sensitive trace gas detection employing a room-temperature, broadly tunable and narrow linewidth mid-infrared difference frequency generation laser source. The mid-infrared laser system is based on quasi-phase-matched (QPM) and DFG with a multi-grating temperature-controlled periodically poled LiNbO3 (PPLN) crystal employing two near-infrared diode lasers as pump sources. The mid-infrared coherent radiation is tunable from 3.2 μm to 3.7 μm. Detection of HCl, CH2O has been carried out. According to the absorption band (3590 cm-1) of HONO from references, another DFG laser sources employing a Ti: Sapphire laser and an Yb fiber laser as pump sources was developed, and the output frequency calibration was carried out using pure CO2 gas. HONO measurement in this wavelength range will be performed in the next work
本论文主要包括两个部分：一是基于室温连续波量子级联激光器光源，设 计并搭建了一套测量HONO 气体的系统，然后用该系统进行了HONO 气体的 探测和研究。二是利用室温操作的宽调谐差频产生中红外激光器系统进行痕量 气体(HCl, CH2O，HONO)的探测。OH 自由基是光化学循环的主要物种之一，并对臭氧的形成有重要影响，从而导致所谓的“光化学烟雾”污染。OH 自由基同时也影响着大气中烃类的氧化 能力。气态亚硝酸是清晨和白天OH 自由基的一个主要来源。因此，亚硝酸直 接影响大气的氧化能力，同时也间接推动了由于氧化过程而产生的二次污染物 的形成。大气中亚硝酸浓度的精确测量需要仪器具备高的灵敏度和稳定性，以 及好的时间和空间分辨率。本论文的主要工作之一就是设计一套以8 μm (~1255 cm-1)连续波量子级联激光器为基础对HONO 气体进行探测的装置。并利用由 H2SO4 和 NaNO2 发生化学反应而产生的HONO 气体估算和描述该装置的灵敏度和特性。产生的HONO 浓度由一个溶蚀器系统和一个NOX 分析仪来量化。在该量子级联激光器频率范围内(1254.6-1256.4 cm-1) ，只能从文献中查阅到 HONO 的5 条吸收线线强，因此测量了HONO 用于进行痕量探测的吸收线以及 其他吸收线的相对频率和线强，得到的十九条较强吸收线的线强范围大约在 (3-90)×10-21 cm。用直接吸收光谱技术结合125 m 的多次反射池对HONO 进行 了痕量探测。为了提高灵敏度，开展了波长调制技术的实验研究，得到HONO 的最低探测浓度(SNR=1) 在1 s 的积分时间内为400 ppt，适合进行外场测量。研究了由光学池壁表面而导致的HONO 的衰减效应并得到一个反应率常数，这个常数可能有助于以后HONO 的场测量，特别是用吸收池的测量。测量了实验 室空气中的HONO 和CH4，得到它们的室内浓度分别为116 ppb 和1.5 ppm, 相应的1 s 积分时间内1 σ 最小可以探测的浓度分别为396 ppt 和6 ppb。论文的另一部分工作是利用一个室温操作的，宽调谐窄线宽中红外差频产 生光源进行痕量气体的探测。该中红外差频产生系统是以准相位匹配为基础，利用两台近红外半导体激光器作为泵浦源，在PPLN 晶体中进行差频，得到的 相关中红外差频输出范围为3.2 μm 到 3.7 μm。用该系统进行了HCl 和 CH2O 气体探测，说明了该装置在工业和环境监测领域有一定的应用潜力。根据文献 得到的HONO 的另一个吸收带3590 cm-1，设计了另一套以钛宝石激光器和掺 Yb 光纤激光器作为泵浦源的差频光源系统，用CO2 气体进行了差频输出光频率 校准, 下一步的工作是进行HONO 气体测量实验。

Le doublage de frequence optique est un phenomene optique non lineaire impossible dans le volume des materiaux amorphes ou centrosymetriques, mais pouvant exister aux interfaces entre deux materiaux quelconques. De plus, des contributions supplementaires apparaissent en presence d'une aimantation dans l'un des materiaux. Nous avons utilise ce phenomene pour etudier selectivement la structure et le magnetisme d'interfaces enterrees entre couches metalliques ultraminces (quelques plans atomiques). Pour cela, un systeme sensible a des puissances aussi faibles que 10 1 8 w a ete developpe. Sur un systeme simple, une surface d'or, une correlation claire a ete observee entre doublage de frequence et rugosite mesuree par microscopie a force atomique. Dans le systeme au/co/au, l'identite des proprietes magnetiques en volume et a la surface du cobalt est prevue theoriquement. C'est ce qu'ont confirme des mesures effectuees par effet kerr magneto-optique (en volume) et par doublage de frequence (aux interfaces). L'utilisation de plasmons de surface, augmentant considerablement le champ electrique en surface, peut egalement induire dans ce systeme d'importantes exaltations du doublage de frequence, qui ont ete modelisees. En revanche, dans le systeme pt/co/pt, la presence d'alliages aux interfaces nous a permis de mettre en evidence des differences entre le magnetisme a la surface et dans le volume du cobalt. Parallelement, un systeme d'imagerie de domaines magnetiques aux interfaces par doublage de frequence a ete developpe, permettant une resolution laterale de l'ordre du micrometre. Enfin, nous avons mis en evidence des proprietes magnetiques differentes aux deux interfaces d'une meme couche de fesi, dans un systeme sio 2/fesi/dyfeco proche de ceux utilises pour l'enregistrement magneto-optique.

