Tesi: "Lasers ultrarapides"

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Comby, Antoine. "Dynamiques ultrarapides de molécules chirales en phase gazeuse". Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0230/document.

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Abstract (sommario):

La chiralité est une propriété géométrique caractérisant les objets qui ne sont pas superposables à leur image dans un miroir. Nos mains en sont un exemple emblématique, puisqu’elles existent sous deux formes différentes droite et gauche. Si la chiralité s'observe à toutes les échelles de l'univers, elle joue un rôle particulièrement important en chimie. Une molécule chirale et son image miroir peuvent réagir différemment avec leur environnement et être thérapeutiques ou toxiques. Ces effets ont évidemment d'immenses répercussions sur le règne animal et végétal. Il apparaît alors clairement qu'il est essentiel d’étudier précisément les dynamiques des réactions chimiques chirales.Dans cette thèse, nous avons étudié les dynamiques ultrarapides de molécules chirales par des sources lasers de durée femtosecondes).($10^{-15}$ s). La chiralité moléculaire étant généralement difficile à détecter, nous avons ici utilisé une technique récente, le dichroïsme circulaire de photoélectrons (PECD) qui permet de générer un signal chiral très important. Nous avons ainsi observé des dynamiques moléculaires ultrarapides jusqu'à l'échelle attoseconde ($10^{-18}$ s), et mis en avant des dynamiques de relaxation et d'ionisation encore jamais observées.Parallèlement à ces études résolues en temps, nous avons développé plusieurs expériences employant une nouvelle source laser Yb fibrée à haute cadence et grande puissance moyenne. Nous avons développé une nouvelle méthode, par extension du PECD, qui nous a permis de mesurer la compositions d'échantillons chiraux rapidement avec une grande précision. Enfin, nous avons développé une ligne de lumière XUV ultrabrève de très haute brillance ($sim 2$ mW). Cette source, couplée à un détecteur de photoélectrons et photoions en coïncidence, servira à étudier les mécanismes de reconnaissance chirale
Chirality is a geometric property that characterizes objects that cannot be superposed on their mirror image. Our hands are an emblematic example of this, since they exist in two different forms, right and left. While chirality is observed at all scales in the universe, it plays a particularly important role in chemistry. A chiral molecule and its mirror image can react differently with their environment and be therapeutic or toxic. These effects obviously have immense repercussions on the animal and plant kingdom. It then becomes clear that it is essential to study precisely the dynamics of chiral chemical reactions.In this thesis, we studied the ultrafast dynamics of chiral molecules by laser sources of femtosecond duration ($10^{-15}$ s). Molecular chirality is generally difficult to detect, so we have used a recent technique, circular photoelectron dichroism (PECD), to generate a very important chiral signal. We have thus observed ultrafast molecular dynamics at the attosecond scale ($10^{-18}$ s), and highlighted relaxation and ionization dynamics never observed before.In parallel to these time-resolved studies, we have developed several experiments using a new high repetition rate, high mean power Yb fiber laser. We have developed a new method, by extending the PECD, that has allowed us to measure the composition of chiral samples quickly and accurately. Finally, we have developed an ultra-short XUV beamline with very high brightness ($sim 2$ mW). This source, coupled with a photoelectron and photoion coincidence detector, will be used to study chiral recognition mechanisms

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Jossent, Mathieu. "Développement de fibres optiques à dispersion contrôlée pour l'élaboration de lasers ultrarapides à 2 µm". Thesis, Limoges, 2017. http://www.theses.fr/2017LIMO0016/document.

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Abstract (sommario):

L’objectif de cette thèse est d’ouvrir la voie à la démonstration de l’amplification parabolique à 2 μm en format tout fibré. La théorie sur l’amplification d’impulsions auto-similaires est d’abord présentée. Il en découle que le meilleur amplificateur tout fibré à 2 μm devra s’appuyer sur une fibre dopée aux ions Tm3+ présentant à la fois une forte dispersion normale et une grand aire effective. L’amplification parabolique ne peut pas être réalisée dans des fibres monomodes à base de silice à 2 μm du fait de la forte dispersion anormale présentée par le matériau. Afin de surmonter cette limitation, une fibre dont le mode LP02 présente à la fois une forte dispersion normale et une grande aire effective à 2 μm a été conçue et réalisée. Un convertisseur spatial de lumière dédié à la génération du mode LP02 a également été conçu et réalisé. La pureté d’excitation par ce convertisseur du mode LP02 de la fibre passive a été évaluée à 99,9% par la technique interférométrique d’imagerie spatialement et spectralement résolue. Une source d’impulsions ultrabrèves (100 fs) et accordable en longueur d’onde de 1,6 μm à 2 μm a été créée pour générer le signal de l’amplificateur. Cette source a en outre permis de mesurer la dispersion du mode LP02 de la fibre passive à la longueur d’onde de 1,95 μm, celle-ci vaut -106 ps/(nm.km) en excellent accord quantitatif avec les résultats numériques. Des modélisations numériques de l’amplificateur nonlinéaire basé sur la version active de cette fibre indiquent que des impulsions présentant une puissance crête de l’ordre du MW à 1,9 μm sont envisageables en sortie de l’amplificateur parabolique
The goal of this PhD thesis is to pave the way towards the demonstration of parabolic amplification at 2 μm in an all-fiber format. The physical theory on self-similar pulse amplification is first presented. The best all-fiber amplifier at 2 μm would need a special Tm-doped fiber with both high normal dispersion and large effective area. Parabolic amplification is however prohibited in silica based singlemode fiber working at 2 μm due to the large anomalous dispersion of silica. To overcome this limitation, a four-mode fiber in which the LP02 mode exhibits high normal dispersion combined with large effective area at 2 μm was designed and manufactured. A dedicated mode converter has also been designed and manufactured. Using the spatially- and spectrally-resolved imaging technique the purity of excitation of the LP02 mode in the passive fiber was evaluated to 99.9%. An ultrashort pulse (100 fs) source tunable from 1.6 μm to 2 μm was implemented to seed the amplifier. This source allowed to measure the LP02 mode dispersion of the passive fiber at the wavelength of 1.95 μm: D = -106 ps/(nm.km) in excellent quantitative agreement with the simulations. Numerical modeling of a nonlinear amplifier based on the realized active fiber shows that MW peak power class pulses centered at 1.9 μm can be obtained at the output of the parabolic amplifier

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Ayoub, Anas. "Sources laser ultrarapides performantes dans le moyen IR et le Tz". Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMR044.

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Abstract (sommario):

La sonde atomique tomographique est un instrument d’analyse de la matière à trois dimensions avec une résolution atomique. Cet instrument s’appuie sur l’effet de champ électrique généré à l’extrémité d’un échantillon taillé sous la forme d’une aiguille nanométrique pour faire évaporer les atomes de surface qui sont collectés par un détecteur à deux dimensions. La mesure du temps de vol des ions dont l’évaporation est déclenchée par une impulsion électrique ou optique permettent de remonter à la composition chimique en plus de la localisation 3D des atomes. Dans les sondes atomiques actuelles, l’évaporation atomique est déclenchée par un laser ultrarapide émettant dans l’UV. Cependant, l’interaction de la lumière UV avec la matière induit un échauffement thermique qui limite la résolution en masse de l’instrument et empêche son exploitation pour l’analyse de matériaux fragiles comme les composants biocompatibles. Ces travaux de thèse visent à étudier des solutions pour favoriser l’évaporation rapide tout en inhibant les effets thermiques indésirables dans le cadre d’une sonde atomique laser. Notre approche consiste à exploiter des impulsions ultracourtes dans le domaine du moyen infrarouge ou du THz en raison de leur grande énergie pondéromotrice associée à une faible énergie de photon. Ce manuscrit rapporte sur le développementd’un banc de génération et caractérisation d’impulsions THz intenses. Le couplage de ces rayonnements avec une nano-pointe métallique polarisée négativement a permis de caractériser le champ proche induit à la surface de la nano-pointe qui est fortement modifié par l’effet d’antenne de cette dernière. La deuxième partie rapporte sur le développement d’une source laser ultrarapide de haute cadence accordable dans le moyen infrarouge autour de 3 mm en exploitant des fibres en verre fluoré
The atome probe tomography is an instrument for analyzing matter in three dimensions with atomic resolution. This instrument relies on the effect of an electric field generated at the end of a sample cut into the shape of a nanoscale needle to evaporate the surface atoms which are collected by a two-dimensional detector. The measurement of the time of flight of the ions whose evaporation is triggered by an electrical or optical pulse makes it possible to measure the chemical composition in addition to the 3D localization of the atoms. In current atome probes, atomic evaporation is triggered by a high-speed laser emitting in the UV. However, the interaction of UV light with matter induces thermal heating which limits the mass resolution of the instrument and prevents its use for the analysis of fragile materials such as biocompatible components. This thesis work aims to study solutions to promote rapid evaporation while inhibiting unwanted thermal effects of the laser in atome probe. Our approach consists in exploiting ultrashort pulses in the mid-infrared or THz domain due to their high ponderomotive energy associated with low photon energy. This manuscript reports on the development of a bench for the generation and characterization of intense THz pulses. Coupling these radiations with a negatively polarized metallic nanotip has made it possible to characterize the near field induced at the surface of the nanotip, which is strongly modified by the antenna effect. The second part reports on the development of an ultra-fast laser source tunable in the mid-infrared around 3 mm using fluoride glass fibers

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Tang, Mincheng. "Etude du comportement dynamique des sources laser ultrarapides à base de fibres actives fortement dispersives". Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMR117/document.

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Abstract (sommario):

Les lasers ultra-rapides fibrés sont aujourd’hui incontournables dans de nombreuses applications industrielles et scientifiques du fait de leur stabilité, de leur compacité et des hautes puissances disponibles. Les performances actuelles, rendues accessibles par le développement de fibres à larges aires modales et le concept d’amplification à dérive de fréquence, sont toutefois complexes à mettre oeuvre et limitées par l’utilisation de composants massifs pour les étapes de compression et d’étirement des impulsions. Ces travaux de thèse, à la fois expérimentaux et numériques, avaient pour objectif d’explorer des régimes dynamiques originaux basés sur l’utilisation de fibres actives spécifiques combinant large aire modale et propriétés dispersives adéquates pour la génération d’impulsions ultra-courtes de haute énergie. Les études numériques ont ainsi permis de montrer que des régimes impulsionnels à haute dispersion normale pouvaient être atteints en exploitant les phénomènes de résonnance et de couplage de modes dans des fibres de Bragg ou à profil en W. L’étude de l’influence des paramètres de la cavité laser sur le mécanisme de verrouillage de modes a permis d’identifier des configurations attractives pour la montée en puissance. La mise en oeuvre expérimentale de ces concepts a notamment permis le développement d’une source laser à soliton dissipatif produisant des impulsions énergétiques (38 nJ, 700 fs après compression) à des longueurs d’ondes autour de 1560 nm, record pour ce type d’oscillateur. La réalisation expérimentale de sources ultra-rapides basées sur des fibres actives spécifiques combinées au phénomène de couplage de mode ont permis d’identifier les potentialités et limitations de ces architectures originales à fortes dispersions totales pour la montée en énergie
Ultrafast fiber lasers represent today a ubiquitous technology in various industrial and research applications thanks to their inherent advantages such as compactness, stability and high power. The best performances to date, mostly relying on large mode area fibers and chirped pulse amplification, however require complex experimental developments and are limited by the use of bulk components for pulse stretching and compression. The experimental and numerical work presented in this PhD thesis aimed at exploring original dynamical regimes based on specific active fibers combining large mode area and high dispersions for the generation of high-energy ultra-short pulses. The numerical studies then showed that pulsed regimes with high normal dispersions could be reached by exploiting resonance and mode-coupling phenomena in Bragg or W-type fibers. Studying the influence of the cavity parameters on mode-locking mechanisms allowed to target attractive configurations for energy scaling. The experimental implementation of this concept allowed the development of a dissipative soliton source delivering record high-energy chirped pulses (38 nJ, 700 fs after compression) at 1560 nm. The realization of ultrafast sources based on specific active fibers combined to mode-coupling phenomena then brought the possibility to identify the potentiality and limitations of these particular architectures with high dispersions for energy scaling

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Guezennec, Tristan. "Sοurces paramétriques fibrées pοmpées par impulsiοns à fοrte dérive de fréquence : Ρerfοrmances et dynamique". Electronic Thesis or Diss., Normandie, 2024. http://www.theses.fr/2024NORMR074.

