Tesis: "Oscillateurs paramétriques"

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Durniak, Céline. "Oscillateurs paramétriques optiques : instabilités spatio-temporelles et solitons dynamiques." Lille 1, 2004. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2004/50376-2004-205.pdf.

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Resumen

Les travaux effectués durant cette thèse apportent une contribution à l'étude de la dynamique spatio-temporelle des solitons optiques, candidats à de futures applications de transmission et de stockage d'informations. Tout d'abord, un modèle analytique d'Amplification Paramétrique Optique en régime nanoseconde, dans lequel la déplétion de la pompe est prise en compte, a permis de retrouver la structuration annulaire des profils transverses des champs en interaction, observée expérimentalement. Ce travail analytique a été complété par une étude numérique tenant compte d'effets transverses secondaires, comme la diffraction des faisceaux et la biréfringence du cristal non linéaire. Celle-ci s'est révélée cruciale quant à la détermination de zones de paramètres assurant une amélioration de la conversion d'énergie de la pompe vers les champs signal et complémentaire. Ensuite, nous avons mis en évidence dans un Oscillateur Paramétrique Optique (OPO) dégénéré pompé en continu et dans une valve à cristal liquide avec contre-réaction, une instabilité marquée par l'apparition d'un nouveau type de solitons spatiaux en réseau. Enfin, dans une configuration d'OPO contrapropagatif, nous avons démontré que l'association de l'amplification paramétriqueet de la contrapropagation des champs générait, à partir d'un pompage continu, des impulsions de type solitons temporels stables d'une durée de l'ordre de la picoseconde. Ce travail théorique ouvre la voie à la génération d'impulsions ultracourtes sans avoir recours à un milieu actif comme c'est actuellement le cas.

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Pacaud, Olivier. "Oscillateurs paramétriques optiques basés sur des cristaux de géométrie cylindrique." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2001. http://www.theses.fr/2001GRE10076.

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Resumen

Cette these de doctorat concerne la conception de nouveaux oscillateurs parametriques optiques (opo) avec comme objectif l'amelioration des proprietes spatiales et spectrales des faisceaux generes par rapport aux dispositifs actuels. L'originalite de ces dispositifs repose sur l'utilisation de cristaux non lineaires de geometrie cylindrique. Une methode originale d'usinage en cylindres de mono-cristaux orientes a ete developpee : les cristaux ainsi usines presentent des caracteristiques de cylindricite et de poli sur la tranche compatibles avec leur utilisation dans un dispositif resonant. Les geometries de cavite permettant un couplage optimum entre les ondes dans l'opo sont definies en prenant en compte les specificites liees a l'insertion intra-cavite d'un cristal non lineaire cylindrique : ces dispositifs imposent un controle rigoureux de la focalisation du rayonnement incident. Cette etape a permis la realisation d'un opo en regime impulsionnel pompe a 1064nm en quasi-accord de phase dans un cristal de ppktp cylindrique, permettant une accordabilite continue du signal sur une plage spectrale de 523nm. De meme, l'accordabilite angulaire d'un opo en accord de phase de type i dans un cristal de ktp a ete demontree sur 31,5\, ce qui correspond a environ 3 fois la gamme angulaire exploitable avec un cristal parallelepipedique. Une methode originale pour la caracterisation de faisceaux gaussiens a ete appliquee a la mesure du facteur de qualite (m 2) du faisceau signal emis par cet opo. Ces mesures ont conduit au developpement d'un modele simple qui definit les geometries de cavite permettant d'obtenir un affinement spatial de l'onde resonante dans la cavite de l'opo. L'application de ce modele a debouche sur la realisation d'un opo accordable en accord de phase emettant un faisceau signal dont le facteur de qualite m 2 est inferieur a 1,5 sur toute la plage angulaire consideree.

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MAITRE, Agnes. "Optique quantique dans les oscillateurs paramétriques optiques : du monomode au multimode." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002555.

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Resumen

Une source de lumière comporte des bruits d'origine classique (dus aux vibrations mécaniques, aux fluctuations thermiques...) qu'il est en principe toujours possible d'éliminer et un bruit d'origine spécifiquement quantique lié à la nature corpusculaire de la lumière. Ce bruit de photon appelé aussi bruit quantique standard ou bruit de grenaille a longtemps été considéré comme une limite infranchissable pour la sensibilité des mesures optiques. On sait maintenant qu'il existe des états du champ électromagnétique qui permettent de dépasser cette 'limite quantique standard'. Ces états comprimés du champ sont dans la plupart des cas créés par des effets d'optique non linéaire. En particulier, ils peuvent être produits par un Oscillateur Paramétrique Optique (OPO). Un OPO constitué par un cristal non-linéaire inséré dans une cavité optique, et excité par une onde pompe intense, génère par effet paramétrique deux nouvelles ondes dites signal et complémentaire. Il est possible de réduire sous le bruit quantique standard les fluctuations associées à ces trois ondes. En particulier, par interaction paramétrique, un photon de pompe est converti simultanément en un photon du signal et un photon du complémentaire. Un OPO génère ainsi des faisceaux corrélés temporellement au niveau quantique et appelés faisceaux jumeaux. De plus, lorsque la pompe est une onde plane, et que les fréquences du signal et complémentaire sont voisines, par l'interaction paramétrique signal et complémentaires sont émis symétriquement par rapport à la direction de propagation de la pompe et sont donc aussi corrélés spatialement au niveau quantique. La réduction sous la limite quantique standard du bruit de l'onde pompe réfléchie par la cavité est une illustration des potentialités de compression de l'OPO. Celle-ci a été mise en évidence dans un OPO fonctionnant avec un cristal à quasi accord de phase et émettant des faisceaux à une longueur d'onde voisine de 2Μm. Les faisceaux jumeaux constituent un autre exemple de faisceaux non-classiques émis par l'OPO. Ils peuvent être utilisés pour améliorer la sensibilité ultime de certaines mesures. En particulier, la corrélation de faisceaux jumeaux a été exploitée pour réaliser une mesure d'absorption dans le rubidium avec une sensibilité non limitée par le bruit quantique standard. Dans un OPO dégénéré en modes transverses, pour lequel l'émission est multimode, la compression des fluctuations peut s'observer en théorie à l'échelle locale en ne mesurant le bruit que sur une partie du faisceau. De plus un tel OPO doit permettre d'observer des corrélations quantiques spatiales entre différentes parties des faisceaux. Expérimentalement, il a été montré que dans un OPO confocal, l'émission, multimode, possède des corrélations locales. Des faisceaux possédant une corrélation quantique spatiale ont permis de mesurer le petit déplacement d'un faisceau avec une sensibilité supérieure à la limite quantique standard.

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Ward, Hélène. "Instabilités spatio-temporelles des oscillateurs paramétriques optiques : couplage walk-off-diffraction." Lille 1, 2001. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2001/50376-2001-13-14.pdf.

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Les oscillateurs paramétriques optiques (OPO) sont des sources susceptibles de produire, par interaction non linéaire à trois ondes au sein d'un cristal, des faisceaux de lumière cohérente accordable en fréquence. Les OPO construits actuellement, de plus en plus puissants et maniables, émettent des radiations allant du domaine du visible a l'infrarouge. Ils font l'objet d'une recherche très active, notamment en ce qui concerne le contrôle de la distribution spatiale d'intensité des faisceaux émis. L'étude théorique menée dans cette thèse concerne les mécanismes de formation de structures dissipatives, i. E. Hors équilibre thermodynamique, qui peuvent apparaître dans la section transverse des faisceaux en présence de walk-off. Celui-ci, dû à la biréfringence du cristal, écarte les directions de propagation de l'énergie des faisceaux réfractés ordinairement et extraordinairement. Il résulte de la méthode d'accord de phase qui optimise le processus d'amplification paramétrique. Ce travail concerne l'effet du couplage walk-off/diffraction sur la dynamique transverse de l'OPO triplement résonnant en régime de pompage continu, dans le cadre de l'approximation champ moyen. On montre que le walk-off modifie les fréquences d'oscillation et induit des structures transverses unidimensionnelles en forme de rouleaux de phase alignés perpendiculairement au walk-off, et d'intensité homogène. Dans la région où l'instabilité est convective, i. E. Où la dérive des faisceaux l'emporte sur la croissance temporelle, la dynamique transverse est dominée par des fronts propagatifs. Dans la région où la bifurcation est sous-critique, le walk-off permet de contrôler le régime de bistabilité. Mais l'effet le plus surprenant du walk-off est l'existence [. . . ]

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Forget, Nicolas. "Des amplificateurs laser aux amplificateurs paramétriques : études de l'amplification paramétrique optique à dérive de fréquence et du blocage de modes dans les oscillateurs paramétriques optiques." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00288940.

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A l'instar du Ti:saphir, certains amplificateurs paramétriques optiques (OPA) possèdent des bandes de gain suffisamment larges pour générer et amplifier des impulsions optiques parmi les plus courtes (<100fs). A partir de ce constat, une double problématique est développée : dans quelle mesure peut-on utiliser des amplificateurs paramétriques en lieu et place des amplificateurs laser utilisés, que ce soit dans les chaînes d'amplification à dérive de fréquence (CPA) ou dans les oscillateurs à modes bloqués ? La première partie de ce mémoire est consacrée à un rappel de la physique du mélange à trois ondes dans les cristaux massifs, suivi d'une interprétation géométrique des solutions obtenues en ondes planes. La seconde partie est consacrée à l'étude expérimentale des performances de l'amplification paramétrique optique à dérive de fréquence (OPCPA) à 1054 nm.. Deux préamplificateurs OPCPA présentant des gains supérieurs à 106, l'un à base de cristaux massifs de BBO, l'autre à base de PPLN, sont étudiés et comparés expérimentalement. La question du contraste temporel des impulsions amplifiées par OPCPA – question centrale pour les sources ultra-intenses – fait l'objet d'études théoriques et expérimentales spécifiques. Le contraste de plusieurs sources OPCPA sont comparés et ses diverses composantes (fluorescence paramétrique, bruit d'amplitude sur l'impulsion de pompe) sont identifiées et quantifiées. La dernière partie du travail de thèse porte sur la possibilité de réaliser un oscillateur paramétrique optique à modes bloqués (ML-OPO) à partir d'une source de pompe continue. Ce travail comporte également un volet théorique et un volet expérimental : une étude théorique systématique des ML-OPO (simplement et doublement résonnants) et la première démonstration expérimentale d'un ML-OPO quasi-continu et doublement résonnant à 1 micron.

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Amon, Axelle. "Dynamique temporelle des oscillateurs paramétriques optiques continus : oscillations multimodes, oscillations en rafales et chaos." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004477.

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Les oscillateurs paramétriques optiques (OPO) continus sont des sources de lumière cohérente largement accordables reposant sur l'interaction paramétrique de trois champs dans un cristal non-linéaire. Leur utilité est aussi bien liée à cette accordabilité (spectroscopie) qu'aux propriétés quantiques propres au système (génération d'états comprimés, photons jumeaux). D'autre part, en tant que systèmes non-linéaires, les OPO sont susceptibles de présenter une grande richesse de phénomènes dynamiques temporels et spatio-temporels. Nous présentons une étude expérimentale, théorique et numérique de différentes instabilités temporelles présentées par les intensités des champs à la sortie de la cavité de notre OPO. Nous caractérisons des oscillations de fréquence de 1 à 300MHz dont nous montrons expérimentalement qu'elles ont pour origine l'interaction entre plusieurs modes transverses. Ces oscillations rapides peuvent être couplées à des oscillations plus lentes d'origine thermique, menant à l'apparition d'instabilités du type oscillations en rafales. Un développement perturbatif multi-échelle permet d'obtenir des solutions analytiques pour les champs une fois les oscillations rapides moyennées. Nous avons d'autre part observé ce qui est à notre connaissance la première observation expérimentale de chaos déterministe dans ce système. Enfin nos travaux expérimentaux et théoriques ont permis d'améliorer notre compréhension de la sélection de modes dans les OPO.

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Suret, Pierre. "Dynamique temporelle et effets transverses dans les oscillateurs paramétriques optiques continus : observations expérimentales et modélisation." Paris 11, 2000. http://www.theses.fr/2000PA112196.