De nombreuses applications comme la microscopie confocale, la cytométrie en flux, le tri cellulaire, la création de master CD et l’inspection des semiconducteurs requièrent l’utilisation de sources lasers émettant en continu dans l’ultraviolet aux alentours des 355 nm. Les lasers à gaz (Ar, Kr, He/Cd) furent parmis les premiers à émettre dans l’ultraviolet et dominent le marché depuis plusieurs décennies car ils représentent la seule solution pour obtenir une source de rayonnement ultraviolet continue. Néanmoins, ces lasers souffrent d’inconvénients rédhibitoires pour la plupart des applications : ils sont peu efficaces (0,01%), encombrants et requièrent un système de refroidissement performant. La technique de triplement de fréquence en intracavité a largement été utilisée pour améliorer la puissance de lasers passivement déclenchés et de lasers à blocage de mode. Cependant cette technique n’a jamais permis d’obtenir de lasers pompés par diode (DPSS) efficace. Une solution est l’utilisation d’une cavité laser monolithique. Les avantages liés à cette solution sont la simplicité de la conception, la robustesse, la compacité, l'efficacité. Les cavités lasers monolithiques sont obtenues en contactant optiquement les cristaux qui composent la cavité laser. Dans cette thèse, nous présentons pour la première fois une caractérisation d'un laser DPSS émettant en continu à 355 nm. Nous démontrons la possibilité d'obtenir jusqu'à 30 mW à 355 nm. Nous avons également démontrer la possibilité de contrôler la puissance du laser dans une gamme de puissance comprise entre 10 et 15 mW avec une dynamique non bruitée (bruit <1% rms) en agissant sur les températures des cristaux.

L'application de l’éthanol comme combustible pour les piles à combustible directes d’alcool continue à motiver la recherche sur les mécanismes de l’électro-oxydation de l’éthanol. Dans ce travail, l’interface éthanol-platine en milieu acide est étudiée par la spectroscopie SFG infrarouge–visible afin de documenter les intermédiaires de l’électro-oxydation de l’éthanol. De nouvelles évidences sur les intermédiaires adsorbés de l’oxydation de l’éthanol sur le platine, jamais observés auparavant avec la spectroscopie infrarouge, sont rapportées. Nos résultats montrent qu’un dérivé de l’éthanol secondaire, précédemment suggéré, mais jamais documenté précédemment, et des espèces acétate mono et bidentée, eta2-acetaldehyde, acétyle et un dérivé d’acide acétique moléculaire sont les intermédiaires actifs de l’oxydation de l’éthanol en milieu acide. De plus, nous rapportons de nouvelles évidences pour la présence d’un intermédiaire d’ethoxy. Les résultats obtenus confirment également la présence des intermédiaires précédemment observées de l’oxydation de l’éthanol: CO adsorbé et un dérivé d’éthanol tertiaire. D’autre part, nous avons exploité les effets de la structure atomique de l’électrode, de la concentration de l’alcool et du potentiel de l’électrode sur le mécanisme de l’adsorption et de l’électro-oxydation de l’éthanol sur le platine. Ces effets sont analysés par les spectres vibrationnels des intermédiaires adsorbés. La comparaison avec l’adsorption d’autres réactifs simples (méthanol, acétaldéhyde, acide acétique) en milieu acide indique que, même à bas potentiel, la surface de platine est très réactive, produisant des intermédiaires semblables pour tous les réactifs
The possible application of ethanol as a fuel for direct alcohol fuel cells continues to motivate research on the mechanisms of electro-oxidation of ethanol. In this work, the ethanol-platinum interface in acidic medium is investigated using infrared-visible SFG spectroscopy in order to document the intermediates present during the electro-oxidation of ethanol. New evidences of adsorbed intermediates of ethanol oxidation on platinum, never before observed with conventional IR spectroscopy, are reported. Our results show that a secondary ethanol derivative, previously suggested, but never before unambiguously documented, and mono and bidentate acetate, eta2-acetaldehyde, acetyl and a molecular acetic acid derivative are active intermediates of ethanol oxidation in acidic medium. In addition, we report new evidences for the presence of an ethoxy intermediate. The results obtained here also confirm the presence of previously observed ethanol oxidation intermediates: adsorbed CO and a tertiary ethanol derivative. Moreover, we explored the effects of the atomic surface structure of the electrode, alcohol concentration and electrode potential on the mechanism of the adsorption and electro-oxidation of ethanol on platinum. These effects are analyzed through the vibrational spectra of interfacial adsorbed intermediates. Comparison with the adsorption of other simple reactants (methanol, acetaldehyde and acetic acid) in acid medium indicate that even at low potential the platinum surface is highly reactive, producing similar intermediates for all reactants