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Abstract (sommario):

L'utilisation de la spectroscopie Raman cohérente dans divers domaines scientifiques a motivé la conception de sources optiques multi-longueur d'onde. Dans ce contexte, le développement d'amplificateurs paramétriques fibrés à dérive de fréquence (FOPCPAs), puis d'oscillateurs paramétriques fibrés à dérive de fréquence (FOPCPOs) a permis la génération d'impulsions ultra-courtes, énergétiques et accordables. Ces travaux de thèse portent sur l'étude de FOPCPOs suivant deux axes principaux : la montée en énergie de ces sources, avec ici une production d'impulsions portant plus de 1 µJ à cadence élevée, et l'étude de la dynamique de ces sources. Une comparaison avec un FOPCPA démontre ainsi l'intérêt des FOPCPOs, générant un train d'impulsions moins bruité qu'un FOPCPA équivalent. Ces travaux ouvrent ainsi la voie à l'intégration de ces sources, permettant d'envisager l'utilisation de ces sources hors du laboratoire, mais aussi au développement de nouvelles méthodes de spectroscopie Raman de part la grande diversité de régimes qu'il est possible d'obtenir à partir de ces architectures
The use of coherent Raman spectroscopy in various scientific fields has led to the design of multi-wavelength optical sources. In this context, the development of fiber optical parametric chirped-pulse amplifiers (FOPCPAs), the fiber optical parametric chirped-pulse oscillators (FOPCPOs), has enabled the generation of ultrafast, energetic and tunable pulses. This thesis work focuses on the study of FOPCPOs along two main axes: the energy scaling of these sources, with here the production of pulses carrying more than 1 µJ at high repetition rate, and the study of the dynamics of these sources. A comparison with a FOPCPA demonstrates the benefits of FOPCPOs, which tend to generate a less noisy pulse train than an equivalent FOPCPA. This work pavs the way for the integration of these sources, enabling them to be used outside of the laboratory, and also for the development of new Raman spectroscopy methods, thnaks to the wide range of regimes that can be obtained from these architectures

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Fourmaux, Sylvain. "Etude de la transition de phase ultrarapide solide/liquide d'un semiconducteur par diffraction X femtoseconde". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2002. http://www.theses.fr/2002EPXX0017.

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Hanzard, Pierre-Henry. "Métrologie ultrarapide : application aux dynamiques laser et à l'imagerie". Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMR042/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la caractérisation optique à haute cadence en temps réel. Des outils de métrologie ultrarapides ont ainsi été utilisés pour l’étude d’une source laser impulsionnelle ainsi que pour l’imagerie de phénomènes physiques. La mise en place et la caractérisation temporelle d’une source laser impulsionnelle a permis l’observation d’événements anormalement intenses pour certains régimes de fonctionnement, et ces dynamiques ont pu être confirmées numériquement. La compréhension de ces phénomènes présente un intérêt fondamentalmais également pratique, notamment en vue de limiter les dommages optiques dans les sources laser. L’utilisation d’une technique d’imagerie appelée « imagerie par étirage temporel » a permis l’observation de jets liquides à une cadence de 80MHz. Reposant sur le principe de Transformée de Fourier Dispersive, cette technique permet de rendre compte de phénomènes non-répétitifs à des cadences élevées, et ainsi d’outrepasser les limitations imposées par les systèmes d’enregistrement conventionnels. La technique a également permis l’étude d’ondes de choc générées par ablation laser, et la détermination du profil de vitesse de l’onde de choc à travers la zone de mesure. Le phénomène de réflexion d’une onde de choc sur une paroi a également pu être observé
This PhD work is dedicated to optical characterization in real time. Ultrafast metrology tools have thus been used to study a pulsed laser source and also for physical phenomena imaging. The implementation of a temporally well characterized pulsed laser source allowed the observation of events involving abnormally high intensity, the dynamics of which have also been numerically studied and confirmed. Understanding of these phenomena addresses a fundamental and interesting need to prevent optical damage in laser sources. The use of the imaging technique called “time-stretch imaging” allowed the imaging of liquid sprays at an 80MHz repetition rate. Based on Dispersive Fourier Transform, this technique enables the study of non-repetitive events at high sampling frequency, and thus goes beyond the performance of traditional imaging devices. This technique also allowed the tracking of shockwaves, and thus profiling the shockwave’s velocity variation through its propagation along a certain measuring distance. Shockwave reflection has also been observed

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Allard, Jean-François. "Études du processus d'amplification ultrarapide par le colorant laser HITC+". [S.l. : s.n.], 2005.

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Maysonnave, Jean. "Dynamique ultrarapide de lasers à cascade quantique Terahertz - le graphène comme émetteur Terahertz". Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066360/document.

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Abstract (sommario):

La gamme des ondes terahertz (THz) se situe à l'interface des domaines électronique et optique. Malgré un potentiel d'applications élevé, elle souffre d'un manque de dispositifs performants. Dans ce cadre, cette thèse se concentre sur l'étude fondamentale et la réalisation de nouvelles fonctionnalités associées à différentes sources THz, en utilisant la spectroscopie THz dans le domaine temporel (TDS). Cet outil puissant permet de mesurer le profil temporel d'un champ électrique THz et est utilisé pour explorer l'émission THz de lasers à cascade quantique (LCQ) et de graphène.Dans une première partie, la réponse ultrarapide de LCQs est étudiée. Un contrôle de la phase du champ électrique de LCQs THz via la technique "d'injection seeding" est réalisé puis optimisé. Il nous permet de mesurer le profil temporel de l'émission laser. A l'appui de cette expérience et de simulations, une description quantitative de la dynamique du gain est faite. Ces informations sont critiques pour la production d'impulsions courtes. Une modulation rapide du gain de LCQ est ensuite réalisée et conduit à la génération d'impulsions courtes (durée ~ 15 ps) en régime de blocage de modes. Ces études permettent notamment d'envisager les LCQs comme sources puissantes pour la TDS. Dans une seconde partie, nous montrons que le graphène peut émettre un rayonnement THz sous excitation optique par un effet non linéaire d'ordre 2. Cette émission résulte d'un transfert de quantité de mouvement des photons aux électrons du graphène ("photon drag"). Elle permet ainsi d'explorer des propriétés subtiles du graphène, telles que de très faibles différences de comportement entre les électrons et trous photogénérés
The terahertz (THz) range is a region of the electromagnetic spectrum which lies at the limit between the electronic and optical domain. Currently, THz applications suffer from the lack of sources and detectors. In this context, this thesis focuses on the fundamental study and the development of new functionalities of different THz sources, usingTHz time-domain spectroscopy (TDS) as a base. This powerful tool enables to acquire the temporal profile of a THz electric field and is used to explore the THz emission properties of quantum cascade lasers (QCLs) and graphene.In the first part, the ultrafast response of QCLs is investigated. A phase control of the electric field of THz QCLs via injection seeding is realised and optimised. This enables the measurement of the amplitude and temporal profile of the laser emission. Throughthese experiments and simulations, a quantitative description of the gain dynamics can be accessed. This information is critical for modelocking. Finally, a fast modulation of the gain of QCLs is realized and leads to short pulses generation (15 ps) in a modelocked regime. These studies open the way for using QCLs as powerful sources in TDS.In the second part, THz radiation generation from graphene under optical excitation is demonstrated by a second order non-linear process. The THz emission results from themomentum transfer from the photons to the electrons of graphene (photon drag). As well as broadband THz generation, novel bandstructure properties of graphene can be explored such as the different dynamics between the photogenerated electrons and holes

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Sattler, Tobias. "Commutation ultrarapide de microcavités semiconductrices pour des applications à l'optique quantique". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAY082/document.

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Abstract (sommario):

L’injection tout optique des porteurs de charges libres dans un matériau semi-conducteur peut changer la fréquence de résonance d’une cavité optique pendant quelques picosecondes et permet une modification ultra-rapide de l’interaction lumière-matière. Dans cette thèse, nous étudions la commutation de différents types de cavités basés sur les matériaux GaAs/AlAs et explorons des applications possibles.Quand la longueur d’onde de résonance est changée sur une échelle de temps inférieure à son temps de stockage, lumière stockée subit un décalage vers les hautes fréquences. Dans ce travail, nous étudions expérimentalement cet effet pour des microcavités planaires à haut facteur de qualité, étant capables de stocker la lumière pendant plusieurs dizaines de picosecondes et observons un décalage important (environ 17 largeurs de raie) de la lumière stockée. Conformément à nos simulations numériques, nous mettons en évidence un comportement adiabatique et une efficacité proche de 100% pour ce procédé de conversion.Étant au sein d’une cavité, des boîtes quantiques (BQ) peuvent servir comme source de lumière interne pour sonder les modes de la cavité et la dynamique de la commutation. Nous utilisons cette approche pour étudier deux types de cavités différents.D’un côté, nous injectons une distribution inhomogène de porteurs de charge libres dans des micropiliers, dont l’intérêt pour des expériences d’optique quantique est bien reconnu. A cause des recouvrements différents entre les distributions des porteurs libres et des intensités des champs, nous observons des comportements de la commutation des modes radicalement différents. Ce comportement est compris quantitativement sur la base des simulations prenant en compte la diffusion et la recombinaison des paires électron-trou.D’un autre côté, nous explorons les propriétés d’un nouveau type de microcavité, des résonateurs en forme d’anneau ovoïde. Nous présentons une caractérisation de leurs propriétés optiques et des expériences de commutation. Ces objets présentent des perspectives prometteuses pour la fabrication des microlasers et pour des expériences d’optique, telles que le contrôle dynamique de l’effet Purcell
The all-optical injection of free charge carriers into a semiconductor material can change the resonance frequency of an optical microcavity within few picoseconds and allows an ultrafast modification of light-matter interaction. In this PhD thesis, we study the switching of different types of cavities based on GaAs/AlAs materials and explore possible applications.When the resonance wavelength of a cavity is shifted on a timescale shorter than its storage time, the frequency of the stored light is up-converted. In this work, we study this effect experimentally for high Q planar microcavities, able to store light during several tens of picoseconds. Upon ultrafast switching, we observe a large frequency shift (around 17 mode linewidths) of stored light.In agreement with numerical simulations, we evidence an adiabatic behavior and an efficiency close to 100% for this conversion process.When embedded in a cavity, quantum dots can serve as an internal light source for probing cavity modes and their switching dynamics. We use this approach to study two different kinds of microcavities.On one hand, we inject an inhomogeneous distribution of free charge carriers into micropillars, whose interest for quantum optics experiments is well recognized. We observe drastically different switching behaviors for their cavity modes, due to the different overlaps between free carriers and field intensity distributions. This behavior is understood in a quantitative way on the basis of simulations taking into account the diffusion and recombination of electron-hole pairs.On the other hand, we explore the properties of a novel type of microcavity, ovoid ring resonators. We present a characterization of their optical properties, as well as switching experiments. These objects offer appealing perspectives for the fabrication of microlasers, and for quantum optics experiments such as controlling the Purcell effect in real time

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Maysonnave, Jean. "Dynamique ultrarapide de lasers à cascade quantique Terahertz - le graphène comme émetteur Terahertz". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066360.

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Abstract (sommario):

La gamme des ondes terahertz (THz) se situe à l'interface des domaines électronique et optique. Malgré un potentiel d'applications élevé, elle souffre d'un manque de dispositifs performants. Dans ce cadre, cette thèse se concentre sur l'étude fondamentale et la réalisation de nouvelles fonctionnalités associées à différentes sources THz, en utilisant la spectroscopie THz dans le domaine temporel (TDS). Cet outil puissant permet de mesurer le profil temporel d'un champ électrique THz et est utilisé pour explorer l'émission THz de lasers à cascade quantique (LCQ) et de graphène.Dans une première partie, la réponse ultrarapide de LCQs est étudiée. Un contrôle de la phase du champ électrique de LCQs THz via la technique "d'injection seeding" est réalisé puis optimisé. Il nous permet de mesurer le profil temporel de l'émission laser. A l'appui de cette expérience et de simulations, une description quantitative de la dynamique du gain est faite. Ces informations sont critiques pour la production d'impulsions courtes. Une modulation rapide du gain de LCQ est ensuite réalisée et conduit à la génération d'impulsions courtes (durée ~ 15 ps) en régime de blocage de modes. Ces études permettent notamment d'envisager les LCQs comme sources puissantes pour la TDS. Dans une seconde partie, nous montrons que le graphène peut émettre un rayonnement THz sous excitation optique par un effet non linéaire d'ordre 2. Cette émission résulte d'un transfert de quantité de mouvement des photons aux électrons du graphène ("photon drag"). Elle permet ainsi d'explorer des propriétés subtiles du graphène, telles que de très faibles différences de comportement entre les électrons et trous photogénérés
The terahertz (THz) range is a region of the electromagnetic spectrum which lies at the limit between the electronic and optical domain. Currently, THz applications suffer from the lack of sources and detectors. In this context, this thesis focuses on the fundamental study and the development of new functionalities of different THz sources, usingTHz time-domain spectroscopy (TDS) as a base. This powerful tool enables to acquire the temporal profile of a THz electric field and is used to explore the THz emission properties of quantum cascade lasers (QCLs) and graphene.In the first part, the ultrafast response of QCLs is investigated. A phase control of the electric field of THz QCLs via injection seeding is realised and optimised. This enables the measurement of the amplitude and temporal profile of the laser emission. Throughthese experiments and simulations, a quantitative description of the gain dynamics can be accessed. This information is critical for modelocking. Finally, a fast modulation of the gain of QCLs is realized and leads to short pulses generation (15 ps) in a modelocked regime. These studies open the way for using QCLs as powerful sources in TDS.In the second part, THz radiation generation from graphene under optical excitation is demonstrated by a second order non-linear process. The THz emission results from themomentum transfer from the photons to the electrons of graphene (photon drag). As well as broadband THz generation, novel bandstructure properties of graphene can be explored such as the different dynamics between the photogenerated electrons and holes

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Varin, Charles. "Impulsions d'électrons relativistes ultrarapides à l'aide d'un schéma d'accélération par laser dans le vide". Thesis, Université Laval, 2006. http://www.theses.ulaval.ca/2006/23911/23911.pdf.