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Ce travail est consacre a l'observation de la dynamique des opo continus et a sa modelisation. Deux effets aux repercussions importantes ont ete etudies : les effets thermiques d'une part et la double refraction au sein d'une cavite triplement resonnante d'autre part. L'absorption residuelle des faisceaux par le cristal non lineaire peut provoquer des oscillations spontanees des instensites. Ces instabilites temporelles se manifestent par divers regimes mais sont generalement caracterisees par une periode longue devant le temps optiques et par des discontinuites des instensites. Nous avons propose un modele phenomenologique simple (base sur l'approximation de champ moyen) incluant la temperature. Ce modele reproduit parfaitement la dynamique experimentale de l'opo et est compare a un modele plus complet contenant l'equation de diffusion de la chaleur. Les instabilites d'origine thermique sont regies par un meme mecanisme general : l'evolution de la temperature, lente devant le temps optiques, est equivalente au balayage dynamique d'un parametre de controle de l'opo. Ce balayage peut entrainer l'opo autour du cycle de bistabilite parametrique ou peut provoquer des sauts periodiques entre differents modes. Nous avons montre que la presence du walk-off dans une cavite triplement resonnante pouvait modifier de facon tres importante le comportement stationnaire de l'opo. En effet, la coexistence des contraintes de resonance et de la double refraction impose des directions de propagation differentes pour les faisceaux et un desaccord transverse des vecteurs d'onde. Les structures transverses stationnaires observees quand la cavite s'approche de la geometrie concentrique sont alors des modes d'hermite-gauss tem m 0 d'ordre eleve, et le seuil de l'opo peut devenir tres important. Nous avons developpe une extension de la theorie de boyd et kleinman qui permet de predire quantitativement les comportements experimentaux.

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Coulibaly, Saliya. "Solitons dissipatifs des oscillateurs paramétriques optiques : instabilités convectives / absolues et effets non-linéaires du walk-off." Lille 1, 2006. https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupversions/d024cfb0-ee26-498b-ab7b-6368ac8e4f07.

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Les Oscillateurs Paramétriques Optiques (OPO) sont des sources optiques susceptibles de produire par interaction non linéaire à trois ondes au sein d'un cristal à forte sensibilité quadratique, des faisceaux de lumière cohérente et accordable en fréquence. Ils sont classés parmi les systèmes optiques à cavité non linéaire, dans lesquels des structures spatiales auto-organisées peuvent se former de façon spontanée dans la section transverse des faisceaux de sortie. Nous présentons ici, la capacité des OPO à générer de nouvelles structures, notamment celles conduisant à un confinement de l'énergie, appelées Structures Spatiales Localisées (SSL) ou solitons dissipatifs. Notre étude permet le contrôle et la manipulation des SSL à partir des caractéristiques du champ de pompe incident, et de l'interaction non lméaire des champs intra-cavité. Nous montrons, en particulier, que les inhomogénéités dans le pompage conduIsent à un piégeage des SSL, ce qui implique la quantification des seuils d'oscillation de l'OPO et une disparition des courbes neutre de stabIlité marginale, obtenues pour le cas idéal d'un pompage en ondes planes. Ce piégeage résiste à l'effet de dérive induit par le walk-off (double réfraction) et l'interaction entre ce dernier et les inhomogénéités fournit un moyen efficace pour contrôler aussi bien la vitesse que la position d'équilibre des SSL dans le plan transverse. L'étude des effets non linéaires du walk-off nous a permis de montrer qu'il est possible, en régIme monostable, d'abaisser le seuil d'émission de l'OPO sous le seuil linéaire classique. En régime bistable, nous avons révélé l'existence d'un terme de gradient non-linéaire pennettant ainsi la modélIsation de la dynamique spatio-temporelle des champs intra-cavité au-dessus du seuil. L'étude de ce nouveau modèle montre une autodépendance de la fréquence et de la vitesse d'entraînement des structures spatiales de l'OPO, vis à vis de leur intensité. Ce qui permet d'expliquer l'auto-décallage de fréquences, le freinage et la dissymétrie observés dans l'enveloppe des champs émis par l'OPO.

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Inou, Allal. "Modélisations numériques d'oscillateurs paramétriques optiques, en régime de fortes conversions, à l'échelle nanoseconde." Limoges, 1998. http://www.theses.fr/1998LIMO0013.

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Resumen

Le developpement actuel des opos (oscillateurs parametriques optiques) ne saurait s'affranchir de la simulation numerique. Les travaux que nous presentons dans ce memoire contribuent a cet essor, d'abord en recensant et en classant les principales methodes numeriques et semi-analytiques applicables a l'opo pulse nanoseconde. Par la suite, nous avons procede a une etude theorique comparative qui nous a conduit a programmer plusieurs techniques numeriques representatives. Les codes sont alors valides en reference a un cas experimental completement caracterise. Les modeles sont de la categorie recente spatio-temporelle, ils prennent en compte la diffraction, la double refraction, et l'absorption des cristaux non lineaires, pour un accord de phase de type i ou ii parfait ou non. Ils permettent d'extraire les rendements energetiques, d'observer les evolutions spatio-temporelles des champs intra-cavite, d'apprecier la qualite spatiale des faisceaux emergeants (coefficient de qualite m2), de tracer les spectres temporels et les champs lointains. Les methodes numeriques - differences finies explicites et implicites, transformees de fourier rapides - sont comparees entre elles dans leurs performances lors de la modelisation d'une propagation lineaire ou non. Puis, le logiciel que nous avons adopte a ete mis a profit pour retrouver la courbe de rendement energetique pour un cas experimental autre que celui de reference. Nous avons ensuite observe le comportement du modele en dehors du cadre des hypotheses d'ondes monomodes longitudinales et a variation transverse lente des champs complexes. En outre, le logiciel a ete exploite pour mieux cerner certains phenomenes concernant un opo pompe par un mode tem01. Enfin, nous nous sommes appuyes sur le logiciel pour effectuer des previsions de performances pour un opo alimente par une pompe a profil transverse super-gaussien.

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Drouin, Étienne M. "Réduction du bruit optique dans un oscillateur paramétrique optique par l'ajout d'une cavité externe." Master's thesis, Université Laval, 2007. http://hdl.handle.net/20.500.11794/18769.

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Patera, Giuseppe. "Propriété quantiques des impulsions ultra courtes générées par oscillateurs paramétriques optiques pompés en mode synchrone: compression des fluctuations et intrication multi-modes." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00404162.

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Ce mémoire présente une étudie théorique des propriétés dynamiques et quantiques d'un oscillateur paramétrique optique dégénéré de type I que est pompé de manière synchrone par un laser verrouillé en phase (SPOPO). Récemment, des SPOPO ont été exploité pour générer des impulsions optique de très bref durée et leurs propriétés temporelles ont été étudiées théoriquement. Ayant un très grand nombre de degrés de liberté, le champ sortant d'un SPOPO doit être caractérisé au moyen d'une analyse quantique multimodale. Par conséquent, nous développons d'abord un modèle multi-mode de ce système en déduisant des équations quantiques pour les opérateurs de champ intra-cavité. Ensuite, nous étudions les solutions stationnaires pour les champs générés. Celles-ci sont solution d'une équation aux valeurs propres dont le spectre donne des informations sur le nombre de modes « utiles » qui peuvent être extraits et qui condensent toutes les propriétés dynamiques et quantiques du champ intra-cavité et que nous appelons « super-modes ».En fait, nous montrons que non seulement le super-mode de seuil le plus bas a (idéalement) des fluctuations parfaitement comprimées au seuil, mais aussi tout les autres super-modes, dont les seuils sont suffisamment proches du première, ont un caractère non-classique important. Cette propriété démontre clairement le fait qu'un SPOPO est un système fortement multi-mode. La dernière partie est consacrée à l'étude du champ de sortie sous le point de vue de la génération d'états intriqué multi-modes et à l'optimisation de ces états au moyen de configurations expérimentales spécifiques.

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Drag, Cyril. "Sources optiques cohérentes pour la spectroscopie. Développements de la microscopie de photodétachement." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00560331.

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Dezael, François-Xavier. "L'Effet Casimir Dynamique et son lien avec l'Amplification Paramétrique en Optique Quantique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00165149.

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D'après la Théorie Quantique des Champs, tout diffuseur en accélération non-uniforme dans le vide subit une force dissipative liée aux fluctuations du vide. Par conservation de l'énergie, il doit émettre des photons. Cette prédiction théorique, appelée Effet Casimir Dynamique, est présentée dans la première partie de ce mémoire. Nous calculons les signatures du rayonnement émis par des miroirs oscillants, dans le vide et dans un bain thermique. La diffusion des champs au sein d'une cavité oscillante est déterminée par itération fréquentielle, de façon à pallier aux divergences des anciennes approches, et étendre les calculs au-delà du seuil d'oscillation paramétrique. Dans la deuxième partie de la thèse, nous montrons qu'il est possible de générer un phénomène analogue à l'Effet Casimir Dynamique par compression des fluctuations du vide au sein de dispositifs du type Amplificateur Paramétrique Optique (APO). De manière à reproduire la transformation des champs diffusés par des miroirs oscillants, nous étudions divers systèmes comportant des miroirs et des cristaux chi(2) pompés par laser. Après une analyse détaillée des contraintes expérimentales, nous proposons une réalisation pratique de l'analogie à l'aide d'un micro-APO monolithique, permettant d'espérer un rayonnement largement supérieur à celui accessible mécaniquement.

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Pinel, Olivier. "Optique quantique multimode avec des peignes de fréquence." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00654841.

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Les lasers femtoseconde sont des sources de très haute précision pour la métrologie. La possibilité de produire des états comprimés dans ce régime pourrait conduire à une amélioration des mesures physiques. Dans une première partie, j'introduirai une limite de sensibilité pour l'estimation de paramètres portés par le champ électromagnétique, utilisant des ressources gaussiennes quelconques. Il peut être montré qu'un état comprimé monomode, sur un mode bien défini, est optimal d'un point de vue expérimental. Je présenterai alors un schéma simple et général, utilisant une détection homodyne, qui permet de mesurer de façon optimale des paramètres portés par le champ électromagnétique. Dans une seconde partie, je présenterai les résultats expérimentaux que nous avons obtenus en utilisant un oscillateur paramétrique optique femtoseconde pompé de façon synchrone. J'exposerai la production d'états comprimés en intensité dans ce régime ainsi que la preuve du caractère multimode de la lumière produite. Ceci constitue une étape majeure pour la production d'états multimodes sur mesure en régime femtoseconde.

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Armougom, Julie. "Nouvelles sources optiques pour la détection d’espèces chimiques dans la bande III." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAT077/document.

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La spectrométrie laser d'absorption différentielle est une technique bien connue pour la détection à distance d'espèces chimiques dans l'atmosphère. À ce titre, la bande III qui s'étend entre 8 et 12 µm est une région particulièrement intéressante, car les bandes d'absorption de nombreuses espèces chimiques y sont intenses et se recouvrent peu entre elles. Afin de détecter ces espèces à distance dans la bande III, il est nécessaire de disposer de sources dont le rayonnement est fin spectralement, largement accordable, et énergétique. Les sources basées sur l'optique non linéaire du second ordre constituent la seule technologie capable de répondre à ces besoins. Dans ce travail de thèse, nous présenterons des résultats expérimentaux portant sur deux architectures de sources paramétriques permettant d'émettre un rayonnement dans la bande III adapté à la spectrométrie différentielle en configuration lidar. La première architecture consiste à émettre un faisceau directement dans la bande III grâce au pompage de cristaux non linéaire par des sources laser à 2 µm. La seconde architecture, consiste à amplifier les ondes signal et complémentaire issues d'un OPO à 2 µm, avant de les convertir dans la bande III par différence de fréquences. Ces sources sont basées sur l'association de technologies émergentes et sont susceptibles d'offrir des solutions viables au manque de sources émettant dans la bande III Laser spectrometry by differential absorption is a well-known technique for standoff detection of chemical species in the atmosphere. The longwave infrared region (LWIR), ranging from 8 to 12 µm is particularly interesting because the absorption bands of many chemical species are intense and non-overlapping. In order to detect those species in the LWIR, there is a need for sources that are spectrally narrow, widely tunable, and delivers high energies. The sources based on second order nonlinear optics are the only technology able to meet those requirements. In this work, we will present the experimental results on two parametric architectures that allows emission in the LWIR for lidar measurements. The first one consists in emitting a beam directly in the LWIR by pumping nonlinear crystals with 2 µm pump lasers. The second architecture consists in amplifying the signal and idler beams coming from a 2 µm OPO, before converting them into the LWIR by difference frequency generation. Those sources are based on the association of new technologies and have the potential to offer a viable solution to a lack of sources emitting in the LWIR

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Ozanam, Cécile. "Oscillateur paramétrique optique en guides d'ondes AlGaAs/A10x." Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCC226.