Des applications telles que la spectroscopie des gaz ou l’imagerie médicale nécessitent des sources de lumières émettant dans l’infrarouge moyen et lointain (10 µm<λ < 28 µm) ainsi que dans le THz (λ > 60µm). Des composants à émission mono-fréquence, fonctionnant en régie continu (CW) et performants sont primordiales pour ce type d’applications. Les lasers à cascade quantiques (LCQs) sont les uniques sources pouvant couvrir cette large gamme de longueur d’onde grâce à leurs transitions inter-sous bandes. Toutefois les performances des LCQs dans cette gamme de longueur d’onde sont souvent limitées par les transitions non radiatives. Ces derniers génèrent des mécanismes tel que l’absorption des photons par les phonons TO où la relaxation des électrons par les phonons LO. Par conséquent, l’émission laser en CW et à température ambiante devient particulièrement difficile. L’objectif de cette thèse est le développement des LCQs InAs/AlSb au-delà de 10 µm pour l’émission mono-fréquence et la génération du THz par différence de fréquence. Un point clé dans ce travail est l’utilisation du système de matériaux InAs/AlSb. Son avantage repose sur la faible masse effective. Elle est de 0,023m0 pour l’InAs contre 0,041m0 pour l’InGaAs et 0,067m0 dans le GaAs. En premier lieu, la mise au point de régions actives LCQs à base d’InAs/AlSb émettant à 11µm a été effectuée. Ce travail a permis la réalisation de sources DFB mono-fréquence émettant en continu à 295K et qui ont été employées dans la spectroscopie QEPAS de l’éthylène. Ce LCQ transféré sur un substrat Silicium (Si), a démontré de très hautes performances. La gamme de longueur d’onde ≥ 11µm a également été exploitée. Tout d’abord en employant un guide d’onde diélectrique où cette étude a permis de réaliser des dessins de régions actives à 20µm dont les performances dépassent l’état de l’art mondial avec un fonctionnement en continu jusqu’à 240K. Ensuite, ces technologies ont aussi été exploitées en employant des guides d’onde métal-métal. Dans cette partie, les limites des guides métal-métal ont été exploités. Ceci a permis de réaliser un LCQ DFB bi-fréquence à guide métal-métal émettant deux longueurs d’ondes dans le lointain infrarouge pour la génération du THz par différence de fréquence. Dans ce contexte, la non-linéarité de ce type de région active a été optimisée. L’extraction de l’onde THz a également été étudiée
Applications such as gas spectroscopy or medical imaging require light sources emitting in the mid- and far infrared (10 µm<λ < 28 µm) as well as in the THz (λ > 60µm). High-performance, continuous wave regime (CW) and single-frequency emission components are essential for this type of application. Quantum cascade lasers (QCLs) are the only sources that can cover this wide range of wavelengths thanks to their inter-sub-band transitions. However, the performance of LCQs in this wavelength range is often limited by non-radiative transitions. The latter generate mechanisms such as photon absorption by TO phonons or electron relaxation by LO phonons. As a result, laser emission in CW and at room temperature becomes particularly difficult. The objective of this thesis is the development of InAs/AlSb LCQs above 10 µm for single-frequency emission and THz generation by frequency difference. A key point in this work is the use of the InAs/AlSb material system. Their advantage is based on the low effective mass. It is 0.023m0 for InAs compared to 0.041m0 for InGaAs and 0.067m0 in GaAs.First, the development of LCQ active regions based on InAs/AlSb emitting at 11µm was carried out. This work made it possible to produce single-frequency DFB sources emitting continuously at 295K and which were used in QEPAS spectroscopy for ethylene sensing. This LCQ has also been transferred to Silicon (Si) substrate. He has demonstrated the world's most efficient LCQ grown directly on Si substrate. The wavelength range ≥ 11µm was also explored. First, by using a dielectric waveguide where this study leads to an active region design at 20µm whose performances exceed the state of the art in the world with continuous operation up to 240K. Then, these technologies were also exploited by using metal-metal waveguides. In this part, the limits of this waveguide were tested. This made it possible to produce a dual-frequency DFB CQL with a metal-metal waveguide emitting two wavelengths in the far infrared for the generation of THz by difference frequency. In this context, the non-linearity of this type of active region has been optimized. The extraction of the THz wave was also studied