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Allard, Jean-François. "Études du processus d'amplification ultrarapide par le colorant laser HITC[indice supérieur +]". Mémoire, Université de Sherbrooke, 2005. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/3794.

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Abstract (sommario):

Le cancer du sein constitue un des problèmes de santé majeur dans les sociétés occidentales. La détection précoce joue un rôle primordial dans le succès des traitements de cette maladie. Les qualités de l'outil à privilégier pour une détection à grande échelle sont principalement, une résolution permettant la détection de tumeurs millimétriques, la disponibilité du test ce qui requiert à la fois un faible coût d'acquisition et d'exploitation de l'appareil, mais surtout, cet outil ne devrait pas utiliser des radiations ionisantes. L'imagerie par transillumination dans le proche infrarouge est une technique qui allierait toutes ces qualités. Cependant, à ces longueurs d'ondes, la diffusion est un phénomène dominant. Il est donc nécessaire d'effectuer une sélection des photons sortant du milieu pour en créer une image. La méthode proposée pour effectuer cette sélection est un amplificateur laser ultrarapide. Lors de la traversée du milieu biologique par une impulsion laser, les photons composant celle-ci subissent des diffusions à divers degrés qui engendrent un allongement temporel de l'impulsion."--résumé abrégé par UMI.

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

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Abstract (sommario):

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

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Zhao, Zhenyu. "Spectroscopie térahertz ultrarapide et propriétés optiques non-linéaires de nanostructures semiconductrices". Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066264.

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Abstract (sommario):

Ce mémoire de thèse présente deux études expérimentales dans le domaine de la dynamique ultra-rapide des porteurs dans les nanostructures semiconductrices: 1. Le développement de la spectroscopie Térahertz dans le domaine temporel (THz-TDS) et son utilisation pour mesurer le gain d’un laser à cascade quantique GaAs/AlGaAs. 2. L’étude des effets de 3ième ordre en optique non linéaire dans des verres de Tellure dopés en nanocristaux AgCl, par "Z-scan" et mélange à quatre ondes (DFWM). A cette fin, nous avons d’abord construit un montage de spectroscopie Térahertz dans le domaine temporel avec deux sources de rayonnement différentes : la rectification optique dans un cristal non-lineaire <110> ZnTe et par ailleurs des antennes interdigités photoconductrices. Dans un premier temps, nous avons étudié la compétition entre la rectification optique, la génération de second harmonique, l’absorption à deux photons, et l’absorption par les porteurs libres. Le faisceau pompe subit une absorption à deux photons et le rayonnement THz émis est diminué, dans les conditions de focalisation, par l’absorption des porteurs libres. La réduction de l’émission THz dans les conditions de focalisation est expliquée, à condition de tenir compte des effets de la diffraction de la source THz sub-longueur d’onde. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les propriétés de l’émission THz dans le domaine temporel et spectral d’un nouveau type d’antenne photoconductive interdigitée basée sur du GaAs semi-isolant, en fonction de la densité de porteurs et dans une gamme de température allant de 4. 2K à 270K. Les propriétés de l’émission THz sont linéaires pour de faibles tensions appliquées mais révèlent des effets de saturation pour des tensions importantes en raison de la diffusion inter-vallées de la bande  à la bande L. Les performances THz saturent aussi pour de fortes excitations laser à raison de l’écrantage des charges. La dynamique des porteurs à été étudiée expérimentalement pour différentes températures. Le spectre THz de l’émission se déplace vers les basses fréquences lorsque la température augmente. L’influence de la mobilité électronique est discutée. Dans une troisième partie, après avoir comparé les deux méthodes de génération THz ci-dessus et décidé d’utiliser les antennes photoconductives comme source d’excitation pour notre montage THz-TDS, nous avons étudié le gain et les pertes d’un laser à cascade quantique (LCQ) fonctionnant à 2. 9 THz. Nous avons étudié les variations du gain en fonction du courant injecté, à différentes températures. Nous avons mesuré les spectres d’amplitude et de phase THz, permettant une détermination directe du gain. A la fréquence de fonctionnement du LCQ, nous mesurons un gain de 6. 5cm-1. Des effets comme le « clampage » du gain et l’affinement spectral du gain sont observés et discutés. Pour finir, nous avons étudié le coefficient de polarisabilité d’ordre 3 des verres de Tellure (80TeO2-20Nb2O5) dopés en nanocristaux AgCl. Nous avons produit des échantillons par les techniques fonte-trempe et traitement thermique. Les résultats de la caractérisation révèlent qu’un traitement plus long augmente la tailles des nanocristaux qui donne lieu à l’apparition de plus de défauts et une plus grande déformation du réseau cristallin des nanocristaux aux interfaces avec le verre. Des états électroniques piégés apparaissent sous l’effet de la déformation de la structure cristalline. Une forte absorption à deux photons et une absorption des états électroniques piégés réduit le seuil de la limitation optique. Le coefficient polarisabilité non linéaire χ(3) augmente à cause de la formation des défauts et des états électronique localisés.

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Glijer, David. "Effets photo-induits coopératifs: du photomagnétisme sous irradiation continue aux phénomènes ultrarapides- étude par spectroscopie et diffraction X". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002257.

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Abstract (sommario):

Le contrôle au moyen d'impulsions laser ultracourtes de la transformation collective et concertée de molécules à l'état solide pouvant induire une commutation ultrarapide de l'état macroscopique d'un matériau offre des perspectives nouvelles. L'objectif est de réaliser à l'échelle du matériau ce qui est réalisé à l'échelle moléculaire en femtochimie. Ces processus sont hautement non linéaires et coopératifs, pouvant conduire à une auto-amplification et une auto-organisation au sein du matériau, et donc à une transition de phase photo-induite vers un nouvel ordre à longue distance (structural, magnétique, ferroélectrique...). Deux familles de matériaux ont été ici étudiées: tout d'abord, des matériaux à transition de spin, passant d'un état diamagnétique à paramagnétique, sous l'effet de la température, ou sous irradiation laser continue. Il s'agit de matériaux photo-actifs prototypes de la bistabilité moléculaire à l'état solide, dont la commutation est étudiée lors d'expériences de diffraction X, de réflectivité optique et de magnétisme. Une seconde partie des études a porté sur des complexes moléculaires à transfert de charge qui sont des composés prototypes pour les transitions de phase photo-induites ultra-rapides: neutre-ionique, isolant-métal... En plus des expériences d'optique temporelle ultra-rapide, la cristallographie X résolue en temps constitue une technique clé permettant de suivre au niveau atomique les différentes étapes de la transformation photo-induite et par conséquent d'observer les mécanismes mis en jeu. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence un processus de photo-formation de nanodomaines unidimensionnels d'excitations de transfert de charge relaxées structuralement, pilotant la transition de phase photo-induite du TTF-CA, à l'aide de premières études de diffusion diffuse résolue en temps. Une nouvelle source laser-plasma femtoseconde et un dispositif de spectroscopie pompe sonde optique à détection hautement sensible ont aussi été développés dans le cadre de ce travail. Les résultats présentés dans cette étude seront une illustration des enjeux scientifiques actuels relatifs d'une part aux développements de projets de grande ampleur (nouvelles sources ultra-brèves) et d'autre part à la photo-commutation ultra-rapide.

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Soroushian, Behrouz. "Solvatation de l'électron dans l'éthylène glycol : étude par spectroscopie d'absorption résolue en temps à l'échelle femtoseconde". Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112263.

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Abstract (sommario):

En raison de sa viscosité relativement élevée, de l'analogie de ces molécules avec celles de l'eau et du méthanol et de l'existance de deux groupements OH sur chaque molécule, l'éthylène glyol est un bon candidat pour étudier les mécanismes de la solvatation de l'électron. Un montage de spectroscopie d'absorption résolue en temps à l'échelle femtoseconde a été réalisé permettant de mesurer les spectre d'absorption dans une gamme spectrale allant de 400 à 750 nm. L'électron solvaté est produit par la photoionisation de l'éthylène glycol par un faisceau pompe à 263 nm et selon un processus d'absorption de deux photons. L'évolution du spectre d'absorption de l'échantillon a mis en évidence une localisation rapide de l'électron par les molécules de l'éthylène glycol. Le changement global de l'absorption du solvant est analysé d'abord par un modèle faisant intervenir trois états de l'électron, quasi-libre, présolvaté et solvaté. Ensuite un autre modèle a été employé dans lequel on considére qu'après la transition discrète de l'électron quasi-libre à l'électron solvaté cette entité évolue de façon continue pour devenir l'électron solvaté à l'état d'équilibre. La recombinaison géminée des électrons solvatés dans l'éthylène glycol a été étudié et le coefficient de diffusion mutuelle ainsi que la distance de séparation initiale ont été détérminés. Nous avons également étudié la réaction des électrons solvatés et les ions d'argent. Les expériences de la photolyse impulsionnelles nous ont permit d'étudier la dépendance de la constante de vitesse de la réaction en fonction de la distance entre les réactants
Because of its relatively high viscosity, analogy of the molecule with those of water and methanol and because of having two OH-groups, the ethylene glycol is an interesting media for studying solvation mechanisms of electron. A pomp-probe setup for transient absorption spectroscopy was realised and allowed the spectral measurements over a range of 400 to 750 nm. The solvated electrons were produced in the solvent using a pomp pulse at 263 nm. Time dependent evolution of the sample's absorption spectra show a fast localisation of the ejected electrons by its molecules. The overall evolution of the absorption spectra was described firstly by a model considering discrete transformations between three electron states: quasi-free, presolvated and solvated. In a second model we supposed that after discrete transformation of the quasi-free electron to the presolvated electron, this entity is continuously relaxed to the solvated electron in its equilibrium state. Geminate recombination of the solvated electrons in the ethylene glycol is studied and the coefficient of mutual diffusion and initial separation distance between the ejected electrons and their geminate counterparts are determined. We were studied reactions of the solvated electrons and the silver ions. The photlysis experiments made us able to study dependencies of the reaction rate constant to the distance between reactants

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Arbouet, Arnaud. "RÉPONSE OPTIQUE ULTRARAPIDE DE NANO-OBJETS MÉTALLIQUES : EFFETS DE TAILLE". Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00803216.

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Abstract (sommario):

Ce travail a porté sur l'étude expérimentale de la dynamique électronique et vibrationnelle dans les nanoparticules de métaux nobles par des techniques pompe/sonde femtosecondes basées sur un oscillateur titane-saphir. Dans un premier temps nous nous sommes intéressés à la thermalisation électrons-réseaux. Une étude en fonction de l'énergie des impulsions de pompe montre la transition entre un régime de forte perturbation et un régime de faible perturbation. Dans ce dernier cas, les temps caractéristiques mesurés sont indépendants de la puissance de pompe et diminuent avec la taille de la nanoparticule pour des diamètres inférieurs à 10 nm. Cette accélération du transfert d'énergie électrons-réseau a été attribuée à une diminution de l'écrantage de l'interaction coulombienne au voisinage des surfaces. Des études préliminaires sur des nanoparticules dont la surface a été modi fiée ont été réalisées. Nous avons ensuite étudié les modes de vibrations acoustiques de nanoparticules métalliques. La contribution au signal dans le domaine temporel de modes radiaux d'ordres supérieurs a été mise en évidence. En réalisant le contrôle optique de ces oscillations, nous avons pu observer sélectivement le mode harmonique radial d'ordre 1 et extraire ses caractéristiques. Parallèlement, une méthode optique de détection et de mesure directe de l'extinction d'une nanoparticule individuelle a été développée. Elle consiste à moduler périodiquement la position d'un échantillon formé par des nanoparticules déposées sur un substrat transparent à très faible densité. L'absorption par une nanoparticule d'un faisceau laser fortement focalisé se traduit par une modulation de l'énergie transmise, qui est détectée. Cette méthode a été utilisée pour mesurer la section e fficace d'extinction de nanoparticules d'or isolées jusqu'à un diamètre de 5 nm. Les valeurs obtenues sont en bon accord avec les prédictions de la théorie de Mie réalisées en prenant une constante diélectrique effective.