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Ce travail de thèse porte sur la réalisation expérimentale d'un oscillateur paramétrique optique (OPO) en guides d'ondes AlGaAs/A10x. L'insertion de fines couches d'oxyde d'aluminium (A10x) dans un coeur guidant en GaAs à une échelle sub-longueur d'onde permet d'obtenir artificiellement la biréfringence nécessaire pour obtenir une interaction non linéaire efficace entre une onde de pompe TMOO à 1064 nm et des ondes signal et complémentaire TE00 autour de 2128 nm. Après définition d'une cavité optique résonnante pour les ondes signal et complémentaire grâce au dépôt de miroirs diélectriques sur les facettes du guide, le seuil d'oscillation est atteint pour une puissance de pompe de 210 mW. Ce résultat constitue la première démonstration d'un OPO en guide d'ondes semi-conducteur dans le proche infrarouge. Dans un second temps, nous avons cherché à améliorer les performances de ce dispositif en explorant trois pistes. La première a été la réduction des pertes de propagation par un meilleur contrôle de l'étape d'oxydation et par l'insertion de barrières de GaInP de part et d'autre des couches oxydées. Le deuxième axe de développement a été l'utilisation d'une cavité à double passage de la pompe qui a permis de réduire légèrement le seuil d'oscillation. La troisième piste explorée est la protection thermique de l'échantillon par une couche de verre déposée sur les guides d'ondes. Une partie de cette thèse a par ailleurs été consacrée à un dispositif similaire visant à obtenir une radiation cohérente autour de 2000 nm par génération de second harmonique d'un laser à cascade quantique émettant autour de 4500 nm This PhD work is about the experimental demonstration of an optical parametric oscillator (OPO; in AlGaAs/A10x waveguides. Inserting thin aluminum oxide (A10x) layers in the GaAs guiding core of the waveguide at a sub-wavelength scale allows us to artificially reach the birefringence which is necessary to get an efficient nonlinear interaction between a TMOO pump at 1064 nm and TE00 signal and idler around 2128 nm. After defining an optical signal and idler-resonant cavity by the means of dielectric mirrors, the oscillation threshold is reached with an internai pump power of 210 mW. This result is the first demonstration of a guided-wave semiconductor OPO in the near infrared. In a second part, we tried to improve the performances of this device following three different paths. The first is the reduction of the propagation losses through a better control of the oxidation step and the insertion of GaInP barriers on each side of the oxidized layers. The second development path is a change in the optical cavity configuration : using a double pump pass cavity has enabled us to slightly reduce the oscillation threshold. The third explored path is the thermal protection of the sample with a glass layer deposited on the top of the waveguides. A part of this PhD work has also been devoted to a similar device for the emission of a coherent radiation around 2000 nm by second harmonic generation from a quantum cascade laser emitting around 4500 nm

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Fulop, Ludovic. "Étude et réalisation d'un oscillateur paramétrique optique miniature." Grenoble INPG, 1998. http://www.theses.fr/1998INPG0109.

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Les microlasers developpes au leti, dont le mode de fabrication collective autorise une production de masse a tres faible cout, ont ete utilises pour pomper un opo miniature. Ces microlasers, fabriques a partir d'un substrat de yag:nd sur lequel est depose un absorbant saturable yag:cr#4#+ par epitaxie en phase liquide, emettent a la longueur d'onde 1. 064 m des impulsions de quelques j et de largeurs de l'ordre de la nanoseconde, a des taux de repetition de plusieurs dizaines de khz. Ils sont pompes avec des diodes laser standards de puissance 1 w. La principale difficulte pour pomper un opo avec un microlaser est d'atteindre son seuil d'oscillation. Le calcul de ce seuil montre que les faibles energies delivrees par les microlasers ne nous permettraient pas de pomper un opo en configuration extracavite. Afin de nous familiariser avec le concept de l'opo, nous avons tout de meme realise un opo base sur la conversion parametrique 1. 064 m 1. 572 m + 3. 293 m dans un cristal de ktp, pompe avec un laser delivrant des impulsions de plusieurs mj. Bien que les experiences menees avec la volonte d'abaisser le seuil d'oscillation de l'opo aient donne de bons resultats, les plus bas seuils mesures (200 j) restent bien superieurs aux energies delivrees par les microlasers (inferieures a 10 j). Nous avons alors developpe un micro-opo intracavite. Afin d'atteindre le seuil d'oscillation, l'opo est place a l'interieur de la cavite laser. Le micro-opo ainsi realise fonctionne a la longueur d'onde 1. 572 m. Il genere des impulsions de plusieurs j et de largeurs de l'ordre de la dizaine de nanoseconde, a des taux de repetition pouvant etre superieurs a 10 khz. En notre connaissance, il s'agit du premier micro-opo qui ait ete realiser en utilisant un microlaser impulsionnel pompe par une diode laser de puissance 1 w. Afin d'optimiser les performances du micro-opo intracavite, nous avons developpe un programme de calcul pour simuler son fonctionnement.

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Komine, Vadim. "Etude d'un oscillateur paramétrique à quartz : conception, modélisation et réalisation." Besançon, 2003. http://www.theses.fr/2003BESA2006.

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Le phénomène de résonance paramétrique n'a été véritablement étudié théoriquement qu'au début du vingtième siècle. Ses applications dans le domaine de l'électronique se limitent à l'amplification HF faible bruit. L'étude décrite dans ce mémoire l'étend au cas des oscillateurs RF. Un premier chapitre est consacré aux rappels théoriques et principes de fonctionnement de dispositifs paramétriques. Il montre comment réaliser dans le principe, par pompage d'une réactance variable, une oscillation paramétrique en électronique et l'appliquer à l'oscillateur à quartz. Ce type d'oscillateur est d'abord analysé puis simulé. L'approche théorique est suivi de son application pratique avec l'utilisation d'un résonateur à quartz à 10 MHz dans une boucle paramétrique pompée à une fréquence double de la fréquence d'oscillations. Les mesures expérimentales de cet oscillateur paramétrique à quartz (OPQ) et leur comparaison aux résultats théoriques font l'objet du dernier chapitre. L'OPQ y est notamment caractérisé en termes de bruit de phase et de stabilité de fréquence. Ses résultats encourageants ouvrent des perspectives d'évolution décrites en conclusion The phenomenon of parametric resonance has been theoretically studied just from the beginning of the twentieth century. Its applications in electronics are restricted to low noise HF amplifiers. In this work the application of parametric resonance is extented to the case of RF oscillators. The first chapter is dedicated to a theoretical review and principles of operation of existing parametric devices. It it shown how an electronic parametric oscillator can work when pumping a variable reactance and how this can be applied to quartz crystal oscillators. This type of oscillator is first analysed before being simulated. This theoretical approach is then applied to a 10 MHz quartz crystal resonator inserted in a parametric loop which is modulated with a pump signal whose frequency is twice the loop resonant frequency. Experimental results of this Parametric Quartz Crystal Oscillator (PXO) are discussed in the last chapter. Resulting data are compared with the theoretical ones. The PXO is also caracterized especially in terms of phase noise and frequency stability. Its encouraging features open up possibilities of future developments described in the conclusion

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Benielli, Dominique. "Excitation paramétrique et déferlement d'ondes internes en fluide stratifié." Lyon 1, 1995. http://www.theses.fr/1995LYO10053.

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La dynamique des ondes internes est etudiee experimentalement. Des ondes internes sont excitees par instabilite parametrique, ainsi une cuve remplie, soit de fluide continument stratifie en densite, soit par un bicouche de fluide, est soumise a un mouvement oscillant vertical ce qui revient a moduler sinusoidalement la gravite donc la frequence de brunt vaissala. Dans le cas d'un bicouche, les langues de l'instabilite parametrique de chaque mode d'oscillation de l'interface sont isolees, et leur dynamique est en bon accord avec la theorie faiblement non lineaire d'un oscillateur isole, avec toutefois quelques desaccords quantitatifs sur les taux de dissipation et de croissance. Dans le cas d'une stratification continue, la frequence propre depend uniquement de l'angle que fait le vecteur d'onde avec l'horizontale, et differents modes avec le meme angle sont excitables simultanement, toutefois, nous observons souvent un mode simple qui prevaut. L'instabilite parametrique des modes, du moins dans leur phase de croissance est en bon accord qualitatif avec la theorie. Le mode primaire croit, et developpe une onde secondaire par instabilite parametrique. Ce processus conduit au deferlement de l'onde et a son declin avec melange du fluide. Ensuite l'onde se remet en phase avec l'excitation et croit a nouveau. Nous observons ainsi, une dynamique intermittente. Parallelement a cette etude de processus, une etude statistique de la dynamique de ces ondes turbulentes est realisee. Elle met en evidence un spectre d'energie des ondes en k#-#3 caracteristique d'un regime d'ondes saturees qui se retrouve dans les milieux naturels stratifies, l'atmosphere et l'ocean. Le melange est caracterise par un coefficient de diffusion turbulente que nous obtenons experimentalement. Ce coefficient de diffusion peut etre relie a la partie universelle du spectre, ce qui permet de proposer des formules simples pour estimer le melange vertical dans l'atmosphere et l'ocean

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Berrou, Antoine. "Développement d'un oscillateur paramétrique optique pour la spectroscopie des gaz et ses applications." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2008. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00004884.

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Lorsqu'il s'agit de réaliser des mesures spectroscopiques, on se trouve rapidement limité par la plage d'accord en fréquence des lasers qui est imposée par la répartition d'énergie entre les niveaux des transitions atomiques ou moléculaires couplés par l'émission stimulée. Afin de s'affranchir de cette limitation, nous avons recours à la conversion paramétrique optique. L'étude que nous avons menée, consiste à développer un oscillateur paramétrique optique (OPO) doublement résonnant à cavités imbriquées permettant de convertir un rayonnement primaire (à 1 μm) en un rayonnement accordable entre 3,8 et 4,5 μm de grande finesse spectrale (monomode longitudinal) en vue du dosage sélectif de différentes espèces gazeuses. Nous procédons à l'automatisation du montage au moyen d'un programme développé sous Labview qui permet d'atteindre des balayages en fréquence monomodes continus sur une centaine de GHz, et une stabilisation en fréquence de ± 2,8 MHz. Nous utilisons ensuite notre source pour réaliser des mesures d'absorption directe ainsi que des enregistrements de spectres photoacoustiques. Nous obtenons ainsi des spectres de plusieurs espèces gazeuses à différentes pressions ; ces spectres étant en accord avec les spectres théoriques calculés à partir de la base de données Hitran. Finalement nous validons de nouvelles voies permettant de faire évoluer le montage vers un dispositif plus compact et robuste. Ainsi, nous démontrons qu'il est possible d'obtenir l'oscillation paramétrique à partir d'un micro-laser. D'autre part, nous validons une nouvelle architecture que nous appelons

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Debuisschert, Thierry. "Réduction des fluctuations quantiques de la lumière à l'aide d'un oscillateur paramétrique optique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1990. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011869.