On etudie comment renforcer l'efficacite de la generation de second harmonique a la surface des metaux en excitant des plasmons de surface a l'aide de reseaux de diffraction. L'etude theorique a montre qu'il s'agit d'un cas particulier de la diffraction en optique non lineaire et a permis de predire en effet nouveau : il existe une profondeur optimum des sillons du reseau pour laquelle le renforcement du phenomene non lineaire est maximum. Les experiences de doublement de frequence avec des reseaux en argent ont pleinement verifie ces predictions : par rapport a un miroir d'argent, nous avons mesure un renforcement de 2500 en utilisant un reseau de 5 % de taux de modulation

Cette thèse décrit des études expérimentales menées sur la génération d'un rayonnement cohérent dans l'ultra-violet du vide (94 nm) par triplement de fréquence d'un laser ultra-violet focalisé au sein d'un jet libre supersonique d'azote. L'évolution de la susceptibilité non linéaire et les conditions d'adaptation de phase en jet supersonique ont été determinées. Ceci a permis de mener a bien l'étude quantitative de la génération de troisième harmonique dans les trois types de conversion: 1) sans résonance; 2) avec résonance à deux photons; 3) avec résonance à trois photons. Dans les deux premiers cas, grâce à l'absence de phénomènes de saturation, la mesure de l'intensité du signal harmonique permet un diagnostic de l'état interne du milieu non linéaire lui-même. En ce qui concerne la génération de troisième harmonique avec résonance à trois photons, l'utilisation des propriétés du jet libre supersonique conduit à une bonne compréhension des effets de saturation par autoabsorption qui sont a l'origine du caractère très inhabituel, voire déconcertant, des spectres obtenus

Les resultats experimentaux obtenus sur le tokamak petula-b constituent une phenomenologie originale des instabilites mhd en regime non inductif. Ils mettent en evidence les differences qui existent entre les profils de densite de courant dans les deux regimes de fonctionnement. La generation de courant par l'onde hybride peut permettre de s'affranchir des instabilites en dents de scie, qui actuellement sur les machines de grandes dimensions, sont impliquees dans le processus de degradation du temps de confinement de l'energie en presence de chauffages additionnels. Le controle du profil de densite de courant par l'onde hybride peut donc avoir un role capital a jouer dans l'amelioration des performances des machines concues pour atteindre l'ignition

Cette thèse présente une solution originale permettant d’extraire, à partir de signaux de communication OFDM, l’information liée à la différence de temps d’arrivée (TDOA) entre deux émetteurs très proches et un récepteur. Cette méthode, qui s’avère super-résolutive, permet d’extraire des TDOA en dessous de la limite de Rayleigh fixée par la bande passante utile. Dans ce travail, nous effectuons, à l'aide d'une sortie simple à entrées multiples, la caractérisation et la modélisation des canaux pour l’estimation TDOA. En gérant ces réponses ce canal de fréquence de canal de différentes manières, nous minimisons différentes fonctions de coût exprimées comme la différence entre la réponse de canal mesurée et un modèle direct prédéfini. Pour la validation, la simulation basée sur différentes topologies présente des résultats soulignant la propriété de super-résolution d'une telle approche. La performance de l’estimation TDOA proposée est comparée à la bande inférieure de Cramer-Rao. Les effets de la propagation par trajets multiples sont pris en compte et certaines solutions proposées sont discutées et simulées. De plus, la partie expérimentale de ce travail valide à la fois les modèles directs et inverses dans différentes configurations de canaux
This thesis presents an original solution for extracting, from OFDM communication signals, the information related to the time difference of arrival (TDOA) between two closed transmitters and one receiver. This solution, which shows to be super-resolution, makes it possible to extract TDOA below the Rayleigh limit set by the useful bandwidth.Inthis work, we perform, using a Multiple Inputs Simple Output, channel characterization and modeling for TDOA estimation. By handling these channel frequency responses in different ways, xe minimize different cost functions expresses as the difference between measured channel response and a predefined direct model. For validation, the simulation based on different topologies exhibit results is compared to the Cramer Rao Lower Band. The effects of the multipath are taken into account and some proposed solutions are discussed ans simulated. Moreover, the experimental part of this work validates the direct and inverse models in different channel configurations