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Zhao, Zhen-Yu. "Spectroscopie Térahertz Ultrarapide et Propriétés Optiques Non-Linéaires de Nanostructures Semiconductrices". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00300727.

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Abstract (sommario):

Ce mémoire de thèse présente deux études expérimentales dans le domaine de la dynamique ultra-rapide des porteurs dans les nanostructures semiconductrices:
1. Le développement de la spectroscopie Térahertz dans le domaine temporel (THz-TDS) et son utilisation pour mesurer le gain d'un laser à cascade quantique GaAs/AlGaAs.
2. L'étude des effets de 3ième ordre en optique non linéaire dans des verres de Tellure dopés en nanocristaux AgCl, par "Z-scan" et mélange à quatre ondes (DFWM).
A cette fin, nous avons d'abord construit un montage de spectroscopie Térahertz dans le domaine temporel avec deux sources de rayonnement différentes : la rectification optique dans un cristal non-lineaire <110> ZnTe et par ailleurs des antennes interdigités photoconductrices.
Dans un premier temps, nous avons étudié la compétition entre la rectification optique, la génération de second harmonique, l'absorption à deux photons, et l'absorption par les porteurs libres. Le faisceau pompe subit une absorption à deux photons et le rayonnement THz émis est diminué, dans les conditions de focalisation, par l'absorption des porteurs libres. La réduction de l'émission THz dans les conditions de focalisation est expliquée, à condition de tenir compte des effets de la diffraction de la source THz sub-longueur d'onde.
Dans un deuxième temps, nous avons étudié les propriétés de l'émission THz dans le domaine temporel et spectral d'un nouveau type d'antenne photoconductive interdigitée basée sur du GaAs semi-isolant, en fonction de la densité de porteurs et dans une gamme de température allant de 4.2K à 270K. Les propriétés de l'émission THz sont linéaires pour de faibles tensions appliquées mais révèlent des effets de saturation pour des tensions importantes en raison de la diffusion inter-vallées de la bande Γ à la bande L. Les performances THz saturent aussi pour de fortes excitations laser à raison de l'écrantage des charges. La dynamique des porteurs à été étudiée expérimentalement pour différentes températures. Le spectre THz de l'émission se déplace vers les basses fréquences lorsque la température augmente. L'influence de la mobilité électronique est discutée.
Dans une troisième partie, après avoir comparé les deux méthodes de génération THz ci-dessus et décidé d'utiliser les antennes photoconductives comme source d'excitation pour notre montage THz-TDS, nous avons étudié le gain et les pertes d'un laser à cascade quantique (LCQ) fonctionnant à 2.9 THz. Nous avons étudié les variations du gain en fonction du courant injecté, à différentes températures. Nous avons mesuré les spectres d'amplitude et de phase THz, permettant une détermination directe du gain. A la fréquence de fonctionnement du LCQ, nous mesurons un gain de 6.5cm-1. Des effets comme le « clampage » du gain et l'affinement spectral du gain sont observés et discutés.
Pour finir, nous avons étudié le coefficient de polarisabilité d'ordre 3 des verres de Tellure (80TeO2-20Nb2O5) dopés en nanocristaux AgCl. Nous avons produit des échantillons par les techniques fonte-trempe et traitement thermique. Les résultats de la caractérisation révèlent qu'un traitement plus long augmente la tailles des nanocristaux qui donne lieu à l'apparition de plus de défauts et une plus grande déformation du réseau cristallin des nanocristaux aux interfaces avec le verre. Des états électroniques piégés apparaissent sous l'effet de la déformation de la structure cristalline. Une forte absorption à deux photons et une absorption des états électroniques piégés réduit le seuil de la limitation optique. Le coefficient polarisabilité non linéaire χ(3) augmente à cause de la formation des défauts et des états électronique localisés.

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Marceau, Claude. "Anisotropie optique ultrarapide induite par la filamentation d'impulsions femtosecondes dans les gaz". Thesis, Université Laval, 2009. http://www.theses.ulaval.ca/2009/26889/26889.pdf.

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

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Abstract (sommario):

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

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Hou, Xue. "Nano-objets photo-activés pour le ciblage cellulaire et l’hyperthermie". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLC011/document.

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Abstract (sommario):

Les nanoparticules plasmoniquespossèdent des propriétés intéressantes grâce àla résonance de plasmon de surface localisé. Enplus de leur grande efficacité de conversionphotothermique due au plasmon, leconfinement de l’échauffement peut êtremodulé par le type de source lumineuseutilisée (impulsionnelle ou continue). Cespropriétés font des nanoparticulesplasmoniques une solution potentielle pour lathérapie contre le cancer par hyperthermie.Afin de développer une telle applicationbiomédicale, il est nécessaire d'optimiserl'absorption de l'énergie lumineuse et le ciblagedes nanoparticules sur la tumeur considérée.Dans cette thèse, l'influence des électronschauds photo-générés sur l'absorptiond’impulsions laser ultracourtes par lesnanoparticules est d'abord étudiée. Ensuite, untravail effectué avec des chimistes, biologisteset médecins pour l'application desnanoparticules d’or irradiées par impulsionslaser ultracourtes à la thérapie contre le cancerest présenté. Enfin, nous présentons une étudepréliminaire sur la photoluminescence denanoparticules plasmoniques, dont l'origine estencore controversée, en appliquant un modèleprenant en compte la nature non thermale dela distribution d’électrons chauds
Plasmonic nanoparticles possessinteresting properties thanks to the localizedsurface plasmon resonance. In addition totheir high photothermal conversion efficiency,the heat release confinement can bemodulated by the type of light source used(pulsed or continuous laser). These propertiesmake the plasmonic nanoparticles a potentialsolution for cancer therapy by hyperthermia.In order to develop such a biomedicalapplication, it is necessary to optimize theabsorption of light energy and the targeting ofnanoparticles on the tumor considered.In this thesis, the influence of the photogeneratedhot electrons on the absorption ofultrashort laser pulses by nanoparticles is firststudied. Then, a work carried out withchemists, biologists and physicians for theapplication of gold nanoparticles irradiated byultrashort laser pulses to cancer therapy isdescribed. Finally, we present a preliminarystudy on the photoluminescence of plasmonicnanoparticles, the origin of which is stillcontroversial, by applying a model accountingfor the non-thermal nature of the hot electrondistribution

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Beaulieu, Nathan. "Propriétés électroniques et magnétiques sous excitation laser femtoseconde, du Gd monocristallin aux alliages ferrimagnétiques". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00953656.

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Abstract (sommario):

Ces travaux de thèse rentrent dans le cadre de l'étude de la dynamique ultra rapide de l'aimantation. Tout d'abord sont présentés des aspects théoriques, puis les aspects expérimentaux de ces expériences. Pour ce faire, nous avons étudié la réponse d'alliages ferrimagnétiques à composition variables à l'aide d'un dispositif de mesure d'effet Kerr résolu en temps, puis dans une seconde partie, la dynamique de l'aimantation et de la bande de valence du gadolinium épitaxié sur tungstène. Dans ce cadre rentre une étude de l'oxydation de ce matériau, limitant dans le temps les études approfondies. Pour finir, il est mis l'accent sur un phénomène contraignant lors des études de dynamique électronique en photoémission, l'effet de charge-espace. Ceci a pour effet de générer des photoélectrons à partir de métaux, à l'aide d'un processus multiphotonique. Nous proposons dans cette partie un modèle théorique expliquant ce phénomène.Ces travaux sont inscrits dans le cadre du développement du synchrotron SOLEIL, pour permettre le développement du FEMTOSLICING, qui permettra prochainement de mesurer des dynamiques rapides résolues en éléments, à une résolution de l'ordre de la centaine de femtosecondes.

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Campos, Sandoval Juan Manuel. "Contribution à l'étude de la largeur de mode dans les diodes laser DBR à puits quantiques à deux sections : analyseur spectral ultrarapide pour liaisons DWDM". Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112020.

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Abstract (sommario):

La largeur de mode statique des lasers à semi-conducteur DBR à deux sections à puits quantiques présente un comportement complexe et son étude est moins répandue que celle des diodes laser accordables de façon continue. Une modélisation originale de la formule de la largeur de mode et du paramètre alpha de Henry fait donc l'objet d'une étude particulière dans la thèse. Les effets du bruit quantique et du bruit thermique sur la largeur de mode font aussi l'objet d'une étude spéciale dans la modélisation. Les mesures de largeur de mode ont été menées à bien sur plusieurs modèles de diodes laser DBR à deux sections à puits quantiques et sont en bon accord avec les simulations du modèle proposé. Un autre objectif de la thèse a été celui de la conception et l'utilisation d'un analyseur de spectre ultrarapide pour sources accordables. Cet analyseur est particulièrement intéressant du point de vue des mesures en laboratoire comme de son intégration comme système de contrôle. Des comparaisons avec les analyseurs basés sur des structures interférométriques de type Fabry-Pérot ont été réalisées pour valider le choix d'un analyseur à division de front d'onde
Static linewidth in two-section quantum-well DBR semiconductor lasers exhibits a complex behaviour and his study has attracted less attention than the study of continuosly tunable laser diodes. An original model for the linewidth formule et for the enhancement linewidth factor is a central point of study in this thesis. The influences of the quantique noise and the thermal noise over the linewidth are also points of special interest in the model. The measurements of linewidth have been successfully done over several two-section quantum-well DBR laser diode prototypes and these measurements agree quite well with the simulations of the proposed model. Another goal of this thesis has been the desing and the application of a fast spectral analyzer for tunable sources. This analyzer is twice attractive, first for his use in laboratory measurements and second for his easy implementation in a control system package. Comparation with FP based interferometric analyzers have been made in order to validate the choice of a division wavefront analyzer

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Peng, Yi. "Single laser pulse switching in RE-based multilayers without Gd". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0297.

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Abstract (sommario):