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Ce mémoire présente une expérience d'optique quantique basée sur l'utilisation de l'Oscillateur Paramétrique Optique (O.P.O ). Une particularité de l'effet paramétrique est de créer des paires de photons jumeaux. L'O.P.O. engendre donc deux faisceaux dont les fluctuations quantiques d'intensité sont fortement corrélées. La première partie donne une étude détaillée de son fonctionnement : conditions d'oscillation, intensité et fréquence des faisceaux produits. On détermine ensuite les caractéristiques des fluctuations quantiques des deux faisceaux. Dans la seconde partie, nous décrivons le montage expérimental permettant de produire ces faisceaux jumeaux et de mesurer leur corrélation. Nous avons ainsi obtenu une réduction du bruit quantique de 69% dans une bande-passante de 12 MHz sur la différence des intensités des deux champs. Dans la troisième partie, nous nous intéressons aux propriétés des faisceaux jumeaux lorsque l'O.P.O. fonctionne au voisinage de la dégénérescence. Nous décrivons le laser Nd:YAG doublé et le montage expérimental qui ont permis d'observer le battement entre les deux faisceaux.

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Morin, Drouin Étienne. "Réduction du bruit optique dans un oscillateur paramétrique optique par l'ajout d'une cavité externe." Thesis, Université Laval, 2007. http://www.theses.ulaval.ca/2007/24229/24229.pdf.

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Laurat, Julien. "Etats non-classiques et intrication en variables continues à l'aide d'un oscillateur paramétrique optique." Paris 6, 2004. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007442.

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Laurat, Julien. "Génération d'états non-classiques et intrication en variables continues à l'aide d'un oscillateur paramétrique optique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007442.

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Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et expérimentale de différents niveaux de corrélations quantiques en variables continues, mettant en jeu une ou deux quadratures. Dans cet objectif, un oscillateur paramétrique optique de type II, où signal et complémentaire sont émis suivant des polarisations orthogonales, a été développé. Une lame biréfringente introduite à l'intérieur de la cavité induit un couplage des deux modes et permet un fonctionnement dégénéré en fréquence. Un protocole original de préparation conditionnelle d'un état non-classique, de distribution statistique sub-Poissonienne, a été étudié théoriquement et mis en oeuvre expérimentalement. Il repose sur les corrélations d'intensité des faisceaux émis au-dessus du seuil en l'absence de lame. Une compression de 9.5 dB du bruit sur la différence d'intensité a été obtenue. En présence de la lame, les faisceaux émis sont dégénérés en fréquence et en principe intriqués. La dégénérescence a permis la première mesure des anti-corrélations de phase au-dessus du seuil. Malgré un excès de bruit qui reste à expliquer, ce résultat ouvre une voie intéressante pour la génération directe d'états intriqués intenses. L'oscillateur paramétrique optique, avec ou sans lame, peut également fonctionner au-dessous du seuil et générer des faisceaux fortement intriqués. L'intrication obtenue, stable pendant plusieurs heures, est la plus forte observée à ce jour et elle est préservée jusqu'à des fréquences de bruit très basses. En présence de la lame, les propriétés quantiques originales du système sont également détaillées et une opération passive, réalisée à l'aide de lames biréfringentes, est mise en évidence pour optimiser l'intrication. L'action d'opérations passives sur un état à deux modes est discutée théoriquement.

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Desormeaux, Aude. "Développement d'un oscillateur paramétrique optique monofréquence et réalisation d'un montage pour la spectroscopie infrarouge non linéaire." Paris 11, 2005. http://www.theses.fr/2005PA112058.

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Le développement de nouvelles sources optiques est indispensable pour la spectroscopie et ses applications telles que la détection de polluants ou la caractérisation des milieux réactifs. Dans cette problématique, les sources accordables dans l’infrarouge moyen sont très recherchées car la plupart des polluants (COx, NOx, …) y ont des raies d’absorption. Cette étude a pour objet la mise en place d’une source optique : un Oscillateur Paramétrique Optique Doublement Résonnant (DROPO) monofréquence accordable entre 3,5 µm et 4,5 µm ainsi que la réalisation d’un montage pour la spectroscopie non linéaire à haute cadence. Le travail de thèse commence par le développement d’un DROPO à cavités imbriquées pompé par un laser Nd :YAG à haute cadence (10 kHz). Une modélisation du comportement dynamique du DROPO a permis d’optimiser son fonctionnement en introduisant un retour de pompe contrôlé en phase et en amplitude. Ainsi, le rayonnement émis dans l’infrarouge moyen est spectralement fin (< 100 MHz) et continûment accordable en fréquence sur de large domaine (120 GHz). Ensuite, le DROPO est intégré dans un montage compact (60 cm * 60 cm) afin d’accroître l’énergie dans l’infrarouge moyen tout en conservant les qualités spatiale et spectrale du faisceau. Ce montage composé d’un amplificateur laser multipassage, du DROPO et d’un Amplificateur Paramétrique Optique (OPA) permet d’obtenir un faisceau d’une puissance crête de 3 kW dans l’infrarouge moyen. Finalement, la source est utilisée pour enregistrer des raies d’absorption à basse pression sur la molécule de N2O à 3,9 µm The development of new optical sources is essential for spectroscopy and related applications : pollutant detection or optical diagnostics of reactive media. For such applications, various researches are conducted to provide optical sources that are tunable in the mid infrared domain because most of pollutants (COx, NOx, …) absorb in this spectral region. The aim of the study is twofold: realisation and characterisation of a single longitudinal mode Doubly Resonant Optical Parametric Oscillator (DROPO) tunable over the 3. 5µm-4. 5 µm spectral range and realisation of an optical bench for high repetition rate non linear spectroscopy. The study begins with the development of an entangled cavity DROPO pumped by a high repetition rate (10 kHz) Nd :YAG laser. Modeling the dynamic behavior of the DROPO shows that the performances of the source can be enhanced by adding a pump beam reflection, which is controlled in phase and in amplitude. The mid-infrared emitted radiation is single longitudinal mode (< 100 MHz) and continuously tunable over a large domain (120 GHz). Next, the DROPO is integrated in a compact optical bench (60 cm ´ 60 cm) in order to increase the available energy in the mid infrared domain while maintaining the spatial and spectral qualities of the beam. This bench is composed of a multipass laser amplifier, the DROPO and an Optical Parametric Amplifier (OPA). The optical bench delivers a 3-kW peak-power mid-IR beam. Finally, the source is implemented for low pressure absorption spectroscopy of N2O around 3,9 µm

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Kemlin, Vincent. "Parametric infrared generation : from crystals to devices." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENT114.

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Ce manuscrit porte sur la génération de lumière infrarouge paramétrique dans la gamme de longueurs d'onde 1-12 microns, et qui reste à ce jour un défi à l'interface entre les disciplines de l'optique non-linéaire et des sciences des matériaux. Historiquement, c'est la stratégie de l'accord de phase par biréfringence (APB) dans les matériaux anisotropes qui s’est avérée la plus efficace. Mais depuis les années 1990, le succès du quasi-accord de phase (QAP) a permis l’obtention rendements de conversion plus élevés tout en ouvrant de nombreuses possibilités d'accordabilité en longueur d'onde du rayonnement émis, conduisant naturellement à un regain d’intérêt pour les Oscillateurs Paramétriques Optiques (OPO).Nous avons construit le premier OPO nanoseconde en quasi-accord de phase angulaire à base d'un cristal de 5 millimètres d'épaisseur de 5%MgO:PPLN usiné sous la forme d'un cylindre partiel. L'accordabilité angulaire et continue, sans régulation thermique, de cet OPO s'étend de 1.4 jusqu'à 4.4 microns. Dans ce travail, nous avons montré que la configuration des vecteurs d'onde entre l'onde de pompe et les ondes générées dans la cavité était colinéaire et qu’une optimisation de la longueur de cavité permettait d'obtenir des performances énergétiques équivalentes à celles d'un OPO à base d'un cristal traité antireflet et de forme parallélépipédique. Des efficacités de conversion globales supérieures à 30% ont ainsi été obtenues correspondant à une énergie par impulsion supérieure à 2 mJ sur toute la gamme d'accordabilité.Lorsque deux tels OPOs sont pompés de manière synchrone par le même laser de pompe, nous disposons d'une source de Différence de Fréquences (DFG) hautement polyvalente permettant d'envisager des expériences de conversion de fréquences aussi bien en accord de phase par biréfringence qu’en quasi-accord de phase. Les premières expériences de DFG en APB ont été réalisées dans un cristal de Séléniure de Cadmium (CdSe) de 4 cm de long orienté pour l'accord de phase non-critique, et à deux longueurs d'onde de pompe différentes: 2.72 µm et 2.79 µm. Nous avons ensuite conduit des expériences de conversion de fréquences dans un cristal cylindrique de CdSe de 5 mm de diamètre. L'emploi d'une longueur d'onde de pompe de 2.79 microns nous a permis d'accorder la longueur d'onde générée par DFG entre 8.3 et 10.3 µm en tournant le cristal sur une gamme angulaire de 18°. La mise en place de techniques de rétrécissement spectral des OPOs est anticipée et permettra une amélioration de la précision des mesures des longueurs d'onde d'accord de phase ainsi qu'une augmentation significative des rendements de conversion de DFG.Ces expériences de différences de fréquences sont des premiers résultats encourageants et doivent permettre d'accélerer l'identification et la caractérisation de nouveaux matériaux en vue de la construction de sources compactes et accordables sur l'ensemble du spectre infrarouge. C'est en particulier le cas pour CdSiP2 dont les potentialités en termes d'accord de phase non-critique sont importantes lorsqu'il est pompé à 1.064 µm mais qui présente des caractéristiques tout à fait excitantes du point de vue de la génération de supercontinuum lorsqu'il est pompé à 2.4 µm. D'un point de vue plus fondamental, la capacité de réaliser des expériences de DFG à différentes longueurs d'onde de pompe dans l'infrarouge moyen (1- 3 µm) doit permettre de déterminer les indices de réfraction d'un matériau dans l'infrarouge lointain (5 - 50 µm). Nous avons en effet imagine une nouvelle méthode qui utilise les mesures des angles d'accord de phase de DFG d'un cristal pour remonter à la valeur de ses indices principaux dans des gammes spectrales où les mesures directes sont très délicates. Cette nouvelle méthode utilise les mesures inédites de DFG dans des cristaux usinés sous forme de sphère ou de cylindres et devrait permettre de nouvelles avancées dans le domaine de la métrologie de l'accord de phase This dissertation deals with the generation of parametric light in the range 1 to 12 µm. Parametric infrared generation turns out to be a challenge at the interface between the fields of nonlinear optics and materials science embodied by the two approaches used to achieve efficient frequency conversion. Birefringent Phase-Matching (BPM) in anisotropic materials has been the traditional solution used in most frequency converter devices. But since the 90's, the quick success of microstructured materials has paved the way for Quasi-Phase-Matching (QPM) even in isotropic materials, leading to a renewed interest in Optical Parametric Oscillators (OPO). The high degree of engineering offered by this technology is now widely recognized as a key competitive advantage. We obtained original results concerning parametric infrared generation using BPM as well as QPM.We have built the first OPO pumped by a 1.064 µm Nd:YAG laser and based on a 5-mm-thick crystal of 5%MgO:PPLN cut as a partial cylinder. This OPO combines a wide and continuous tunability over the range 1.4 µm - 4.4 µm with a good conversion efficiency, up to 30%. Despite the need to resort to pump intensities almost an order of magnitude higher than in a slab OPO, we have shown that the energetical performance of a partial cylinder OPO is now equivalent to that of a slab OPO besides a wider tunability that can be continuously addressed. When the same Nd:YAG laser pumps two such independent OPOs in parallel, we dispose of a highly versatile QPM dual wavelength source with two widely and independently tunable beams. We have built this unique source allowing versatile Difference Frequency Generation (DFG) towards the mid- and far- infrared. We carried out the first BPM DFG experiments with this source in a CdSe slab oriented for angular noncritical phase-matching at two different pump wavelengths, respectively 2.72 µm and 2.79 µm. The second set of DFG experiments were performed in a CdSe crystal cut and polished as a 5-mm-diameter full cylinder. Using a pump wavelength of 2.79 µm, we were able to tune the DFG wavelength from 8.3 µm up to 10.3 µm by rotating the crystal over an angular range of 18°. Contrary to all the BPM DFG experiments reported so far in the single crystal CdSe, tuning was achieved while keeping normal incidence of both the incident and generated beams in the crystal. The implementation of spectral narrowing techniques is already anticipated and will contribute to more accurate measurements of the phase-matching directions of a crystal as well as to a higher DFG conversion efficiency.These experiments with our dual wavelength source are preliminary and encouraging validations of our capability of performing DFG in small crystals and at any pump wavelength between 1.4 µm and 3.5 µm. Even though we investigated the promises held by CdSiP2 when it is only pumped with a Nd:YAG laser at 1.064 µm, there is tremendous prospect in terms of tunable infrared generation between 3.5 µm and 8 µm when this crystal is pumped around 2.4 µm. Such early demonstrations will be highly valuable for future applications requiring compact and tunable sources spanning the infrared spectrum. From a more fundamental point of view, performing DFG experiments at different pump wavelengths in the mid-infrared can lead to a highly accurate determination of the values of the refractive indices of a nonlinear crystal. In this dissertation, we have cast the first stone of a method that leads to the determination of the values of the refractive indices of a nonlinear crystal in the mid- to far- infrared. This new method is based on the unique measurements of the DFG phase-matching angles in spheres or cylinders, and should contribute to further advances in the field of phase-matching metrology

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Andrieux, Emeline. "Réalisation d'un oscillateur paramétrique optique stabilisé en fréquence et accordable continûment sur 500ghz pour la spectroscopie infrarouge." Phd thesis, Conservatoire national des arts et metiers - CNAM, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00705965.