Conversion de fréquence effectuée en milieu gazeux (principalement monoxyde de carbone et azote), le gaz étant soit contenu dans une cellule, soit en cours de supersonique de l'efficacité de la conversion. Calcul de l'adaptation de phase pour la génèration d'harmonique n en milieu isotrope à partir d'un laser de mode spatial d'ordre élevè, et de la dépendance rotationnelle de la susceptibilité non linéaire régissant les processus paramétriques dans les molècules diatomiques (cas de hund a, b, et intermédiaires entre a et b). Il a étè possible ainsi d'interpréter les spèctres de géneration d'harmonique résonnante à deux photons en jet libre supersonique et de montrer que l'analyse des spéctres obtenus permettait une mesure de la distribution rotationnelle des populations en jet

Cette thèse présente une solution originale permettant d’extraire, à partir de signaux de communication OFDM, l’information liée à la différence de temps d’arrivée (TDOA) entre deux émetteurs très proches et un récepteur. Cette méthode, qui s’avère super-résolutive, permet d’extraire des TDOA en dessous de la limite de Rayleigh fixée par la bande passante utile. Dans ce travail, nous effectuons, à l'aide d'une sortie simple à entrées multiples, la caractérisation et la modélisation des canaux pour l’estimation TDOA. En gérant ces réponses ce canal de fréquence de canal de différentes manières, nous minimisons différentes fonctions de coût exprimées comme la différence entre la réponse de canal mesurée et un modèle direct prédéfini. Pour la validation, la simulation basée sur différentes topologies présente des résultats soulignant la propriété de super-résolution d'une telle approche. La performance de l’estimation TDOA proposée est comparée à la bande inférieure de Cramer-Rao. Les effets de la propagation par trajets multiples sont pris en compte et certaines solutions proposées sont discutées et simulées. De plus, la partie expérimentale de ce travail valide à la fois les modèles directs et inverses dans différentes configurations de canaux
This thesis presents an original solution for extracting, from OFDM communication signals, the information related to the time difference of arrival (TDOA) between two closed transmitters and one receiver. This solution, which shows to be super-resolution, makes it possible to extract TDOA below the Rayleigh limit set by the useful bandwidth.Inthis work, we perform, using a Multiple Inputs Simple Output, channel characterization and modeling for TDOA estimation. By handling these channel frequency responses in different ways, xe minimize different cost functions expresses as the difference between measured channel response and a predefined direct model. For validation, the simulation based on different topologies exhibit results is compared to the Cramer Rao Lower Band. The effects of the multipath are taken into account and some proposed solutions are discussed ans simulated. Moreover, the experimental part of this work validates the direct and inverse models in different channel configurations

L'objectif de ce travail est la caractérisation de l’endommagement thermique et mécanique dans le mortier par les ondes acoustiques non linéaires. La corrélation entre les paramètres acoustiques linéaires et non-linéaires étudiée est basée sur les essais expérimentaux et la modélisation. Pour l’endommagement thermique, des éprouvettes cylindriques ont été préparées et caractérisées par l'étude de la porosité et la saturation. Ensuite, l'acoustique linéaire et l’acoustique non linéaire (génération d'harmoniques) ont été appliquées afin de quantifier l’endommagement. Les essais acoustiques linéaires ont prouvé que les vitesses transversales, longitudinales et le module d'Young du mortier diminue en fonction de la température. Les essais acoustiques non linéaires ont montré l'augmentation du bêta fonction de la température. Pour l’endommagement mécanique, le phénomène d'autocicatrisation est suivi par la perméabilité et les essais acoustiques. Les essais de perméabilité ont montré que le débit d'air et la taille de la fissure diminue rapidement au cours du premier mois, puis lentement durant le reste du processus d'autocicatrisation. D'autre part, les tests acoustiques non linéaires ont montré que « alpha » et « bêta » diminuent durant le processus de l’autocicatrisation qui signifie que les paramètres non linéaires sont un bon indicateur pour caractériser ce phénomène. A partir des résultats expérimentaux, une corrélation polynomiale de 2ème degré a été établie entre les paramètres non linéaires et l’index d’endommagement. Les résultats de ce travail représentent un bon départ pour étudier le phénomène de l'autocicatrisation par les ondes acoustiques non linéaires
The objective of this work is the characterization of heat and mechanical damage in the mortar by the nonlinear acoustic waves. The correlation between non-linear/linear acoustic parameters and damage in mortar is studied based on experiments and modelling. For the heat damage, cylindrical specimens were prepared and were characterized by studying the porosity and saturation. Indeed, the linear acoustic (UPV) and non-linear acoustic (Higher harmonic generation) were applied to characterize the damage. The linear acoustic tests have shown that velocities and modulus of Young of the mortar decreases in function of the temperature. The non-linear acoustic tests have shown that beta increases in function of the temperature.For the mechanical damage. The self-healing phenomenon was characterized by the permeability and the acoustic tests. Indeed, the permeability tests have shown that the airflow and the crack size decreases quickly in the first month then slowly for the rest of the self-healing process. On the other hand, the non-linear acoustic tests shown that the alpha and beta decreases according to the self healing process which means that the nonlinear parameters are a good indicators to characterize the self-healing. Moreover, the analysis of the experimental results indicates that the frequency resonant technique is more efficient to characterize the defects in the mortar than the higher harmonic generation. A polynomial correlations of a 2nd degree was established between the nonlinear parameters and the index damage. The findings of this work should be most appropriate as a foundation for the study of the self healing by the nonlinear acoustic waves