Le domaine émergent de l'électronique à spin ultra-rapide intègre les idées et les concepts de la magnéto-optique et de l'opto-magnétisme avec les phénomènes de transport de spin, complétés par les possibilités offertes par la photonique pour une manipulation ultra-rapide à faible dissipation et le transport de l'information. La découverte de la commutation de magnétisation déterministe ultra-rapide entièrement optique a ouvert de nouvelles possibilités pour la manipulation de la magnétisationdans les dispositifs à l'aide d'impulsions laser femtosecondes. Le HI-AOS est principalement observé dans des alliages ou des multicouches ferrimagnétiques à base de terres rares (RE) à base de gadolinium ou de métaux de transition (TM). Il a récemment été observé dans des matériaux sans gadolinium, tels que le ferrimagnétique Mn2RuxGa et la multicouche ferrimagnétique [Tb/Co]N. Dans ce travail, nous avons cherché à trouver de nouveaux matériaux capables de présenter une commutation optique entièrement optique (HI-AOS) indépendante de l'hélicité en un seul tir, et à comprendre le comportement de commutation, le mécanisme fondamental et le processus de commutation dans différents matériaux et structures. Par conséquent, trois principales parties de travail ont été réalisées dans cette thèse:• Étude de l'alliage CoLu, où Lu a les mêmes propriétés que Gd avec un faible couplage spin-orbite (L=0). Une anisotropie magnétique perpendiculaire peut être obtenue dans 3 nm d'alliage Co100-xLux avec x variant entre 22% et 42%. De plus, des mesures de commutation en un seul tir dans un film complet et un réseau de points de 3 m montrent qu'aucune commutation déterministe de la magnétisation ne peut être observée. Les résultats peuvent être attribués à la faible magnétisation et, par conséquent, à la faible quantité de moment angulaire transportée par l'élément Lu selon des simulations atomistiques. • Commutation en un seul tir dans des multicouches [RE/TM]N, où la couche RE peut être un métal des terres rares avec un couplage spin-orbite plus important, comme Tb et Dy, et leur alliage avec des métaux de transition. À partir de multicouches [Tb/Co]5 and [Tb/Fe]4, la commutation en un seul tira été étendueà diverses multicouches, bicouches et tricouches, en faisant un phénomène général dans les multicouches à base de Tb et de Dy, qui ont des propriétés sperimagnétiques couplées à des métaux transitoires. De manière intéressante, une structure complexe de cercles de directions de magnétisation opposées a été observée à haute énergie. Selon les mesures de pompage-sonde, nous avons essayé d'expliquer le mécanisme de commutation et les structures annulaires, qui pourraient être un mécanisme de précession de réorientation dans le plan. • Commutation en un seul tir dans des multicouches [Co/Ho]N, qui est un nouveau système de matériaux avec une attente de couplage spin-orbite plus élevé par rapport à Tb et Dy. Étonnamment, même si le couplage spin-orbite dans Ho (comme c'est le cas dans Tb et Dy) est plus important que celui de Gd, ce qui devrait augmenter la dissipation du moment angulaire dans la structure cristalline, le diagramme état de durée/fluence des impulsions est proche de celui du système à base de Gd. L'étude de ce nouveau système pourrait contribuer à combler les processus de retournement en un seul tir observés, d'une part, dans les hétérostructures à base de Gd, d'autre part, dans celles à base de Tb ou de Dy
The emerging field of ultrafast spin electronics integrates the ideas and concepts of magneto-optics and opto-magnetism with spin transport phenomena, supplemented with the possibilities offered by photonics for ultrafast low-dissipative manipulation and transport of information. The discovery of all-optical ultra-fast deterministic magnetization switching has opened up new possibilities for manipulating magnetization in devices using femtosecond laser pulses. HI-AOS is predominantly observed in Gadolinium-based Rare Earth (RE) / Transition Metals (TM) ferrimagnetic alloys or multilayers. Notably, it has recently been witnessed in materials without Gadolinium, such as the ferrimagnet Mn2RuxGa and the ferrimagnetic multilayer [Tb/Co]N. In this work, we tried to find new materials that can show single-shot helicity-independent all-optical switching (HI-AOS) and to understand the switching behavior, fundamental mechanism, and switching process in different materials and structures. Therefore, three main parts of work have been done in this thesis:• Study the CoLu alloy, where Lu has the same properties as Gd with small spin-orbit coupling (L=0). Perpendicular magnetic anisotropy can be obtained in 3 nm of Co100-xLux alloy with x varies between 22% and 42%. Besides, single-shot switching measurements in full film and 3 μm dots array show that nodeterministic switching of the magnetization can be observed. The results can be attributed to the low magnetization and, consequently, too-small angular momentum carried by the Lu element by atomistic simulations. • Single-shot switching in [RE/TM]N multilayers, where the RE layer could be rare-earth metal with larger spin-orbit coupling such as Tb and Dy, and their alloy with transition metals. Starting with [Tb/Co]5 and [Tb/Fe]4 multilayers, the single-shot switching has been extended to various multilayers, bilayers, and trilayers, making it a general phenomenon in Tb- and Dy-based multilayers, which have sperimagnetic properties coupled with transient metals. Interestingly, a complex structure of rings of opposite magnetization directions has been observed at high fluence. According to the pump-probe measurements,We tried to explain the switching mechanism and ring structures, which could be an in-plane reorientation precession mechanism. • Single-shot switching in [Co/Ho]N multilayers, which is a novel material system with the expectation of higher spin-orbit coupling compared to Tb and Dy. Surprisingly, even though the spin-orbit coupling in Ho ( as it is in Tb and Dy) is larger than that of in Gd, which should increase the dissipation of angular momentum to the lattice, the pulse duration/fluence state diagram is close to the Gd-based systems. Studying this new system could help bridge the single pulse reversal processes observed, on the one hand, in Gd-based, on the other hand, in the Tb or Dy-based heterostructures

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Caruso, Giuseppe Mario. "Development of a coherent ultrafast transmission electron microscope based on a laser-driven cold field emission source". Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30140.

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Abstract (sommario):

L'étude de la physique des systèmes à l'échelle nanométrique nécessite idéalement une résolution spatiale atomique et une résolution temporelle de l'ordre de la femtoseconde. La microscopie électronique en transmission ultra-rapide (UTEM), qui combine une résolution temporelle inférieure à la picoseconde et une résolution spatiale nanométrique, est récemment apparue comme un outil unique doté de résolutions spatio-temporelles sans précédent. Cependant, les performances des premiers UTEMs étaient limitées par la brillance des photocathodes utilisées comme source d'électrons ultra-rapide. Dans ce contexte, il a été vite réalisé que les UTEMs utilisant des sources d'électrons déclenchées par laser et basées sur des pointes métalliques comme émetteur, permettraient de dépasser cette limitation. L'objectif de cette thèse est de décrire le développement d'un microscope électronique en transmission ultra-rapide basé sur ce type de source dites " source à émission de champ froide ", pouvant fonctionner en mode continu ou ultra-rapide. L'émission d'électrons d'une nanopointe de tungstène est déclenchée par des impulsions laser femtosecondes, qui sont fortement focalisées par des composants optiques insérés proche de la cathode. La brillance mesurée est la plus grande mesurée à ce jour dans un UTEM. En associant cette nouvelle source de brillance élevée à un système d'injection/cathodoluminescence composé d'un miroir parabolique installé au-dessus du porte-échantillon, l'UTEM peut être utilisé pour réaliser des expériences TEM-pompe-sonde ultra-rapides résolues dans le temps. Les possibilités d'un tel instrument pour l'imagerie ultra-rapide, la diffraction, l'holographie électronique et la spectroscopie sont présentées. Une attention particulière a été accordée aux applications en nano-optique. La spectroscopie électronique de gain d'énergie (EEGS) permet notamment d'étudier les excitations optiques de nano-systèmes à travers les modifications du spectre d'énergie des électrons. La possibilité de synchroniser facilement les impulsions d'électrons libres ultra-courts avec l'excitation optique de l'échantillon dans les UTEM est essentielle pour l'observation d'interactions électron/photon fortement non linéaires. Ces expériences nous ont permis de caractériser les propriétés spectro-temporelles du faisceau d'électrons ultra-courts. La dernière partie propose une discussion des premières expériences d'holographie électronique hors-axe réalisées avec des impulsions électroniques ultra-rapides. En effet, la dose d'électrons dans le plan de l'échantillon étant considérablement réduite en raison du faible taux de répétition du train d'impulsions électronique, les hologrammes ultra-rapides sont obtenus dans des conditions dites " low dose " complexes. En conséquence, les paramètres expérimentaux couramment utilisés pour l'acquisition d'hologrammes avec des TEM conventionnels ne peuvent pas être directement utilisés en mode ultra-rapide. Des études expérimentales ont été réalisées pour déterminer les conditions optimales pour l'holographie électronique hors-axe ultra-rapide. L'influence de la dose, la longueur de cohérence de la source, les conditions d'illumination et les instabilités de l'instrument ont été systématiquement prises en compte
The investigation of the physics of nanoscale systems ideally requires atomic spatial resolution and femtosecond time-resolution. Ultrafast Transmission Electron Microscopy (UTEM) combining subpicosecond temporal resolution and nanometer spatial resolution has recently emerged as a unique tool with unprecedented spatio-temporal resolutions. However, the performances of the first UTEMs were limited by the brightness of the photocathodes used as ultrafast electron source. In this context, it was soon realized that UTEMs relying on laser-driven electron sources based on nanoscale emitters would overcome this limitation. The aim of this thesis is to report the development of an ultrafast Transmission Electron Microscope based on a cold field emission source, which can operate either in DC or ultrafast mode. Electron emission from a tungsten nanotip is triggered by femtosecond laser pulses, which are tightly focused by optical components integrated inside a cold-field emission source close to the cathode. The measured brightness is the largest reported so far for UTEMs. Combining this new high brightness source with an injection/Cathodoluminescence system, composed of a parabolic mirror placed above the sample holder, the UTEM can be used to perform time-resolved ultrafast pump-probe TEM experiments. The possibilities of such an instrument for ultrafast imaging, diffraction, electron holography and spectroscopy are presented. Particular attention has been paid on applications in nano-optics. In particular, Electron Energy Gain Spectroscopy (EEGS) allows to investigate the optical excitations of nanosystems in the energy domain. The ability to easily synchronize ultrashort free electron pulses with the optical excitation of the sample in UTEMs is essential for the observation of strongly nonlinear electron/photon interactions. These experiments will enable us to characterize the spectro-temporal properties of the ultrashort electron beam. Off-axis electron holography performed with ultrafast electron pulses are finally discussed. The electron dose in the specimen plane is considerably reduced due to the low repetition rate of the electron pulse train. This peculiar property of ultrafast FE-TEMs implies that ultrafast holograms are acquired in low-dose-like conditions. As a consequence, the experimental parameters commonly used for the acquisition of off-axis electron holograms with conventional TEMs cannot be directly implemented in the ultrafast mode. Experimental studies were performed to find the optimum conditions for ultrafast off-axis electron holography. Influence of the dose, the coherence length of the source, the illumination condition and the instrument instabilities have been addressed

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Meyer, Rémi. "Contrôle du dépôt d'énergie par laser femtoseconde dans les diélectriques par faisceaux de Bessel : profil spatio-temporel de densité plasma et applications au clivage du verre". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. http://indexation.univ-fcomte.fr/nuxeo/site/esupversions/9cca4761-0970-4b3d-a6e9-01b766feff4d.

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Abstract (sommario):

L'utilisation d'impulsions ultrabrèves pour l'usinage laser permet une grande précision du dépôt d'énergie grâce à un fort confinement de l'interaction laser-matière. Les effets non-linéaires liés à ce confinement sont aussi usuellement responsables de distorsions et d'instabilités dans le profil d'intensité lors de la propagation. Les faisceaux de Bessel à hauts angles coniques ont démontré être très performants pour l'usinage des diélectriques grâce à leur robustesse aux effets non-linéaires. En régime femtoseconde, ils permettent alors de générer dans les milieux transparents des nanocanaux à haut rapport de forme par tirs uniques dans les milieux transparents. Cependant la dynamique d'ablation et le couplage de l'impulsion avec le plasma induit sont encore peu compris dans ce cadre, et le modèle courant les décrivant reste incompatible avec les observations expérimentales. Cette thèse a pour objectif d'étudier cette interaction et se divise en deux axes de travail. Le premier axe porte sur la caractérisation de l'interaction laser-matière dans les milieux transparents pour le cas des faisceaux de Bessel femtoseconde grâce au développement et à l'exploitation d'une expérience pompe-sonde interférométrique. Nous mesurons la dynamique du plasma via les modifications d'indice de réfraction qu'il induit, résolues dans le temps et l'espace. Les résultats préliminaires obtenus montrent que le plasma est confiné dans un rayon inférieur à un micron et que la densité du plasma approche de la densité critique pour une énergie proche du seuil de formation de nanocanaux. Dans un second axe, nous travaillons sur l'effet d'un alignement de nanocanaux sur la fracture d'échantillons de verre et les applications des faisceaux de Bessel pour le clivage du verre. Nous levons ici deux limites principales concernant la qualité de fracture, en optimisant le profil spatial du faisceau. Nous montrons que l'utilisation de faisceaux de Bessel elliptiques améliore considérablement la qualité de clivage pour les plaques de verre minces (150 µm), et nous établissons une preuve de principe de clivage du verre de grande épaisseur (10 mm) en un seul passage sous le laser grâce à l'utilisation d'un dispositif composé de 3 axicons
The use of ultrashort pulses for laser ablation allows for a precise energy deposition thanks to a highly confined laser-matter interaction. The non-linear effects causing this confinement are also usually responsible of beam profile distorsions along propagation and intensity instabilities. High cone angle Bessel beams have shown to be excellent candidates for dielectrics processing since they are robust to non-linear effects. In femtosecond regime, they are able to generate in single shot high aspect ratio nanochannels in transparent media. However the ablation dynamics and the coupling with the laser-induced plasma remain partially unclear in this case. The current model describing such interaction is uncompatible with experimental observations. This thesis investigates the laser-plasma interaction and follows two axes of work. First part is focused on the laser-plasma interaction characterization in transparent media and in the case of femtosecond Bessel beam, by developping and exploiting an interferometric pump-probe experiment. We measure the plasma dynamics through the plasma-related complex refraction index modifications, which we resolve in space and time. Preliminary results show a confined plasma (radius < 1 µm) in the transverse direction and whose density approaches the critical density for a pulse energy approaching the nanochannel formation threshold. In a second part, we investigate the effect of aligned nanochannels on the fracture ability of glass samples and its application to glass cleaving. Here we solve two limiting problems to high quality cleaving by spatial beam shape engineering: we demonstrate a signification improvement of 150 µm-thin glass cleaving by the use of elliptical-core Bessel beams; and we establish a proof of principle of 10 mm-thick glass single-pass cleaving thanks to a 3 axicons-based setup

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De, Anda Villa Manuel. "Dynamique structurelle induite par laser ultrabref sondée par spectroscopie des photoélectrons résolue en temps". Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS193.