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Nous avons développé un oscillateur paramétrique optique simplement résonant (SRO) basé sur un cristal non linéaire de niobate de lithium dopé 5%-MgO et périodiquement polarisé (ppMgCLN). Il est pompé à 1064 nm par une diode laser en cavité étendue balayable continûment de 1050 à 1070 nm injectant un amplificateur Yb-fibré de puissance 10 W. Il génère une onde idler comprise entre 3 et 4 µm et une onde signal entre 1450 et 1650 nm. La cavité SRO est asservie sur le pic de transmission d'une cavité Fabry-Perot de grande finesse. Nous avons alors pu démontrer un balayage mono-fréquence sans saut de mode de l'onde idler sur 500 GHz. Cette large accordabilité continue pourrait être utilisée pour la spectroscopie haute résolution multi-espèces dans le moyen infrarouge. Par ailleurs, nous avons revisité la théorie ondes planes du SRO, dont les solutions analytiques ont été données pour la première fois en 1969 par Kreuzer sous la forme d'une équation transcendante, en utilisant une méthode perturbative très puissante qui tient compte de la déplétion de la pompe. Nous avons pu ainsi déterminer les relations d'entrée-sortie du SRO sous la forme de relations explicites très simples, montrant que les puissances de sortie sont proportionnelles à la racine cubique de la puissance pompe.

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Andrieux, Emeline. "Réalisation d’un oscillateur paramétrique optique stabilisé en fréquence et accordable continûment sur 500ghz pour la spectroscopie infrarouge." Thesis, Paris, CNAM, 2011. http://www.theses.fr/2011CNAM0796/document.

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Nous avons développé un oscillateur paramétrique optique simplement résonant (SRO) basé sur un cristal non linéaire de niobate de lithium dopé 5%-MgO et périodiquement polarisé (ppMgCLN). Il est pompé à 1064 nm par une diode laser en cavité étendue balayable continûment de 1050 à 1070 nm injectant un amplificateur Yb-fibré de puissance 10 W. Il génère une onde idler comprise entre 3 et 4 µm et une onde signal entre 1450 et 1650 nm. La cavité SRO est asservie sur le pic de transmission d'une cavité Fabry-Perot de grande finesse. Nous avons alors pu démontrer un balayage mono-fréquence sans saut de mode de l'onde idler sur 500 GHz. Cette large accordabilité continue pourrait être utilisée pour la spectroscopie haute résolution multi-espèces dans le moyen infrarouge. Par ailleurs, nous avons revisité la théorie ondes planes du SRO, dont les solutions analytiques ont été données pour la première fois en 1969 par Kreuzer sous la forme d'une équation transcendante, en utilisant une méthode perturbative très puissante qui tient compte de la déplétion de la pompe. Nous avons pu ainsi déterminer les relations d'entrée-sortie du SRO sous la forme de relations explicites très simples, montrant que les puissances de sortie sont proportionnelles à la racine cubique de la puissance pompe We developed a singly-resonant optical parametric oscillator (SRO) based on a nonlinear crystal of 5%-ppMgCLN congruent lithium niobate chip and pumped at 1064 nm by an extended cavity diode laser widely tuneable from 1050 to 1070 nm injecting a 10 W Yb-fiber amplifier. It generates an idler wave between 3 and 4 µm and a signal wave between 1450 and 1650 nm. The SRO cavity is stabilized to the top of a Fabry-Perot transmission fringe. We then demonstrated a mode-hop-free idler tuning range of 500 GHz. This broad continuous tunability could be used for multi-species high resolution spectroscopy in the mid-infrared. Moreover, we have revisited the plane waves SRO theory, whose analytical solutions were given for the first time in 1969 by Kreuzer in the form of a transcendental equation, using a very powerful perturbative method which takes into account the depletion of the pump. We were able to determine the input-output relations of SRO in the form of very simple explicit relationships, showing that the output powers are proportional to the cubic root of the pump power

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Ly, Aliou. "Développement d’un oscillateur paramétrique optique continu intense et à faible bruit pour des applications aux communications quantiques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS528/document.

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La portée des communications quantiques est limitée à quelques dizaines de km en raison de l’atténuation dans les fibres. Les répéteurs quantiques (relais quantiques synchronisés par des mémoires quantiques photoniques) furent introduits afin d’accroître ces distances. Or, pour le moment, les mémoires les plus performantes fonctionnent à des longueurs d’onde n’appartenant pas à la bande C télécom. Afin de profiter de ces mémoires, l’utilisation d’interfaces quantiques (milieu non linéaire quadratique) fut proposée comme alternative. En ajoutant ainsi par somme de fréquences un photon de pompe de longueur d’onde appropriée au photon télécom portant l’information, on transfère l’information à une longueur d’onde compatible avec les mémoires, et ceci sans dégradation de l’information portée initialement par le photon télécom. Notre but est ainsi de construire un oscillateur paramétrique optique continu simplement résonant (SRO) qui fournira un faisceau à 1648 nm qui sera sommé en fréquence aux photons télécom à 1536 nm pour transférer l’information vers un photon stockable dans une mémoire à base d’atomes alcalins. Pour transférer efficacement l’information, le SRO doit satisfaire quelques critères : une haute finesse spectrale (largeur de raie ~kHz), une forte puissance (~1W) et une longueur d’onde plus grande que celle du photon télécom à convertir. Pour ce faire, nous utilisons le faisceau non-résonant d’un SRO continu. Le premier travail réalisé dans cette thèse a été de faire la démonstration de la possibilité d’avoir un faisceau à la fois intense et pur spectralement en sortie d’un SRO continu. En réutilisant un SRO déjà développé durant nos travaux antérieurs, nous avons pu stabiliser au niveau du kHz la fréquence du faisceau non résonant à 947 nm (onde signal) de ce SRO, tout en émettant une puissance de plus d’un watt. Ensuite, nous avons conçu le SRO dont le faisceau non résonant à 1648 nm (onde complémentaire) a été stabilisé à court terme en-dessous du kHz avec une puissance de l’ordre du watt. Nous avons ensuite étudié la stabilité à long terme de la longueur d’onde du complémentaire à 1648 nm. Nous avons mesuré des dérives de fréquences de l’ordre de 10 MHz/mn. Ces dérives, venant essentiellement de la cavité de référence sur laquelle le SRO est asservi, peuvent être réduites en contrôlant activement la cavité d’une part, et en utilisant des techniques de stabilisation en fréquence robustes, d’autre part Long distance quantum communications are limited to few tens of km due to the attenuation of light in telecom fibres. Quantum repeaters (quantum relays synchronized by photonic quantum memories) were introduced in order to increase distances. Or, currently, the most efficient memories do not operate at wavelengths in the telecom C band. In order to take advantage of these memories, the use of quantum interfaces (second order nonlinear medium) was proposed as an alternative. Thus, by adding by sum frequency generation a pump photon at an appropriate wavelength to the telecom photon carrying the information, one transfers the information to a wavelength compatible with these memories, and this with a preservation of the information initially carried by the telecom photon. Our aim is thus to build a continuous-wave singly resonant optical parametric oscillator (cw SRO) which will provide a wave at 1648 nm that will be frequency summed to telecom photons at 1536 nm to transfer the information to a photon storable into alkali atoms based memory. To efficiently transfer the information, the cw SRO has to fulfill some requirements: a high spectral purity (linewidth ~kHz), a high output power (~1 W) and a wavelength longer than that of the telecom photon to be converted. To this aim, we use the non-resonant wave of a cw SRO. The first work done during this thesis was to experimentally prove the possibility to have both high output power and high spectral purity from a cw SRO. By reusing a cw SRO already built during our previous works, we were able to stabilize at the kHz level the frequency of the non-resonant wave at 947 nm (signal wave) of this SRO, with an output power of more than one watt. Then, we built the cw SRO of which non-resonant wave at 1648 nm (idler wave) has been frequency stabilized below the kHz level along with an output power of the order of one watt. We next studied the long term stability of the idler wavelength at 1648 nm. We have measured frequency drifts of the order of 10 MHz/mn. These drifts originating mainly from the reference cavity to which the SRO is locked, can be reduced by, firstly, an active control of the cavity and by, secondly, the use of robust frequency stabilization techniques

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Andrieux, Emeline. "RÉALISATION D'UN OSCILLATEUR PARAMÉTRIQUE OPTIQUE STABILISÉ EN FRÉQUENCE ET ACCORDABLE CONTINÛMENT SUR 500 GHz POUR LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE." Phd thesis, Conservatoire national des arts et metiers - CNAM, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00701809.

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Resumen

Nous avons développé un oscillateur paramétrique optique simplement résonant (SRO) basé sur un cristal non linéaire de niobate de lithium dopé 5%-MgO et périodiquement polarisé (ppMgCLN). Il est pompé à 1064 nm par une diode laser en cavité étendue balayable continûment de 1050 à 1070 nm injectant un ampli cateur Yb-fi bré de puissance 10 W. Il génère une onde idler comprise entre 3 et 4 m et une onde signal entre 1450 et 1650 nm. Son seuil varie entre 2 et 3 W. La puissance idler maximale obtenue est de 1.8 W à 3 m pour une puissance de pompe de 9 W. Le balayage en fréquence continu de l'onde idler s'eff ectue en balayant la longueur d'onde pompe. Du fait des propriétés de dispersion du matériau ppMgCLN pompé à une longueur d'onde proche de 1064 nm, le désaccord de phase ne varie pas signi- cativement durant le balayage en fréquence de la pompe permettant une excursion en fréquence sans saut de mode de l'onde idler importante. Sans asservissement, un balayage continu de l'onde idler sur 175 GHz a été obtenu, limité principalement par les uctuations acoustiques basses fréquences de longueur de la cavité SRO induisant un ou plusieurs sauts de mode durant le balayage. Pour réduire ces fluctuations et augmenter la plage de balayage sans saut de mode, la cavité SRO est asservie sur le pic de transmission d'une cavité Fabry-Perot de grande fi nesse. Nous avons alors pu démontrer un balayage mono-fréquence sans saut de mode de l'onde idler sur 500 GHz. Cette large accordabilité continue pourrait être utilisée pour la spectroscopie haute résolution multi-espèces dans le moyen infrarouge. Par ailleurs, nous avons revisité la théorie ondes planes du SRO en utilisant une méthode perturbative très puissante qui tient compte de la déplétion de la pompe. Nous avons pu ainsi déterminer les relations d'entrée-sortie du SRO sous la forme de relations explicites très simples, montrant que les puissances de sortie sont proportionnelles à la racine cubique de la puissance pompe.

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Schwob, Catherine. "Utilisation des faisceaux corrélés au niveau quantique produits par un Oscillateur Paramétrique Optique en spectroscopie de grande sensibilité." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011780.