Les propriétés optiques des nanoparticules métalliques, caractérisées par l'existence d'une résonance plasmon de surface (SPR) dans le domaine visible, sont aujourd'hui couramment utilisées afin de détecter et de caractériser des espèces chimiques, en solution ou déposées sur des substrats (dans les capteurs par exemple). Dans ce travail, j'ai optimisé la réalisation puis la caractérisation physico-chimique et optique d'interfaces composées de nanoparticules d'or d'environ 15 nm de diamètre sur des substrats de silicium et de verre fonctionnalisés par des silanes, à l'aide de méthodes d'optique linéaire et non linéaire. La spectroscopie UV-visible en réflexion et transmission, couplée aux microscopies électronique et à force atomique, et aidée par la modélisation, m'a permis de corréler les propriétés optiques des particules à leur densité locale sur la surface. La spectroscopie optique non linéaire par génération de fréquence somme (SFG) permet de sonder la chimie de surface des particules et du substrat ainsi que de tirer parti de l'amplification locale des processus optiques par excitation de la SPR. Après avoir montré qu'elle amplifie effectivement des signaux SFG moléculaires peu intenses de la couche de silanes, j'ai révélé la présence dans la couche organique de greffage de groupements méthyles résultant d'une réaction de silanisation incomplète, démontré le lien entre la stabilité temporelle chimique et plasmonique des interfaces et l'irradiation laser, caractérisé finement la qualité de fonctionnalisation des particules par des thiols et montré la relation de proportionnalité entre réponses optiques linéaire et non linéaire en surface. Finalement, j'ai étudié directement le processus d'amplification de la SFG par le couplage à la SPR en réalisant une spectroscopie à deux dimensions infrarouge et visible. J'ai montré que ce couplage est mesurable même sur de petites particules déposées, et qu'il se produit dans la zone spectrale d'existence du plasmon de surface (du vert au rouge). La comparaison avec une surface plane de platine et d'or m'a permis d'extraire de façon fine des facteurs d'amplification, qui correspondent à ce que prédit une modélisation simple de la plasmonique en jeu dans ces interfaces
Optical properties of metallic nanoparticles, exhibiting a surface plasmon resonance (SPR) in the visible range, are nowadays extensively used to detect and characterize chemical entities, either in solution or deposited on substrates (e.g. sensors). In this work, I have optimized the creation of interfaces composed of 15nm in diameter gold nanoparticles on silicon and glass substrates after functionnalization by silanes, and their chemical and optical characterization by linear and nonlinear optical methods. I have used UV-visible spectroscopy in reflexion and transmission geometries, coupled to electronic and atomic force microscopies, with the help of optical simulations, to correlate the optical properties of the particles to their local density at the surface. Nonlinear sum frequency generation spectroscopy is able to probe the surface chemistry of both the particles and the substrate, through a local amplification of optical processes due to the excitation of the SPR. After showing that the latter does indeed amplify the low intensity molecular SFG signals from the silane layer, I have revealed the presence, in the organic layer, of unreacted methyl groups arising from an incomplete silanization, evidenced the link between plasmonic and chemical stability in time and laser irradiation, finely assessed the quality of surface functionnalization of the particles by thiols, and established the linear relationship between linear and nonlinear optical responses at the surface. Finally, I have directly studied the amplification process itself by coupling to the SPR through two dimension spectroscopic studies in the visible and infrared ranges. I have shown that the coupling is indeed measurable, even on small deposited particles, and that it happens in the spectral zone where the surface plasmon exists (from green to red). A comparison to flat platinum and gold surfaces leads to a fine estimation of amplification factors, which correspond to the predictions of a simple model for the plasmonic processes at stake at such interfaces