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Abstract (sommario):

Ce travail est dédié à l’étude de la dynamique structurelle des métaux sous excitation laser femtoseconde en utilisant la technique de spectroscopie de photoémission résolue en temps (Tr-PES). Quand un matériau est irradié avec un pulse infrarouge bref, un régime hors-équilibre est établi entre les électrons chauds et le réseau atomique froid. La complexité de ce régime appelle des études expérimentales permettant d’améliorer notre connaissance des propriétés thermodynamiques des matériaux. Néanmoins, l’utilisation du diagnostic Tr-PES s’accompagne d’importants défis. Quand un métal est irradié avec un pulse laser très intense, des effets non-linéaires, comme l’ionisation multi-photonique, peuvent donner lieu à une émission de photoélectrons à des énergies cinétiques de dizaines d’eV. Le spectre, issu de l’impulsion pompe, peut masquer et déformer le spectre de photoélectrons de la sonde par interactions Coulombiennes, appelées « effet de charge-espace ». Pour surmonter cet effet, trois actions ont étés menées. Une ligne de lumière à 100 eV a été conçue et construite pour éviter la superposition des spectres pompe et sonde. L’effet de charge-espace a été étudié en profondeur de façon théorique et expérimentale. Enfin, l’émission issue de la pompe a été drastiquement réduite en ajustant judicieusement les paramètres expérimentaux. Cela nous a amené à réaliser des mesures Tr-PES de la dynamique structurelle sur des échantillons en cuivre en suivant l’évolution du spectre sonde de photoélectrons. Cette expérience démontre que la spectroscopie de photoémission résolue en temps est un diagnostic utile concernant l’étude des matériaux sous excitation intense
This work aims to study the lattice structural dynamics of metals under laser femtosecond excitation using time-resolved photoelectron spectroscopy (Tr-PES). When irradiated by short infrared laser pulses, the thermal out-of-equilibrium state established between hot electrons and a cold lattice rises specific dynamics where the thermodynamic properties of matter are still subject to debate. The theoretical description of highly excited materials is difficult and appeals new experimental results to improve the understanding of these physical processes and material properties. Nonetheless, important challenges arise from the use of Tr-PES. When metals are irradiated with strong femtosecond infrared laser pulses, non-linear effects, like multiphoton ionization, can take place and produce photoelectrons with tenths of eV of kinetic energy. This pump photoelectron background can conceal the probe-induced photoelectron spectrum, and perturb the probe spectrum via Coulomb interactions (called space-charge effect). To overcome these challenges three actions were carried out. We designed and built a 100 eV beamline to avoid the superposition between the pump background and the probe photoelectron spectrum. The pump/probe space-charge effect was extensively studied theoretically and experimentally. Finally, the pump photoemission was greatly reduced in our experiments by carefully tuning the experimental parameters. This led us to perform Tr-PES measurements on copper samples of the lattice structural dynamics following the evolution of the photoelectron spectrum. The experiment constituted a proof-of-principle of the Tr-PES technique to study materials under strong excitation

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Torresin, Olivier. "Etude comparée de l'émission d'électrons de nanopointes de tungstène et de diamant : émission de champ et photoémission induite par laser femtoseconde". Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30253.

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Abstract (sommario):

Cette thèse s'intéresse à l'émission d'électrons à partir de nanopointes métalliques et diélectriques sous illumination laser femtoseconde. Les différents types d'émission sont étudiés dans les cas spécifiques de nanopointes de tungstène et de diamant. Les nombreuses études précédentes sur le tungstène, permettent une comparaison des phénomènes d'émission bien connus, à ceux, nouveaux, observés dans le cas du diamant. Dans la première partie de l'étude, nous reprenons les résultats expérimentaux de l'émission statique et de la photoémission à partir de nanopointes de tungstène. Des simulations numériques, faites à partir d'un modèle à éléments finis (utilisant le logiciel commercial) COMSOL du dispositif expérimental, permettent un calcul des coefficients d'amplification statique et optique du champ électrique, due à la forme particulière de ces pointes. Les résultats sont alors comparés à des cartographies spatiales de l'émission, ce qui permet de conclure sur la relation directe entre la zone d'amplification du champ à l'apex de la pointe et la zone d'arrivée des électrons sur le détecteur. Dans la deuxième partie de l'étude, nous reprenons les études expérimentales faites sur le tungstène pour le cas du diamant. Les premières mesures de l'énergie des électrons mettent en évidence la présence d'une chute de tension le long de la pointe de diamant, venant de sa faible conductivité. Le courant de conduction des électrons dans la pointe est alors modélisé par un mécanisme Poole-Frenkel dépendant directement de cette chute de tension. Nous modélisons l'émission statique de ces pointes par un circuit électrique simple composé de deux résistances en série. Dans le régime de photoémission, induit par un laser femtoseconde, les résultats sont très différents du cas du tungstène. Les impulsions laser induisent l'émission d'électrons jusqu'à un courant de saturation tel que l'émission statique entre les impulsions disparait. Nous avons mesuré le temps nécessaire (de l'ordre de la microseconde) permettant à l'émission statique de réapparaitre entre les impulsions laser. Ces mesures sont interprétées par un effet capacitif de déplétion des charges disponibles pour la photoémission. En complétant le modèle électrique précédant avec l'ajout d'un condensateur, il est possible de modéliser quantitativement l'ensemble des résultats obtenus pour l'émission statique et la photoémission de nanopointe de diamant. La dernière partie de l'étude propose une introduction à la mesure du temps de vol et des statistiques temporelles des électrons émis. Nous présentons les changements opérés sur le dispositif expérimental afin de permettre de telles mesures ainsi que les résultats préliminaires obtenus sur une nanopointe de tungstène sous illumination laser
This thesis presents electron emission from metallic (tungsten) and dielectric (diamond) nanotips under femtosecond laser illumination. The behavior of DC emission and laser induced photoemission from tungsten nanotips has been widely studied and we use it to benchmark diamond measurements. In the first part, we study DC emission and photoemission from tungsten nanotips. Numerical simulations made from a finite element model (using COMSOL) of our experimental setup, allow the computation of static and optical field enhancement coefficients linked to the tip geometry. Results are compared with the spatial profile of electron emission, which links the field enhancement area at the tip apex and the electron detection area. In the second part, we study DC emission and photoemission from diamond nanotips. Electron energy measurements highlight the presence of a voltage drop along the diamond tip, due to the low conductivity of this material. Electron emission current inside the tip and at the apex obeys Poole-Frenkel conduction, coupled with Fowler-Nordheim field emission observed commonly for metallic surfaces. We propose a macroscopic model to combine conduction and emission mechanisms for DC emission. Under laser illumination, emission measurements are very different from the metallic case. Electron emission saturates under intense laser illumination. In this regime, we show that the DC current cannot reach its DC value between pulses. By lowering laser repetition rate, we are able to measure the dynamics of the DC current in between laser pulses. We adapt the DC macroscopic model for laser induced photoemission using an effective capacitance, and we show very good quantitative agreement with experimental measurement obtained on diamond nanotips. The last part is an introduction to electron time-of-flight measurements to measure the temporal statistics of electron arrival times. We present the modifications made on the experimental setup to be able to make these kinds of measurements, as well as preliminary results obtained on DC and laser-induced emission from tungsten nanotip

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Abajyan, Pavel. "Génération et contrôle de peignes de fréquences optiques dans les lasers à cascade d'interbande (ICL)". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. http://www.theses.fr/2024SORUS024.

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Abstract (sommario):

Les peignes de fréquence optique (OFC) sont des sources de lumière cohérente qui émettent un large spectre de modes discrets parfaitement espacés, chacun avec une fréquence absolue mesurable avec la précision d'une horloge atomique.Les OFC dans l'infrarouge moyen (MIR 3-12 μm) sont récemment devenus d'un grand intérêt pour la spectroscopie moléculaire par la présence de forte absorption des modes de vibration et de rotation moléculaires dans la région des "empreintes digitales" spectroscopiques. Néanmoins, le fonctionnement de l'OFC dans la région cruciale de l'infrarouge moyen (MWIR 3-6 μm) reste nettement sous-développé par rapport aux autres parties du MIR.Dans ce travail, nous présentons une étude expérimentale approfondie d'une nouvelle génération de laser à cascade interbande (ICL) et de leur potentiel pour les OFC dans MWIR. La thèse apporte la preuve du régime OFC à la fois par spectroscopie des battements (BN) à haute fréquence, et par la nouvelle technique de reconstruction temporelle de la dynamique ultrarapide de ces lasers, celle-ci permettant de "visualiser" le contrôle du type de fonctionnement de l'OFC dans les ICL. En particulier, a été effectuer la caractérisation opto-électrique d'un ensemble d'ICL avec une gamme de géométries, dans le but d'étudier les ICL à faible dispersion de retard de groupe (GDD) à des longueurs d'onde plus longues que celles étudiées auparavant: un ICL fonctionnant à 3.8 μm avec une architecture en 2-sections, des ICL fonctionnant à 4.1 μm, et une autre génération d'ICL fonctionnant à une longueur d'onde de 4.2 μm conçue avec un gain spectral large. La formation du régime OFC et le GDD sont liées et importantes pour comprendre les mécanismes fondamentaux de la formation de l'OFC. Les ICL ont été étudiés à l'aide de la spectroscopie BN optique et électrique. Les verrouillages de mode passif (PML) (ou fonctionnement libre) et actif (AML) ont été démontrés. Pour les ICL à 2-sections, où l'ICL est divisé en une partie longue et une partie courte pour une seule cavité, l'effet exact de la petite section sur le BN a été explicité: permets de (a) contrôler très finement le GDD intracavité, (b) introduire des pertes et montrant que l'on converge vers un comportement PML. Ce travail étend l'étude au cas des ICL fonctionnant à des longueurs d'onde plus longues dans une cavité à section unique et où le GDD est censé être inférieur.Pour un ICL à 4.1 μm, il est montré qu'un BN optique puissant peut être verrouillé par injection radiofréquence (RF) à la fréquence d'un aller-retour de l'ICL, premières étapes de AML. Ce verrouillage par injection a été réalisé à l'aide d'une architecture laser à 1-section avec une très faible GDD montrant ainsi que l'adaptation du guide d'onde ICL au fonctionnement RF n'est pas une exigence fondamentale.Dans sa dernière partie, la thèse montre la mise en œuvre de la technique "Shifted Wave Interference Fourier Transform Spectroscopy" (SWIFTS), utilisée selon deux configurations différentes, pour reconstruire le profil d'intensité temporel du laser à des échelles de temps ultrarapides. Cela démontre la nature des OFC générés dans ces ICL. L'ICL fonctionne en régime de modulation de fréquence (FM) lorsqu'il est en fonctionnement libre et transite vers un régime de modulation d'amplitude (AM) lorsqu'il est en régime AML en par injection RF. L'étude montre également que les ICL peuvent générer des impulsions courtes de ∼6.7 ps en fonctionnement libre, malgré leur caractère FM, et met en évidence le contrôle de la largeur d'impulsion et de l'intensité maximale via l'injection RF. Cela permet de compresser d'un facteur de 2.3 les impulsions libres pour obtenir des impulsions inférieures à 3 ps.Ces travaux constituent une étape importante dans la réalisation et le contrôle des OFC dans la région MWIR. Les perspectives sont d'élargir la bande passante spectrale des ICL et de générer des impulsions ultracourtes de haute puissance dans le MWIR et au-delà
Optical frequency combs (OFCs) are coherent light sources that emit a broad spectrum of discrete, perfectly spaced modes, each with an absolute frequency measurable with the precision of an atomic clock.OFCs in the mid-infrared (MIR 3-12 μm) have recently become of great interest to molecular spectroscopy by the presence of strong absorption of molecular vibration and rotation modes in the spectroscopic "fingerprint" region. Nevertheless, the operation of the OFC in the crucial mid-infrared region (MWIR 3-6 μm) remains significantly underdeveloped compared to other parts of the MIR.In this work, we present an in-depth experimental study of a new generation of interband cascade laser (ICL) and their potential for OFCs in MWIR. The thesis provides proof of the OFC regime both by high-frequency beatnote spectroscopy (BN), and by the new technique of temporal reconstruction of the ultrafast dynamics of these lasers, this making it possible to "visualize" the control of the type of operation of the OFC in ICL. In particular, was carried out the optoelectrical characterization of a set of ICLs with a range of geometries, with the aim of studying low group delay dispersion (GDD) ICLs at longer wavelengths than those previously studied: an ICL operating at 3.8 μm with a 2-section architecture, ICLs operating at 4.1 μm, and another generation of ICL operating at a wavelength of 4.2 μm designed with a wide spectral gain. OFC regime formation and GDD are linked and important for understanding the fundamental mechanisms of OFC formation. ICLs were studied using optical and electrical BN spectroscopy. Passive mode locking (PML) (or free running) and active mode locking (AML) were demonstrated. For 2-section ICLs, where the ICL is divided into a long part and a short part for a single cavity, the exact effect of the small section on the BN has been explained: allows to (a) control very finely the intracavity GDD, (b) introducing losses and showing that we converge towards PML behavior.This work then feeds into the case of ICLs operating at longer wavelengths in a single section cavity and where the GDD is expected to be less. In the particular case of the ICLs operating at 4.1 μm, we demonstrate a strong optical BN, which can be injection locked by radio frequency (RF) injection at the round trip frequency of the ICL, showing the first-steps of active modelocking. This injection locking was achieved using a simple single-section laser architecture with very low waveguide dispersion, and showing that adapting the ICL waveguide for RF operation is not a fundamental requirement. In the final part of the thesis, we show the implementation of the "Shifted Wave Interference Fourier Transform Spectroscopy" (SWIFTS) technique, used in two different configurations, to reconstruct the laser's temporal intensity profile at ultrafast timescales. This permits to demonstrate the nature of OFC generated in these ICLs. Indeed, we show that the ICL operates in the frequency modulation (FM) regime when free-running and transits towards an amplitude modulation (AM) regime when actively modelocked. Interestingly, we also show that ICLs can generate short pulses of ~6.7 ps in free-running operation, despite FM operation, and highlight the control of the pulse width and peak intensity via RF injection. This permits to compress the free-running pulses by a factor of 2.3 to obtain sub-3 ps pulses.This work constitutes an important step in the creation and control of OFCs in the MWIR region. The prospects are to broaden the spectral bandwidth of ICLs and generate high-power ultrashort pulses in the MWIR and beyond

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Liu, Xuan. "Investigation of the early time period of ultrafast magnetization dynamics". Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS146.