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Resumen

La sensibilité des expériences de spectroscopie avec des sources de lumière classiques est limitée, au mieux, par le bruit de photons des faisceaux. L'Oscillateur Paramétrique Optique (OPO) produit des faisceaux dont les fluctuations sont corrélées au niveau quantique. Leur utilisation en spectroscopie peut donc permettre de réduire le bruit de fond de la mesure en dessous de la limite quantique standard. La partie expérimentale de cette thèse consiste à observer le signal d'absorption de la transition 4S-5S du Potassium sur l'un des faisceaux jumeaux. La mesure est effectuée sur la différence entre l'intensité du faisceau signal et celle du faisceau complémentaire en balayant la fréquence du laser à semi-conducteur qui fournit le second photon de la transition. Pour un faisceau signal de 6 mW produit par un OPO continu et un faisceau du laser à semi conducteur de 20 mW, nous avons observé une absorption relative de 2.5x10^-7 sur une bande passante de 3 Hz. Ce très faible signal a été détecté avec un bruit de fond réduit de 35% par rapport à la limite quantique standard. Sur le plan théorique, nous avons approfondi le modèle décrivant les champs produits par génération paramétrique. Jusqu'à présent, les théories sur le fonctionnement de ces sources de lumière non classique étaient basées sur un modèle en onde plane. Nous avons affiné ce modèle en prenant en compte la structure gaussienne de la lumière. Dans un premier temps, nous avons analysé le fonctionnement multimode transverse de l'OPO. Puis, du point de vue de la réduction des fluctuations quantiques des champs, nous avons étudié les modifications des prédictions du modèle en onde plane, dues aux effets transverses.

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Scherrer, Bruno. "Développement d'un oscillateur paramétrique optique monomode pour des mesures de tempèrature et de vitesse par DRASC temporellement résolue." Paris 13, 1998. http://www.theses.fr/1998PA132004.

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Resumen

La diffusion raman anti-stokes coherente (drasc) temporellement resolue est une technique non intrusive de thermometrie et de velocimetrie, qui met en uvre une impulsion laser longue (20 ns) de frequence fixe et une impulsion breve (1 a 2ns) accordable en frequence. L'utilisation d'un oscillateur parametrique optique (opo) a permis d'etendre le domaine d'application de cette technique en sondant des raies de rotation de l'azote. Un opo doublement resonnant a cavites separees a ete realise et caracterise. Il permet d'obtenir un rayonnement spectralement pur a condition de bien choisir les longueurs de chaque cavite. Le fonctionnement de cette source et son application a la drasc temporelle sont etudies en detail. En particulier, sa largeur spectrale et l'evolution de ses caracteristiques en fonction de la duree de pompage sont analyses. Cette source monomode accordable est utilisee comme source stokes. Des mesures de temperature dans un four et des mesures de vitesse dans une soufflerie hypersonique sont presentees. Notamment, un profil de vitesse pres d'une maquette a ete obtenu par drasc temporelle.

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Nalitov, Anton. "Spin dynamics ande topological effects in physics of indirect excitons and microcavity polaritons." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2015. http://www.theses.fr/2015CLF22569/document.

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Resumen

Cette thèse est consacrée à de nouveaux phénomènes en physique liées au spin et à la topologie des quasi-particules lumière-matière dans des hétérostructures. Elle est divisée en quatre parties. Chapitre 1 donne un fond nécessaire et introduit les propriétés fondamentales des polaritons et des excitons indirects dans des puits quantiques couplés. Chapitre 2 est concentré sur la dynamique de spin et sur formation de défauts topologiques dans des systèmes aux excitons indirects. Les 2 derniers chapitres considèrent les structures basées sur les microcavités. Chapitre 3 est consacré à la dynamique de spin des polaritons dans des oscillateurs paramétriques optiques. Finalement, chapitre 4 étudie les réseaux des microcavités en forme des piliers et introduit l’isolant topologique polaritonique The present thesis manuscript is devoted to new phenomena in physics of light-matter quasiparticles in heterostructures, related to spin and topology. It is divided into four parts. Chapter 1 gives a necessary background, introducing basic properties of microcavity polaritons and indirect excitons in coupled quantum wells. Chapter 2 is focused on spin dynamics and topological defects formation in indirect exciton many-body systems. The last 2 chapters are related to microcavity-based structures. Chapter 3 is devoted to polariton spin dynamics in optical parametric oscillators. Finally, Chapter 4 studies pillar microcavity lattices and introduces the polariton topological insulator

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Mertz, Jérome. "Réduction du bruit de photon à l'aide d'un asservissement sur des faisceaux jumeaux produits par un oscillateur paramétrique optique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1991. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011880.

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(Thèse en anglais) Nous présentons deux expériences qui mettent en évidence une réduction du bruit d'intensité de la lumière en dessous de la limite quantique normale. Dans la première expérience, nous avons mettons en évidence une réduction de 86 % dans le bruit mesuré sur la différence entre les intensités des deux faisceaux "jumeaux" produits par un Oscillateur Paramétrique Optique. Dans la seconde expérience, nous exploitons cette corrélation d'intensité entre les faisceaux jumeaux : la mesure de l'intensité d'un des faisceaux jumeaux est utilisée pour réduire les fluctuations d'intensité de l'autre faisceau par une méthode de correction électro-optique. Nous avons ainsi obtenu un seul faisceau dont le bruit d'intensité est réduit de 24% en dessous du bruit quantique normal, ou bruit de grenaille. Nous présentons en outre une analyse théorique générale pour les deux expériences, en faisant appel à un modèle semi-classique de type entrée-sortie : sont étudiées successivement des configurations dans lesquelles la correction est appliquée directement sur l'autre faisceau (correction en aval), ou indirectement sur le laser de pompe (correction en amont). Nous calculons la réduction de bruit maximale qui peut être obtenue par de tels systèmes d'asservissement et détaillons les limites imposées par les contraintes de causalité et de stabilité. Pour terminer, nous démontrons l'équivalence, dans la limite des petites fluctuations, entre le modèle semiclassique et un modèle "corpusculaire" de description des photons. Une simulation numérique de type Monte-Carlo corrobore ce résultat.

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Thenot, Isabelle. "Réalisation d'un oscillateur paramétrique optique émettant directement dans la bande III de l'infrarouge avec un pompage à 1,064 micron." Paris 11, 2001. http://www.theses.fr/2001PA112242.

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Différents domaines de technologies sont actuellement en attente de sources nanosecondes cohérentes accordables couvrant le domaine spectral de 8 à 12mM. Les diverses solutions généralement proposées nécessitent deux étapes successives de conversion de fréquences à partir d'un laser à fréquence fixe avec comme conséquence une complexité dans le contrôle des performances du système. Ce travail de thèse a pour objectif de réaliser une telle source en une seule étape non linéaire. Après une synthèse de l'état de l'art et une analyse des cristaux non linéaires permettant cette approche, nous avons réaliser un oscillateur paramétrique optique (OPO) simplement résonant sur l'onde signal, basé sur le cristal de thiogallate d'argent (AgGaS2), pompé en accord de phase critique en angle de type II à la longueur d'onde de 1,064mM par un laser Nd:YAG déclenché à la cadence 10Hz. Cet OPO émet des impulsions nanosecondes aux longueurs d'ondes comprises entre 7,5 et 9,3mM. Le rendement photonique maximal de conversion est proche de 10%. Afin de compléter l'étude des cristaux non linéaires pour l'infrarouge, un banc de génération de seconde harmonique a été réalisé pour caractériser les propriétés non linéaires du cristal de thioindate de lithium (LiInS2). La valeur du coefficient d24 (ou d15) du cristal de LiInS2 déduite de nos mesures est de l'ordre de 7,5pm/V, soit environ 1/√3 fois la valeur du coefficient d14 (ou d36) du cristal AgGaS2 Different technological areas are currently waiting for coherent tunable nanosecond sources over spectral range 8 till 12mM. Solutions usually proposed necessitate two frequency conversion steps from a fixed-frequency laser, leading to complex performance monitoring of the system. This thesis aims to achieve such a source in only one non-linear step. An analysis of the non-linear crystal allowing this approach, we built a simply resonant optical parametric oscillator (OPO), based upon silver gallium sulfide (AgGaS2), and pumping in critical type II phase matching at 1. 064mM wavelength by a10HZ Q-switched Nd:YAG laser. This OPO generates nanosecond pulses on wavelengths between 7. 5 and 9. 3mM. The maximum photonic conversion output is close to 10%. In order to complete the study of infrared dedicated non-linear crystals, a second harmonic generation device has been made for studying non-linear features of lithium thioindate (LiInS2). The value of non-linear coefficient d24 (or d35) of LiInS2 crystal deducted from our measures is about 7. 5pm/V, namely about 1/√3 times the value of coefficient d14 (or d36) of AgGaS2 crystal

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Lopez, Laurent. "Amplification paramétrique, sans bruit, continue, d'images en cavité." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00130058.

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Ce mémoire présente une étude théorique et expérimentale de l'amplification continue d'images à l'aide d'un oscillateur paramétrique optique (OPO). Une première partie est consacrée aux propriétés classiques de cavités nécessaires à l'imagerie, dites "dégénérées en modes transverses". On étudie tout d'abord théoriquement le problème général de la transmission d'une image à travers une cavité quelconque. Ensuite, deux exemples de cavités dégénérées sont abordés: la cavité hémi-confocale puis la cavité autoimageante. Ensuite les propriétés quantiques spatiales du vide émis par un oscillateur paramétrique optique sous le seuil d'oscillation sont abordées. On traite tout d'abord l'effet de la taille finie du milieu non-linéaire sur la compression de bruit locale en sortie d'un OPO en cavité confocale. Cette étude est étendue au cas de la cavité auto-imageante où l'on montre la possibilité de générer des faisceaux EPR locaux. Une troisième partie est consacrée à l'amplification optique au niveau quantique. On construit un modèle théorique d'OPO monomode aussi proche que possible de notre expérience. Nous étudions ensuite le problème de l'optimisation des caractéristiques de l'OPO pour l'amplification sans bruit. Enfin une partie expérimentale étudie l'amplification d'images à l'aide d'un OPO dégénéré en modes transverses sous le seuil d'oscillation. Cette étude est réalisée tout d'abord en cavité semi-confocale avec un cristal de type II puis en cavité confocale avec un cristal de type I. Nous prouvons le caractère quantique des images amplifiées. Le facteur de bruit du système est caractérisé, prouvant un régime d'amplification "sans bruit".

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Victori, Stéphane. "Etude de l'affinement spectral d'un oscillateur paramétrique optique (OPO) en régime nanoseconde par insertion d'un cristal photoréfractif : Modélisation des OPO monomodes." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2001. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00714252.

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La première partie de ce travail concerne la théorie des Oscillateurs Paramétriques Optiques (OPO) en régime nanoseconde. On présente tout d'abord des rappels sur les milieux non-linéaires et anisotropes, permettant de caractériser le couplage non-linéaire. Ensuite, les équations paramétriques obtenues par prise en compte ou non de la dispersion des indices et de la divergence du champ électrique sont démontrées. Un état de l'art sur les modèles et sur les techniques d'affinement spectral clôt cette partie. La deuxième partie présente deux schémas numériques d'intégration des équations paramétriques. Le premier, basé sur le principe du " split-step ", consiste à intégrer successivement les équations liées aux effets non-linéaires et à la propagation. Il est possible de tenir compte de la fluorescence paramétrique afin de simuler le démarrage de l'OPO. Le second est basé sur une transformation des équations, permettant ainsi d'intégrer les équations de Schrödinger non-linéaires dérivées par la méthode du point fixe, pour des schémas aux différences finies, avec une discrétisation de type Crank-Nicolson. La troisième partie présente des comparaisons entre les simulations numériques et les réalisations expérimentales d'OPO vérifiant ou non les hypothèses des modèles. Puis, elle introduit le principe (nouveau) d'affinement spectral de sources cohérentes par insertion d'un cristal photoréfractif. Ce principe est appliqué à deux lasers continus, puis deux lasers et un OPO en régime nanoseconde. En régime continu, on observe un affinement du spectre d'émission qui devient monomode, accompagné d'une réduction de la largeur spectrale de la raie d'émission. Concernant le laser impulsionnel, on montre une stabilisation en fréquence d'émission et un affinement de la raie d'émission. Quant aux OPO en régime nanoseconde, on montre un affinement du spectre et un bon accord entre les simulations et les résultats expérimentaux.