Abstract : The objective of this work is the characterization of heat and mechanical damage in the mortar by the nonlinear acoustic waves. The correlation between non-linear/linear acoustic parameters and damage in mortar is studied based on experiments and modelling. Experimental measurements of non-linear acoustic parameters as a function of temperature and crack size were performed on mortar. The velocities showed a decrease when increasing the degradation and the non-linear parameters showed an increase when increasing the damage. For the heat damage, cylindrical specimens were prepared and were characterized by studying the porosity and saturation. Then, the temperature controls the degradation. Indeed, the linear acoustic (UPV) and non-linear acoustic (Higher harmonic generation) were applied to characterize the damage. The linear acoustic tests have shown that the longitudinal, transverse velocities and modulus of Young of the mortar decreases in function of the temperature. The non-linear acoustic tests have shown that beta increases in function of the temperature. For the mechanical damage and the self-healing, an annular specimens were prepared and cracked by controlling the size of each crack. Then the self-healing phenomenon was characterized by the permeability and the acoustic tests. Indeed, the permeability tests have shown that the airflow and the crack size decreases quickly in the first month then slowly for the rest of the self-healing process. On the other hand, the non-linear acoustic tests shown that the alpha and beta decreases according to the self-healing process which means that the nonlinear parameters are good indicators to characterize the self-healing. Moreover, the analysis of the experimental results indicates that the frequency resonant technique is more efficient to characterize the defects in the mortar than the higher harmonic generation. From the experimental tests and to get a general result independent for our case study, the nonlinear parameters were related to a damage index. A polynomial correlations of a 2nd degree was established between the nonlinear parameters and the index damage. A numerical model based on the finite element volume was proposed to establish a correlation between the crack size and the airflow. The numerical results were compared with the results of the permeability tests and shown a good agreement. The findings of this work should be most appropriate as a foundation for the study of the self-healing by the nonlinear acoustic waves.
Résumé : L'objectif de ce travail est la caractérisation de l’endommagement thermique et mécanique dans le mortier par les ondes acoustiques non linéaires. La corrélation entre les paramètres acoustiques linéaires et non linéaires est basée sur les essais expérimentaux et la modélisation. Des mesures expérimentales des paramètres acoustiques non linéaires en fonction de la taille de la fissure et la température ont été effectuées sur mortier. Les vitesses ont montré une diminution et les paramètres non linéaires ont montré une augmentation en augmentant le degré de fissuration. Pour l’endommagement thermique, des éprouvettes cylindriques ont été préparées et ont été caractérisées par l'étude de la porosité et de la saturation. L'acoustique linéaire (UPV) et l’acoustique non linéaire (génération d'harmoniques) ont été appliquées afin de quantifier l’endommagement. Les essais acoustiques linéaires ont montré que les vitesses transversales, longitudinales et le module d'Young du mortier diminuent en fonction de la température. Les essais acoustiques non linéaires ont montré l'augmentation du bêta est fonction de l’endommagement thermique. Pour l’endommagement mécanique et l'autocicatrisation, des anneaux de mortier ont été préparés et fissurés en contrôlant la taille de chaque fissure. Ensuite, le phénomène d'autocicatrisation est suivi par la perméabilité et des essais acoustiques. Les essais de perméabilité ont montré que le débit d'air et la taille de la fissure diminuent rapidement au cours du premier mois, puis lentement durant le reste du processus d'autocicatrisation. D'autre part, les tests acoustiques non linéaires ont montré que « alpha » et « bêta » diminuent durant le processus de l’autocicatrisation, ce qui signifie que les paramètres non linéaires sont des bons indicateurs pour caractériser ce phénomène. En outre, l'analyse des résultats expérimentaux indique que la technique de résonance de fréquence est plus efficace pour caractériser les défauts dans le mortier que la génération d'harmoniques plus élevés. À partir des essais expérimentaux et dans le but d'obtenir un résultat plus général indépendant de notre cas d’étude, les paramètres non linéaires ont été liés à un index d’endommagement. Une corrélation polynomiale de 2e degré a été établie entre les paramètres non linéaires et l’index d’endommagement. Un modèle numérique basé sur la méthode des volumes finis a été proposé afin d'établir une corrélation entre la taille de la fissure et le flux d'air. Les résultats numériques ont été comparés avec les résultats des tests de perméabilité et montré un bon accord. Les résultats de ce travail représentent un bon départ pour étudier le phénomène de l'autocicatrisation par les ondes acoustiques non linéaires.