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Abstract (sommario):

Le but de mes recherches est d'étudier les premiers instants de la désaimantation ultrarapide dans divers matériaux ferromagnétiques (Co, Ni et Fe ...) en utilisant différentes méthodes expérimentales, pour obtenir un nouvel aperçu des mécanismes physiques sous-jacents. Plus précisément, les questions particulières qui m'ont motivé étaient: 1. Dans les alliages ferromagnétiques Fe et Ni, les deux éléments sont fortement couplés par l’interaction d'échange. Ce couplage influence-t-il le temps de désaimantation après excitation avec un laser femtoseconde? 2. Le transport de spin superdiffusif pourrait-il être observable entre les couches non-magnétiques (Pt) et magnétiques (Co) d’une multicouche Co/Pt ? 3. La dernière question concerne le passage entre un contrôle cohérent de l’aimantation avec des impulsions de grande longueur d’onde (THz) et une désaimantation incohérente provoquée par une excitation de plus courte longueur d’onde (IR)
The goal of my research is to investigate the early time period of the ultrafast demagnetization in various ferromagnetic materials (Co, Ni, and Fe…) by using different experimental methods, to obtain novel insight on the underlying physical mechanisms. More precisely, the particular questions that motivated me were: 1. In Fe and Ni ferromagnetic alloys, both elements are strongly coupled by exchange interaction. Does this coupling influence the time of demagnetization after pumping with a femtosecond laser? 2. Could the super-diffusive spin-transport be observable to explain the weak spin transport between the layers and the similar demagnetization curve in Co and Pt system? 3. The last question is around the different pump wavelength will truly affect the demagnetization behavior. In this thesis, several different results are clearly presented to try to find the answer of the questions above

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Canva, Michael. "Étude des propriétés optiques de molécules organiques encagées dans des matrices solides synthétisées par procede sol-gel. Applications : lasers accordables, mémoire optique". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 1992. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00713718.

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Abstract (sommario):

Ce mémoire est consacre a l'étude des propriétés optiques de molécules organiques encagées dans des matrices solides synthétisées par procede sol-gel. Nous montrons que de tels matériaux peuvent avoir des applications dans les domaines des lasers solides accordables et de l'optique non linéaire. Le procède sol-gel permet de transformer par polymérisation inorganique une solution réactionnelle appelée sol, en un gel solide poreux, appele xerogel. Le sol initial peut être dope avec des molécules organiques qui seront, après gélification, encagées dans les pores de la matrice solide hote. Ce procède étant très riche en possibilités de synthèse, nous avons pu étudier des xerogels de natures très diverses. Nous avons pu constater qu'une même molécule organique présente des comportements très différents suivant le type de matrice hote qu'elle dope. La nature des interactions entre les matrices solides hotes et les molécules organiques dopantes (rhodamines et triphénylméthanes) et leurs conséquences sur les propriétés de ces dernières ont été étudiées. Nous avons pu mettre en évidence deux paramètres de synthèse extrêmement importants quant a leurs conséquences sur le comportement des molécules encagées: d'une part la proportion d'eau présente dans le sol, et d'autre part, la nature de l'environnement initial du ou des atomes (ex: sio#2). C'est grâce a de nombreuses mesures d'optique linéaire et a leur interprétation que nous avons pu mieux comprendre la structure physico-chimique des xerogels dopes dont certains aspects ont, de surcroît, pu être modélises. Nous avons interprète en termes de viscosité apparente des résultats d'analyses temporelles de saturation d'absorption dans des xerogels dopes avec du vert de malachite. En ce qui concerne les applications, les travaux que nous avons effectues indiquent qu'il est possible de choisir le type de la matrice solide afin d'y retrouver les propriétés connues des molécules organiques en phase liquide. Des lasers solides accordables ont ainsi pu être développes. A l'inverse, il est également possible, en choisissant d'autres types de matrice, de synthétiser des matériaux aux propriétés originales. Nous avons ainsi réalise des xerogels dopes que nous avons dénommes optogels (optically active xerogels). Ces optogels constituent des mémoires optiques dont le comportement a été interprète en termes d'effet Kerr a mémoire

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Tran, Thomas. "Hybrid magnetic nanocomposites : growth, epitaxy and study of the magneto-optical properties". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS050.

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Abstract (sommario):

La magnétoplasmonique tire parti de l'amplification du champ électromagnétique, causée par l'excitation des plasmons à une interface ou des plasmons localisés dans un nano-objet, dans le but d'augmenter la réponse magnéto-optique d'un matériau. Cela encourage la croissance et la conception de nouveaux nanomatériaux hybrides, combinant propriétés plasmoniques et magnétiques. Dans ce contexte, ce travail a pour but la croissance et l'étude des propriétés de couches minces de nanocomposites verticalement alignés (VANs) d'Au-SrTiO3 et d'Au-Co0.8Ni0.2-SrTiO3. Les échantillons ont été élaborés par dépôt laser pulsé séquentiel, en tirant parti de la séparation de phase. La morphologie des VANs et la structure des couches minces ont été étudiées par une combinaison de microscopie et spectromicroscopie électroniques, et de diffraction des rayons X par rayonnement synchrotron, validant la possibilité de concevoir des nanofils hybrides composés d'une partie d'Au et d'une partie de Co0.8Ni0.2, et entourés d'une matrice de SrTiO3. Les mesures magnétiques montrèrent que la forte déformation axiale dans le Co0.8Ni0.2 cause l'amplification de l'anisotropie magnétique uniaxial via couplage magnéto-élastique. L'excitation des plasmons localisés fut démontré dans des couches minces d'Au-SrTiO3 par mesures optiques. Enfin, les dynamiques photo-induites de l'aimantation furent mesurées dans des couches minces hybrides d'Au-Co0.8Ni0.2-SrTiO3, par effet Kerr magnéto-optique résolu en temps. Ce travail de thèse est une étude préliminaire des dynamiques ultrarapides de l'aimantation dans des nanocomposites hybrides, et ouvre la voie à de futures recherches sur les phénomènes magnétiques photo-induits dans ces systèmes
Magnetoplasmonics leverages the enhancement of the electromagnetic field, caused by the excitation of plasmons at an interface or by localised plasmons in a nano-object, in order to increase the magneto-optical response of a material. This fosters the growth and design of novel hybrid nanomaterials, combining plasmonic and magnetic properties. In this context, this work aims at the growth and the study of the properties of Au-SrTiO3 and Au-Co0.8Ni0.2-SrTiO3 vertically aligned nanocomposite (VANs) thin films. The samples were grown by sequential pulsed laser deposition leveraging phase separation. The morphology of the VANs and the structure of the thin films were studied by a combination of electron microscopy and spectromicroscopy, and synchrotron x-ray diffraction, validating the possibility to fabricate hybrid nanowires made of two parts, Au and Co0.8Ni0.2, and embedded in SrTiO3. Magnetic measurements displayed a large axial strain in Co0.8Ni0.2, causing an enhancement of the uniaxial magnetic anisotropy through magneto-elastic coupling. The excitation of localised plasmons was demonstrated in Au-SrTiO3 thin films by optical measurements. Finally, photo-induced magnetisation dynamics were measured in hybrid Au-Co0.8Ni0.2-SrTiO3 thin films, using a pump-probe time-resolved magneto-optical Kerr effect set-up. This thesis work is a preliminary report of ultrafast magnetisation dynamics in hybrid nanocomposites, and paves the way for future studies of photo-induced magnetic phenomena in these systems

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Clergerie, Alex. "Modélisation de spectroscopie moléculaire par paquets d'électrons attosecondes". Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0243.

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Abstract (sommario):

Sur la base d'une approche numérique bien optimisée dans le cas atomique, on développe des simulations numériques de la génération d'harmoniques d'ordre élevé dans des molécules soumises à un champ laser intense et bref. Dans ce processus, un paquet d'onde électronique issu de l'ionisation vient, guidé par le champ, sonder la cible moléculaire à l'échelle attoseconde. Nous avons développé un modèle semi-classique dans lequel l'ionisation et la propagation de l'électron dans le continu sont traitées classiquement en termes de trajectoires électroniques, tandis que la photorecombinaison est décrite quantiquement. Nous présentons la méthodologie que nous avons mise en place, et son application à la génération d'harmoniques dans les molécules d'eauen phase gazeuse. Après des simulations dans lesquelles les molécules sont figées à leur géométrie d'équilibre tout au long de l'interaction, l'effet de la vibration nucléaire entre ionisation et recombinaison est explicitement pris en compte. Notre modèle fournit une description quantitative du processus de génération, associée à une image intuitive inhérente à la description classique de la dynamique électronique
On the basis of previous numerical simulations for atomic targets, we develop a model to describe high-orderharmonic generation in molecules subjected to short and intense laser pulses. In this process, anelectron wavepacket launched through ionization is driven by the field and comes back to the molecular ioniccore that it probes on the attosecond timescale. Our model, to which we refer to as molCTMC-QUEST,describes ionization and electron propagation into the continuum classically, in terms of electron trajectories, while photorecombination is described quantum mechanically. We present the methodology that wehave built, and we later apply it to harmonic generation in water molecules. After simulations in which themolecules remain frozen in their equilibrium geometry throughout the interaction, we explicitly take intoaccount nuclear vibration between ionization and recombination. molCTMC-QUEST provides a quantitativedescription of the generation process combined with an intuitive picture of the interaction inherent in theclassical description of electron dynamics

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Colombier, Jean-Philippe. "Théorie et simulation de l'interaction des impulsions laser ultracourtes à flux modéré avec un solide métallique". Phd thesis, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011110.

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Abstract (sommario):

Les systèmes laser ultracourts concentrent une énergie de quelques microjoules dans une impulsion d'une centaine de femtosecondes, de telle sorte que les intensités atteignent 10^12 à 10^15 W/cm^2. Lors de l'irradiation d'un métal, la matière est éjectée du milieu d'origine avec une très grande précision, ce qui confère au système des qualités indéniables pour des applications industrielles. Dans ce travail, nous avons adopté une démarche théorique en proposant une modélisation et une simulation des effets engendrés par ce type d'impulsion.

La mise en mouvement ultrarapide des électrons libres insuffle une dynamique puissante de destruction du métal. Des modèles optiques, thermiques et hydrodynamiques adaptés, réalisant la transition entre l'état dégénéré de la matière condensée vers un régime plasma chaud non-dégénéré, sont ici développés. Nous les avons insérés dans un code Lagrangien de simulation hydrodynamique. Nous montrons que des états thermodynamiques extrêmes, hors d'équilibre, peuvent être engendrés et nous avons comparé les taux d'ablation obtenus aux résultats d'expérience.

Une conductivité électrique hors d'équilibre est également développée afin de rendre compte des effets produits par la dynamique électronique sur les propriétés d'absorption optique. Plusieurs types d'expériences numériques, impliquant notamment des dispositifs pompe-sonde, sont ensuite exposés afin d'améliorer notre compréhension des processus de transport (électron-électron et électron-phonon) dans ce régime. Nous avons enfin appliqué cette modélisation aux effets produits par une impulsion mise en forme temporellement afin d'optimiser les expériences d'ablation.