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Pellegrino, Jessica. "Développement de deux instruments LIDAR multi-longueurs d'onde et multi-espèces à base de sources paramétriques." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066531/document.

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Resumen

La surveillance globale de l’atmosphère et de la pollution de l’air est devenue un enjeu majeur ces dernières années afin d’estimer les conséquences des activités humaines sur notre environnement. Au cours de ces travaux de thèse, l’objectif a été de développer deux instruments LIDARs en détection directe basés sur des émetteurs multi-longueurs d’onde et multi-espèces mettant en œuvre des sources paramétriques optiques innovantes basées sur la technologie NesCOPO (nested cavity optical parametric oscillator) afin de répondre à deux applications : le suivi de la qualité de l’air sur sites industriels et le suivi des gaz à effet de serre depuis l’espace. Un premier instrument multi-espèces a été développé dans le cadre du suivi de la qualité de l’air sur sites industriels, dans la gamme spectrale 3,3 à 3,8 µm, et dédié à des mesures de concentrations moyennes le long de la ligne de visée pour des portées de l’ordre de la centaine de mètres. Une démonstration du potentiel multi-espèces de l’instrument a été réalisée en mesurant simultanément les concentrations en méthane et en vapeur d’eau atmosphériques. A partir d’une source optique existante dédiée à la mesure du dioxyde de carbone seul, un second émetteur multi-longueurs d’onde et multi-espèces a été développé dans une gamme spectrale autour de 2 µm. Son potentiel pour la mesure des gaz à effets de serre depuis l’espace a été étudié En particulier, nous avons démontré que cet émetteur permet de mesurer trois gaz atmosphériques : CO2, H2O et CH4. Une architecture globale d’instrument intégrant cet émetteur a été proposée, afin de réaliser des mesures résolues spatialement, avec des portées de quelques km. De plus, un code de simulation a été développé pour estimer les performances de cet instrument en détection directe Atmospheric global monitoring and air quality are major environmental concerns. Global monitoring of some trace and green-house gases would help to understand the consequences of human activities on our environment. The aim of this work is to develop two multi-wavelengths and multi-species direct detection lidar instruments, based on the same laser transmitter baseline approach - an innovative parametric source, the Nested Cavity optical parametric oscilator-and to target two applications: the monitoring of air quality on industrial sites and the monitoring of greenhouse gases from space. The first instrument was designed for industrial plant monitoring applications, in the 3.3-3.8µm, and allows the measurement of multi-species mean concentrations along the line of sight, over a range of around a hundred meters. This instrument was implemented for simultaneous measurements of atmospheric methane and water vapour.The second instrument targets the green-house gases measurement from space applications. In this frame, a new multi-wavelengths and multi-species emitter was developed at 2 µm for space applications. We have demonstrated that this new emitter could address three species: carbon dioxide, water vapor and methane, and studied his potential for space-borne applications.. The architecture of a complete range-resolved instrument based on this transmitter was proposed. Moreover, a numerical algorithm was developed to estimate the instrument’s performances with a direct detection scheme

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Hamoudi, Thomas. "Nouveaux concepts de sources lasers et paramétriques pour lidar à absorption différentielle." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP077.

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Resumen

La surveillance et le contrôle des émanations de gaz à effet de serre sur les sites industriels est une thématique majeure pour accompagner la transition écologique. Pour répondre à cette problématique, une approche est de sonder la concentration en gaz des panaches émis par les usines. Une solution d'avenir repose sur le développement d'une instrumentation de mesure lidar par absorption différentielle (DIAL), permettant d'analyser la concentration et de localiser les émanations. Dans ce contexte, l'ONERA s'est engagé dans le développement de sources paramétriques de type NesCOPO, énergétiques et accordables dans des bandes spectrales identifiées.La démocratisation d'une telle technologie nécessite le développement d'un instrument polyvalent, robuste et très compact. Pour atteindre ces objectifs, le projet mettra l'accent sur les points suivants : polyvalence et robustesse. Dans un premier temps, une étude du contrôle de la longueur d'onde du NesCOPO a été effectué. Le but étant de choisir la longueur d'onde d'émission de l'onde complémentaire de l'OPO (autour de 3,3 µm) et de la stabiliser par l’intermédiaire de la fréquence du laser de pompe. C'est le mélange de cette onde complémentaire et d'un autre laser de pompe dans des étages d'amplification paramétrique optique (OPA) qui a permis de générer une onde autour de 1,5 µm. L'accord en longueur d'onde du signal à 1,5 µm s'effectue par l’accord en longueur d’onde du laser de pompe de l'OPA. Ce laser de pompe doit donc présenter certaines spécificités en terme d'accordabilité et d'énergie. Pour cela, nous avons choisi une architecture MOPA, avec un laser à fibre accordable comme source d’injection. Une architecture d'amplification hybride à base de fibre puis de cristaux dopés ytterbium a permis d'obtenir des énergies de plusieurs mJ. Les étages à fibre optique déterminent les caractéristiques temporelles de la source (15 ns à 5 kHz). Limité par la diffusion Brillouin stimulée dans les fibres, la montée en énergie est assurée par les étages d'amplifications à base de cristaux massifs.Suite à cela, des étages d'OPA ont été mis en place, pompés par le laser de pompe accordable et injectés par l'onde complémentaire de l'OPO. Cette onde signal issue du 1er étage d’OPA a ensuite été amplifiée dans plusieurs cristaux non linéaires positionnés en cascades, délivrant au final des impulsions de l'ordre de la centaine de µJ vers 1,5 µm. L'accord en longueur d'onde de l’onde signal par le laser de pompe a été caractérisée directement puis dans le cadre d’une expérience de spectroscopie d'absorption dans l'acétylène The monitoring and control of greenhouse gas emissions on industrial sites is a major theme for the ecological transition. One approach to address this issue is to probe the gas concentration in plumes emitted by plants. A solution for the future is based on the development of a differential absorption lidar (DIAL) measuring instrument, which makes it possible to analyze the concentration and locate the emission of gas. In this context, ONERA is committed to the development of NesCOPO-type parametric sources, energetic and tunable in specific spectral bands.The deployment of such a technology in the field requires the development of a versatile, robust and very compact instrument. To achieve these objectives, the project will focus on the following points: versatility and robustness. As a first step, a study of the wavelength control of NesCOPO has been carried out. The aim was to choose the emission wavelength of the complementary wave of the OPO (around 3.3 µm), and to stabilize it by controlling the pump wavelength. It is the mixing of this complementary wave and another pump laser in optical parametric amplification (OPA) stages that made it possible to generate a wave around 1.5 µm. The wavelength tuning of the wave at 1.5 µm is obtained with the pump frequency of the OPA. This pump laser requires specific characteristics of tunability and energy. For this, we have chosen a MOPA architecture, with a tunable fiber laser as the injection source. A hybrid amplification architecture based on ytterbium doped fibers followed ytterbium bulk crystals allows us to obtain energies of several mJ. The fiber stages defines the temporal characteristics of the source (15 ns at 5 kHz). Limited by the stimulated Brillouin scattering, the energy rise is ensured by the bulk crystal-based amplification stages.Following this, OPA stages were set up, pumped by the tunable pump laser and injected by the complementary wave of the OPO. This signal wave from the OPA is then amplified by non-linear crystals positioned in cascades, delivering energy pulses in the order of hundred µJ. The wavelength tuning of this wave by the pump wavelength is characterized directly and by an absorption spectroscopy experiment with acetylene. This signal wave from the OPA was then amplified by non-linear crystals positioned in cascades, delivering pulses of the order of a hundred µJ

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Leroy, Valentin. "Bulles d'air dans l'eau : couplage d'oscillateurs harmoniques et excitation paramétrique." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007437.

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Resumen

Une bulle de gaz dans un liquide est un acteur acoustique important. Par exemple, les bulles d'air créées par les remous d'une rivière sont responsables du bruit caractéristique de ces écoulements. En 1933, Minnaert a proposé un modèle d'oscillateur harmonique simple pour décrire les oscillations d'une bulle d'air dans l'eau. La première partie de cette thèse est dédiée à l'étude de cet oscillateur particulier, qui peut être vu comme une masse d'eau accrochée à un ressort d'air, et au couplage entre plusieurs de ces oscillateurs. Nous présentons un dispositif expérimental original qui permet de piéger une ou plusieurs bulles d'air, à l'aide d'un filet, afin d'étudier la réponse de ce système à une excitation acoustique. L'originalité de notre approche théorique consiste à traiter le nuage de N bulles comme un système d'oscillateurs couplés à N degrés de liberté, ce qui revient à négliger les degrés de liberté associés à la compressibilité de l'eau. Ce modèle rend bien compte des principales observations : l'existence de pics de résonance à basse fréquence et d'une forte atténuation à plus haute fréquence. Le prolongement du modèle au cas de la propagation dans un milieu infini est également présenté. Dans la seconde partie, l'étude de l'excitation paramétrique d'une bulle est abordée. Nous développons un formalisme original, fondé sur les variables de Glauber, propice à l'étude des non-linéarités d'un oscillateur. Une parenthèse sur un système modèle (deux pendules couplés) permet de valider expérimentalement ce formalisme. Nous montrons finalement que l'excitation paramétrique d'une bulle permet de réaliser une conjugaison de phase. Ce mécanisme pourrait être mis à profit pour réaliser des échos de bulles, de façon analogue aux échos de spins utilisés en IRM.

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Baas, Augustin. "Amplification paramétrique et réduction de bruit quantique dans les microcavités semi-conductrices." Paris 6, 2003. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007954.

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Hardy-Baransky, Bertrand. "Façonnage du contenu spectral d'un OPO doublement résonnat par maîtrise de la phase relative, applications pour la spectroscopie." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. http://www.theses.fr/2011EPXX0100.

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Baas, Augustin. "Amplification paramétrique et réduction du bruit quantique dans des microcavités semiconductrices." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007954.

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Cette thèse présente des résultats d'optique quantique sur des effets cohérents dans des microcavités semi-conductrices, constituée d'un puits quantique placé dans une cavité Fabry-Pérot résonante. Le confinement des excitons et des photons permet d'atteindre le régime de couplage fort. Sous excitation résonante, on obtient de l'amplification paramétrique des polaritons, les modes propres du système. Dans la configuration non dégénérée, on met en évidence un régime de bistabilité, sous des conditions analogues à celles dans les OPO. Dans la configuration dégénérée, le mélange à quatre ondes cohérent en phase est de type Kerr. Comme pour les atomes froids, on observe de la bistabilité et la réduction du bruit en dessous de la limite quantique standard. En régime de couplage fort, le champ comprimé est de nature mixte rayonnement-matière. On prend en compte des effets transverses qui modifient l'extension spatiale des polaritons, dont on caractérisé les propriétés de cohérence spatiale.

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Longchambon, Laurent. "Effets de polarisation dans les mélanges paramétriques à trois ondes en cavité : applications au traitement classique et quantique de l'information." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003875.

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Nous étudions en détail les effets de polarisation dans les mélanges paramétriques à trois ondes en cavité. Nous nous intéressons tout d'abord à l'étude théorique de l'Oscillateur Paramétrique Optique (OPO) de type II dans lequel nous insérons une lame biréfringente. En type II signal et complémentaire sont polarisés orthogonalement et nous montrons que le couplage induit par la lame créée une zone d'accrochage où l'OPO fonctionne à dégénérescence de fréquence. Après avoir caractérisé de manière approfondie les propriétés classiques de ce système, nous étudions l'intrication quantique des faisceaux jumeaux et relions les résultats obtenus à différents critères d'information quantique. Nous faisons également l'étude expérimentale et théorique d'un système de régénération tout-optique basé sur la génération vectorielle de seconde harmonique à reconversion paramétrique de type II avec une double cavité et étudions la faisabilité d'un tel système dans des conditions télécom.

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Gigan, Sylvain. "Amplification paramétrique d'images en cavité : Effets classiques et quantiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007425.