Ce travail de thèse est une contribution à l'étude du rayonnement UVX cohérent produit par génération des harmoniques d'ordre élevé d'une impulsion laser intense focalisée dans un gaz rare.
Dans une première partie, nous présentons une étude approfondie de l'optimisation du flux harmonique produit soit dans une fibre creuse soit dans un jet. Dans chacun des cas, nous déterminons les facteurs limitant l'émission : accord de phase, absorption, ionisation, défocalisation. La comparaison des profils d'émission avec les simulations démontre le rôle crucial de la phase du dipôle atomique pour la génération dans une fibre. L'optimisation dans un jet conduit à des efficacités de conversion allant de 10-5 à 50nm (1010 ph/imp) à 10-7 à 15nm (5.107 ph/imp).
Dans une deuxième partie, nous étudions la focalisation du rayonnement harmonique par une lentille de Bragg-Fresnel, qui permet une focalisation efficace hors axe, sans aberration. Nous mesurons pour l'harmonique 39 une tache focale de l'ordre de 2µm. Compte tenu du flux élevé et de la courte durée (femtoseconde) des harmoniques, des éclairements élevés dans l'UVX peuvent être atteints.
Finalement, nous présentons les premières expériences de diagnostic de plasma par interférométrie UVX utilisant le rayonnement harmonique. Une technique originale est développée à partir de 2 sources harmoniques mutuellement cohérentes séparées spatialement. L'analogue temporel de l'interférométrie spatiale, qui utilise 2 impulsions harmoniques séparées en temps, est également démontré. Cette interférométrie fréquentielle a permis le premier diagnostic UVX de l'évolution temporelle d'un plasma avec une résolution femtoseconde. Une extension du schéma de 2 à 4 impulsions permet de mesurer avec une sensibilité extrême un déphasage équivalent à une demi-période harmonique, soit des écarts temporels à l'échelle attoseconde (1as=10-18s).

Dans le cadre des systèmes de communications radio mobiles de la 4ème génération, on s'est intéressé aux systèmes combinant les techniques d'étalement par les codes et de transmission à porteuses multiples.
La thèse consiste à étudier en premier lieu les performances des différents types de combinaisons de l'OFDM et du CDMA, appelées sous le nom générique « OFDM-CDMA », dans un environnement parfaitement synchronisé dans une liaison descendante avec les mêmes conditions de transmission : charge du système, constellation, rendement du codage.
Une fois la comparaison des différents systèmes établie dans un contexte parfaitement synchronisé, on traitera le problème des imperfections de transmission : erreurs des synchronisation, imperfections Radio Fréquences (RF), estimation du canal, effet Doppler.
Les différents types d'erreurs de synchronisation étudiés dans le manuscrit sont la synchronisation de la fenêtre temporelle, la synchronisation des fréquences porteuse, et d'échantillonnage.
Les imperfections RF étudiées consistent en le bruit de phase et la gigue d'horloge.
Les sensibilités de l'OFDM-CDMA à ces erreurs sont évaluées en fonction du Rapport Signal à Interférence plus Bruit (RSIB) en sortie du détecteur en tenant compte de l'orthogonalité entre les codes d'étalement.
Finalement, on s'intéresse à évaluer les performances de ces systèmes en terme du Taux d'Erreur Binaire (TEB) en sortie du décodeur et à faire le lien entre le RSIB en sortie du détecteur et le TEB en sortie du décodeur.
En conclusion de ce travail, on peut tirer des limites tolérées sur les imperfections de transmission de ces systèmes ainsi qu'une comparaison entre leurs performances.

La datation de l’âge de génération des hydrocarbures et de la déposition de la roche mère fournit des informations importantes dans la prospection pétrolière. Dans ce travail, différentes stratégies ont été étudiées pour la détermination des métaux traces, et des rapports isotopiques du plomb dans des produits pétroliers par des techniques de spectrométrie de masse. Les stratégies d’analyses développées dans ce travail ont été utilisées pour estimer l’âge de génération du pétrole, ainsi que l’âge de déposition de la roche mère âge du « New Albany shales » dans le basin d’Illinois, en utilisant les géochronomètres U-Th-Pb. Les ages déterminés par la méthode U-Th-Pb sont en très bon accord avec ceux prédits par les modèles numériques géologiques, ce qui démontre le potentiel de cette approche pour étudier l’histoire de la formation des hydrocarbures et dans la recherche de nouvelles sources d'hydrocarbures
Timing crude oil generation and source rock deposition provides important clues in petroleum prospection. In this work, different analytical procedures were developed for trace metals and Pb isotope ratio were determination crude oils and related products. These analytical strategies were then used, for the first time, to assess the applicability of the U-Th-Pb geochronometers for timing source rock deposition age and crude oil generation in the Illinois Basin. Ages determined are in good agreement with those predicted by geological numerical models, demonstrating the potential of these geochronometers to study the history of hydrocarbons formation and to find new hydrocarbon sources