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Fourmaux, Sylvain. "Étude de la transition de phase ultra rapide solide/liquide d'un semi conducteur par diffraction X femtoseconde". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2002. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00612715.

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Abstract (sommario):

Ce travail de Thèse est lié à l'émergence d'un nouvel axe scientifique de recherche : la science X ultrarapide. La recherche effectuée dans les communautés des lasers intenses et des accélérateurs (synchrotrons) met en évidence une nouvelle génération d'outils associés au rayonnement X, les sources X ultrabrèves. Ces nouvelles sources de durée d'impulsion d'une centaine de femtosecondes (1 fs = 10e-15 s) devraient avoir un impact formidable, par exemple, dans l'étude de la dynamique atomique qui est actuellement limitée à plusieurs dizaines de picosecondes (1 ps = 10e-12 s). Cette thèse présente la première expérience d'application de ces sources X ultrabrèves qui utilisent le rayonnement X produit par l'interaction d'un laser intense avec une cible solide (source laser/plasma). La transition de phase solide/liquide ultrarapide d'un semi conducteur a été mise en évidence et caractérisée à l'aide de la technique de diffraction X résolue en temps. L'analyse des résultats expérimentaux a été effectuée à l'aide d'un modèle simple de l'interaction laser semi conducteur reposant sur une extrapolation du modèle de Drude pour un régime à haute densité de porteurs (10e22 /cm3).

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Callenaere, Mathieu. "Étude physique des poches de cavitation partielle en écoulement interne". Grenoble INPG, 1999. http://www.theses.fr/1999INPG0090.

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Abstract (sommario):

Les ecoulements cavitants peuvent etre le siege de diverses instabilites. La presente etude est relative a l'instabilite due au developpement d'un jet rentrant a l'arriere des poches de cavitation partielle. Dans ce cas, la cavite presente un comportement oscillatoire conduisant a des lachers periodiques de nuages de vapeur. Cette instabilite est analysee experimentalement dans le tunnel hydrodynamique du legi. La configuration est de type marche divergente vers l'aval de hauteur et d'angle de divergence reglables. L'ecoulement peut etre confine grace a une plaque mobile situee au-dessus de la marche. Les divers regimes de cavitation et en particulier le domaine de la cavitation pulsante sont identifies a partir de visualisations et par cinematographie rapide. L'anemometrie laser est utilisee pour qualifier les ecoulements subcavitants et cavitants et estimer le gradient de pression. Une technique de mesure par sonde ultrasonore est developpee pour mesurer l'epaisseur du jet rentrant. Le contenu en frequences et le nombre de strouhal caracteristique de cette instabilite sont determines a partir de capteurs de pression fluctuante en paroi. Cette etude met en evidence le role fondamental du gradient adverse de pression et de l'epaisseur de la cavite sur la dynamique des poches de cavitation partielle. Un gradient adverse de pression favorise le developpement d'un jet rentrant en fermeture de cavite. Dans le cas de poches relativement epaisses par rapport au jet rentrant, l'ecoulement a contre-courant donne naissance a des lachers periodiques alors que les cavites plus minces ont un comportement plus stable.

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Elias, Philippe. "Structure spatio-temporelle de la matière éjectée par une surface soumise a une onde de choc". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 1988. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00716490.

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Abstract (sommario):

Développement de diagnostics expérimentaux permettant d'étudier les masses éjectées obtenues a partir de défauts de surface reparties ou localises. Evaluation de la masse éjectée en fonction de la vitesse des particules moyennant l'hypothèse du transfert inélastique de la quantité de mouvement entre l'éjecta et une cible mince placée initialement devant la surface libre et dont on suit la vitesse par interférométrie doppler laser. Etude de la structure spatiale des éjecta au moyen d'un générateur de rayons-x pulse et de l'évolution des contours a l'aide d'une camera ultrarapide a images intégrales. Elaboration d'un modèle.

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Ducousso, Mathieu. "Acoustique picoseconde dans une cellule biologique individuelle". Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00537030.

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Abstract (sommario):

L'acoustique picoseconde est une technique qui permet de générer et de détecter des ondes acoustiques de longueur d'onde submicrométrique par l'utilisation d'impulsions lumineuses ultrarapides (100 fs). Si la technique commence à être appliquée industriellement pour le contrôle non-destructif de films solides micrométriques, comme les microprocesseurs, très peu d'études concernent son application aux milieux liquides ou mous, malgré son potentiel unique pour les mesures acoustiques très hautes fréquences (supérieur à la dizaine de GHz). Ce travail de thèse dresse un premier panorama d'applications possibles de la technique d'acoustique picoseconde pour l'étude d'une cellule biologique unique, dont l'épaisseur peut être d'une centaine de nanomètres à quelques micromètres. Les résolutions atteintes permettent des applications pour l'imagerie et la tomographie acoustique d'une cellule unique par la détermination locale de ses propriétés physiques. Un modèle de simulation analytique est développé pour aider à la compréhension des signaux détectés et pour la résolution du problème inverse. La génération acoustique est simulée en résolvant les équations couplées de diffusion de la chaleur et de la propagation acoustique. La détection optique est ensuite étudiée en résolvant l'équation de Maxwell où les phénomènes thermiques et acoustiques perturbent l'indice optique du matériau. Pour les besoins expérimentaux, une enceinte biologique, étanche et thermostatée, est conçue. De même, le montage laser est adapté pour permettre une détection bicolore de l'onde acoustique se propageant dans la cellule. Enfin, un microscope combinant la visualisation des cellules par épifluorescence au dispositif laser expérimental est développé. Ce dernier permet de localiser précisément les éléments subcellulaires de la cellule, pour ensuite les étudier par acoustique picoseconde. La démonstration du potentiel de la méthode pour l'imagerie cellulaire et l'évaluation de sa sensibilité est faite sur cellule végétale. Ensuite, une mesure quantitative des propriétés viscoélastiques de cellules ostéoblastes (MC3T3-E1), adhérentes sur un matériau mimant une prothèse de titane, est réalisée. Puis, l'effet du peptide RGD et de la protéine BMP-2 sur les propriétés viscoélastiques de la cellule ostéoblaste est quantifié. Ce travail est réalisé en partenariat avec une équipe de recherche en bio-ingénierie et reconstruction tissulaire, l'U577.

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Merhe, Alaa el dine. "Ultrafast modification of the magnetic anisotropy in a CoTb alloy". Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS143/document.

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Abstract (sommario):

Dans cette thèse, nous rapportons l'évolution temporelle du premier et du troisième ordre de la diffusion magnétique d'un film CoTb amorphe après une excitation femtoseconde. Ces résultats sont obtenus en appliquant une diffusion résonnants de rayons X aux petits angles au seuil d'absorption magnétique de Co M3 via des expériences de pompe sonde répétitives. Une différence de comportement entre le premier et le troisième ordre de diffusion a été observée après 3,5 ps, où une seconde baisse de l'intensité du troisième ordre apparaît. En utilisant des modèles appropriés, nous montrons que cette différence est due à une augmentation de la largeur de la paroi du domaine séparant deux domaines opposés. Nous supposons que cet élargissement de la paroi est généré par une variation de l'anisotropie uniaxiale hors plan due au réchauffement thermique du réseau par l'impulsion laser femtoseconde. Cette interprétation est vérifiée en mesurant l’anisotropie uniaxiale en fonction de la température de chauffage en effectuant des mesures statiques SQUID-VSM
In this thesis, we report the time evolution of first and third order of magnetic scattering from an amorphous CoTb film after a femtosecond excitation. These results are obtained by applying a resonant small angle X ray scattering at the Co magnetic absorption edge M3 via a repetitive pump probe experiments. Difference in behaviours between the first and third scattering orders was observed after 3.5 ps where a second drop of the third order intensity appears. Using suitable models, we show that this difference is due to an increase of the domain wall width separating two opposite domains. We suppose that this wall broadening is generated by the variation of the out of plane uniaxial anisotropy due to the thermal heating of the lattice by the femtosecond laser pulse. This interpretation is verified by following the uniaxial anisotropy as function of the heating temperature by doing static SQUID-VSM measurements

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Scheid, Philippe. "Investigation of light–induced ultrafast magnetization dynamics using ab initio methods". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0166.

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Abstract (sommario):

Cette thèse commence par une revue de l’état actuel de l’expérimentation et de la théorie liées à la désaimantation ultrarapide induite par de la lumière, ainsi qu'au retournement tout optique dépendant de l'hélicité. Ceci est suivi d’un aperçu de la théorie de la fonctionnelle de la densité, sur laquelle repose la plupart des travaux rapportés par la suite. La première partie des résultats concerne l’étude de l’effet d’une élévation de la température électronique sur les propriétés de la matière aimantée, et plus précisément Ni, Co, Fe et FePt. Nous montrons que le moment magnétique de chaque atome disparaı̂t à la température de Stoner, et que, de manière plus générale ce phénomène impacte l’énergie électronique et la chaleur spécifique, même à basse température électronique. Ensuite, nous montrons que lors d’une augmentation de la température électronique, l’échange interatomique d’Heisenberg, responsable de l’ordre magnétique, diminue. En utilisant l’équation de Landau–Lifshitz–Gilbert atomistique, nous démontrons que cette diminution est suffisante pour induire une forte réduction de l’aimantation moyenne en créant des excitations transversales. La deuxième partie des résultats concerne l’origine de la dépendante en l’hélicité de la dynamique induite par la lumière. Alors que la littérature l’attribue principalement à l’effet Faraday inverse, nous soutenons qu’un autre phénomène, se produisant lors de l’absorption de la lumière, peut rendre compte de la dynamique expérimentale. En effet, lorsque la lumière est absorbée et que les électrons sont excités, le couplage spin–orbite permet la modification de l’état de spin. Il en résulte un changement de la valeur des moments magnétiques atomiques, persistant même après la disparition de la lumière, par opposition à l’effet Faraday inverse. Ensuite, en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps, nous calculons la dynamique de l’aimantation induite par de véritables impulsions femtosecondes polarisées circulairement dans le domaine optique et XUV. Dans les deux cas, la dynamique est dépendante de l’hélicité. Cette caractéristique est largement amplifiée dans le régime XUV impliquant les états de semi–coeur 3p. Enfin, nous comparons le rôle relatif de l’effet Faraday inverse et de l’aimantation induite lors de l’absorption de la lumière et montrons que cette dernière joue un rôle prépondérant, surtout après la disparition de la lumière et en régime XUV
This thesis begins with a review of the current experimental and theoretical state of the art related to the light-induced ultrafast demagnetization and the all-optical helicity-dependent switching. This is followed by an overview of density functional theory, upon which relies most of the work reported thereafter. The first set of results concerns the ab initio study of the effect of a rise in the electronic temperature on the magnetized matter properties, and more specifically Fe, Co, Ni and FePt. We show that the magnetic moment carried by each atom disappears at the so–called Stoner temperature, and that this phenomenon impacts the electronic energy and specific heat, even at low electronic temperature. Then, we show that upon an increase in the electronic temperature, the interatomic Heisenberg exchange, which is responsible for the magnetic ordering, decreases. Using the atomistic Langevin Landau–Lifshitz–Gilbert equation, we demonstrate that this decrease is enough to induce a large reduction of the average magnetization by creating transversal excitations. The second set of results regards the origin of the helicity–dependent light–induced dynamics. While the literature attributes it mainly to the inverse Faraday effect, we argue that another and novel phenomenon, which occurs during the absorption of the light, may be more suited to account for the experimental dynamics. Indeed, using the Fermi golden rule and ground state density functional theory calculations in Fe, Co, Ni and FePt, we show that, as the light is absorbed and electrons are excited, concurrently to the increase of the electronic energy, the spin–state is also changed in presence of spin–orbit coupling. This results in a difference in the value of the atomic magnetic moments, persisting even after the light is gone, as opposed to the inverse Faraday effect. Then, using real–time time–dependent density functional theory, we compute the magnetization dynamics induced by real optical and XUV femtosecond circularly polarized pulses. We show that, in both cases the dynamics is helicity–dependent and that this characteristic is largely amplified in the XUV regime involving the semi–core 3p states. Finally, we compare the relative role of the inverse Faraday effect and the magnetization induced during the absorption of the light and show that the latter plays a prominent role, especially after the light has gone, and in the XUV regime

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"Impulsions d'électrons relativistes ultrarapides à l'aide d'un schéma d'accélération par laser dans le vide". Thesis, Université Laval, 2006. http://www.theses.ulaval.ca/2006/23911/23911.pdf.

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Tesi sul tema "Lasers ultrarapides"

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