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Cette thèse étudie l'amplification d'une image par un processus paramétrique. Réaliser cette amplification de manière continue nécessite de placer le milieu paramétrique dans une cavité optique. En théorie, cette amplification est sans bruit, et permet de générer des états non-classiques du champ. On étudie tout d'abord classiquement la propagation d'une image dans un système paraxial, puis les cavités dégénérées transversalement. On en déduit un formalisme permettant de décrire la transmission d'une image à travers une cavité paraxiale quelconque. Ce formalisme est illustré par l'étude théorique et expérimentale de la transmission d'une image à travers une cavité particulière : la cavité hémi-confocale. Une partie théorique s'intéresse ensuite aux spécificités de l'amplification d'image. L'amplificateur paramétrique en cavité sous le seuil d'oscillation, connu pour générer du vide comprimé, peut également amplifier un faible signal injecté. On montre l'apparition de bruit supplémentaire sur le signal amplifié, spécifique à l'amplification, dû au couplage au bruit de la pompe. On étudie ensuite du point de vue quantique le comportement multimode transverse d'un amplificateur paramétrique optique en cavité hémi-confocale. Enfin, une partie expérimentale étudie le comportement d'un oscillateur paramétrique optique confocal au dessus du seuil et on prouve qu'il produit des faisceaux non-classiques multimodes transverses. On montre ensuite qu'il est possible d'amplifier de manière sensible à la phase un signal dans cette même cavité sous le seuil d'oscillation. Dans une seconde expérience en configuration de double cavité hémi-confocale, plus stable, on réalise la première amplification paramétrique multimode d'une image en cavité.

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Walter, Guillaume. "Étude et développement d'un oscillateur paramétrique optique picoseconde rapidement accordable utilisant des cristaux à quasi-accord de phase apériodique : application à la détection de gaz par imagerie active." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASS046.

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Nous rapportons l'étude d'un Oscillateur Paramétrique Optique (OPO) picoseconde à base de cristaux apériodiques à large bande, utilisé pour des applications en spectroscopie rapide. Cette source paramétrique permet de sonder des gaz possédant des raies d’absorptions dans le moyen infrarouge, sur une plage spectrale difficilement accessible avec un laser solide conventionnel. La spécificité de l’OPO étudié est, outre son régime temporel picoseconde, son cristal non linéaire à quasi-accord de phase apériodique. Cette apériodicité élargit intrinsèquement la bande de gain paramétrique. Les travaux entrepris dans cette thèse portent dans un premier temps sur la caractérisation et l’explication des comportements propres à ce type d’OPO non contraint par filtre spectral. Nous étudions plus particulièrement l’origine du profil spectral cannelé observé dès que la puissance seuil d’oscillation est dépassée : ce profil est composé d’un pic principal et d’une succession de pics latéraux et n’est pas reporté dans la littérature. La deuxième partie de l’étude consiste au contrôle de la longueur d’onde de l’OPO picoseconde en utilisant la condition de pompage synchrone intrinsèque à ce régime temporel, et un réseau de Bragg en volume chirpé (CVBG) : un déplacement du CVBG autour de la position respectant la condition de pompage synchrone, modifie la longueur d’onde oscillant dans la cavité. Cet OPO contraint permet l’étude d’émissions de gaz (N₂O, CO₂, etc.) dans l’atmosphère par imagerie active Spectroscopy applications related to greenhouse gases or other gaseous pollutants involve the development of optical sources emitting in the mid-infrared region. A picosecond optical parametric oscillator (OPO) is one of these few sources. The specificity of the picosecond OPO reported in this thesis is its wide gain bandwidth obtained through the use of aperiodically poled nonlinear crystals. The first study aims to characterize and develop the specificity of broadband picosecond OPO, with an emphasis on the origin of the spectral modulation observed from the threshold: the signal spectrum consist of a main peak and a succession of lateral secondary peaks. This OPO is then associated with a chirped volume Bragg grating (CVBG) whose displacement, around the position which respects the synchronous pumping condition, changes the oscillating wavelength. The ability of this highly tunable OPO is finally tested to detect N₂O gas emissions with a backscattering gas imaging technique

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Treps, Nicolas. "Optique Quantique Multimode en Variables Continues." Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00131679.

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Nous considérons la description quantique de la lumière dans le régime des variables continues, où les photons ne sont pas distinguables individuellement. Dans la limite des petites fluctuations quantiques, nous cherchons à augmenter la richesse, et les possibles applications, des états quantiques produits en multipliant le nombre de "modes" -ou degrés de libertés- mis en jeu par le processus de détection. C'est ce que nous appelons l'optique quantique multimode. Dans ce cadre, nous voyons comment, en pratique, compter le nombre de modes pertinents au sein d'un faisceau lumineux. Puis nous reprenons la théorie de la mesure optique pour associer le caractère multimode de la lumière à la recherche d'information dans un faisceau. Par cette approche, nous redéfinissons les limites ultimes de la mesure et nous considérons l'intrication quantique à partir de n'importe quelle grandeur mesurable. Nous illustrons cette théorie par des expériences mettant en jeu de plus en plus de modes : mesures de photons jumeaux, intrication et téléportation quantique, mesure et réduction du bruit de polarisation, nano-positionnement d'un faisceau au delà de la limite quantique standard, intrication spatiale, amplification sans bruit d'images et optique quantique multimode avec des peignes de fréquence. Nous évoquons également les possibles applications à l'accroissement des capacités de stockage et de transfert d'information, au traitement en parallèle de l'information quantique et à l'amélioration les techniques d'imagerie et de métrologie.

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Berthomé, Quentin. "Source paramétrique infrarouge agile en longueur d'onde pour la détection à distance de substances chimiques." Thesis, université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASP028.

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La spectrométrie d’absorption lidar constitue une solution éprouvée pour la détection à distance d’espèces chimiques gazeuses. Pour cette application, la troisième bande de transparence de l’atmosphère (bande III), entre 8 et 12 µm, est idéale car elle contient des raies d’absorptions caractéristiques de nombreuses espèces notamment les gaz de combat et les gaz industriels toxiques. Toutefois, la réalisation d’une source cohérente impulsionnelle très largement accordable dans toute la bande 8 – 12 µm avec un spectre étroit est un défi qui n’a été que partiellement relevé. Ce travail de thèse propose de démontrer comment réaliser une telle source bande III en s’appuyant sur des travaux antérieurs. L’oscillateur maitre est un oscillateur paramétrique optique à cavités imbriquées (NesCOPO) avec un cristal d’OP-GaAs. Il est pompé par un laser Tm:YAP de pompe à 2 µm déclenché activement, et rendu accordable en longueur d’onde grâce à un réseau de Bragg en volume à pas transversalement variable. Un important effort de conception et de simulation est fourni pour garantir le fonctionnement monomode longitudinal du laser de pompe tout en maintenant sa cadence, sa puissance crête et son accordabilité. Enfin, grâce à cette source et à un dispositif de mesure en longueur d’onde par SFG entre la pompe et le signal adapté pour la mesure entre 8 et 12 µm, nous montrons expérimentalement que l’accord de la longueur d’onde de sortie d’un NesCOPO en faisant varier celle du laser de pompe est plus large et plus rapide que celui obtenu en faisant varier la température du cristal non linéaire du NesCOPO Lidar absorption spectrometry is a powerful solution for remote gas detection. For this purpose, longwave infrared between 8 and 12 µm is ideal as it covers characteristic absorption bands of many gases including chemical warfare agents and toxic industrial chemicals. However, the challenge of a pulsed narrow-spectrum broadly tunable in the 8 to 12 µm range has only be partially solved. This thesis aims to demonstrate how to make such a laser source basing on previous works. The master oscillator is a nested cavity optical parametric oscillator (NesCOPO) with an OP-GaAs crystal. It is pumped with an actively Q-switched 2 µm Tm:YAP laser which has been made wavelength tunable with a transversally chirped volume Bragg grating. Important design and simulation works are made to ensure single longitudinal mode operation of the pump laser while maintaining its repetition rate and peak power and wavelength tunability. Finally, with this laser and a wavelength measurement system using pump/signal SFG to perform measurements in the 8 to 12 µm range, we experimentally show that wavelength tunability of a NesCOPO is wider and faster through pump wavelength tunning than through NesCOPO non-linear crystal temperature tunning

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Francois, Bruno. "Capteurs passifs à ondes élastiques de surface sans fil pour mesure paramétrique sur une gamme de température étendue (25 / 650ºC)." Thesis, Besançon, 2013. http://www.theses.fr/2013BESA2027.

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Les travaux visant au développement de capteurs passifs interrogeables sans fil pour sonder des températures supérieures à 600 °C s’inscrivent dans le projet européens SAWHOT. Des capteurs à ondes élastiques de surface sont modélisés, réalisés et caractérisés par une liaison radiofréquence. Le paramètre physique mesuré par ce capteur est la température, avec une mesure au-delà de 900°Cpour les applications de maintenance préventive des turbines à combustion ou pour le contrôle de procédés dans les fours de synthèse de nano-tubes de carbone. Les substrats piezoélectriques standards tels que le quartz ou le niobate de lithium ne sont pas envisageables : l’ensemble de ces travaux s’articule autour de la langasite, substrat piezoélectrique opérant jusqu’à 1470°C et ne présentant aucune température de transition (température de Curie) jusqu’à sa température de fusion située à 1470°C. Compte tenu de la vitesse des ondes élastiques de surface des coupes considérés et également des limitations imposées par les moyens de réalisations technologiques, ces résonateurs sont mesurés sans fil à une fréquence proche de la bande ISM centré en 434 MHz. Les dispositifs ainsi réalisés ont été encapsulés via une procédure innovante de mise en boîtier qui permet alors la mesure de capteurs à ondes élastiques de surface dans des environnements où la température dépasse 700°C. De nombreuses études expérimentales ont alors été menés dans le but d’évaluer les performances des capteurs à ondes élastiques de surface en terme de bilan de liaison radiofréquence, reproductible de la mesure, vieillissement au cours des cycles en températures Development of wireless passive sensor for temperature measurement above 600°C has been performed in the frame of the European SAWHOT project. In this context, surface acoustic wave sensors have been designed, fabricated and characterized by radiofrequency measurement. Physical parameter measured by these sensors is the temperature, reaching values up to 900°C for monitoring in combustion engines andIn ovens used for carbon nano-tubes growth. In order to measure temperature in harsh environments, classical piezoelectric substrates are not usuable: langasite substrate has been considered as a favorable option since it exhibits no transition temperature and is able to operate until its exhibits no transition temperature and is able to operate until its melting temperature, at 1470 °C. regarding the parameters of the surface acoustic waves and the limitation of the fabrication process and devices, the resonators are measured wirelessly in the ISM band centered at 434 MHz (3μm of interdigital transducer period and a transducers with of 1μm). Two main manufacturing technologies are considered, stepper and nano-imprint technologies. The fabricated devices have been packaged by using an innovative process protecting the devices and allowing fir wireless measurements until 700°C. Multiple experiments have been performed in order to characterize the radiofrequency link between the reader and the sensor, the reproducibility of the measurement, the aging effect on the response of the device after high temperature cycles

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Ortalo, Jérémie. "Transparence induite électromatiquement et mémoire quantique dans une vapeur de césium." Paris 6, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00424144.

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Cette thèse est consacrée à la réalisation expérimentale d'une mémoire quantique par transparence induite électromagnétiquement (EIT) dans une vapeur de césium ainsi que d'une source de vide comprimé à 852 nm. Une interface lumière-matière reposant sur le phénomène d'EIT a été démontrée et ses performances ont été étudiées par stockage et restitution d'états cohérents. La cohérence du processus de mémoire et l'absence de bruit ajouté ont été mises en évidence, ainsi que les performances en termes de fidélité et à l'aide du diagramme T-V. Une étude à la fois expérimentale et théorique du phénomène d'EIT sur la raie D2 d'une vapeur de césium a permis de préciser l'effet conjugué de la structure hyperfine et de l'élargissement Doppler sur les transparences obtenues. Afin d'étudier la mémoire avec un état non classique du champ, une source de vide comprimé à 852 nm a été développée et les caractéristiques de l'état de sortie ont été analysées par tomographie quantique. La source utilisée est un oscillateur paramétrique optique fonctionnant sous le seuil.

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Tesis sobre el tema "Oscillateurs paramétriques"

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