Tesi: "Photonique dans le moyen infrarouge"

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

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Abstract (sommario):

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

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Dory, Jean-Baptiste. "Matériaux chalcogénures innovants pour l’optique non linéaire intégrée dans le moyen infra rouge". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCK075.

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Abstract (sommario):

Élaborer et caractériser de nouvelles compositions de matériaux chalcogénures présentant des effets non linéaires pour l'optique intégrée et réalisation de guides d'onde à faible pertes de propagation
Elaboration and characterization of new compositions of chalcogenide materials exhibiting nonlinear effects for integrated optic applications and fabrication of low-loss waveguides

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Heidmann, Samuel. "Composants actifs en optique intégrée pour l'interférométrie stellaire dans le moyen infrarouge". Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENT096/document.

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Abstract (sommario):

L'observation d'exoplanètes et plus généralement de l'environnement proche de jeunes étoiles représente une double difficulté observationnelle : la faible séparation angulaire entre l'étoile et la planète (ou son environnement tel qu'un disque protoplanétaire) et le contraste de flux. L'une des techniques permettant de surmonter ces difficultés est l'interférométrie en frange noire. Deux télescopes pointent un système étoile planète/disque et les pupilles sont recombinées de telle manière que les photons issus de l'étoile interfèrent destructivement alors que ceux issus de la planète/disque interfèrent constructivement. Les contraintes instrumentales sont très fortes pour garantir une extinction suffisante de l'étoile, tant en terme de différence de marche optique (de l'ordre du nanomètre) que d'équilibre photométrique (4% minimum pour obtenir un taux d'extinction de 40dB). La bande L (3.4 - 4.1μm) est adaptée à l'observation de matière froide, car le rapport de flux entre la planète (ou poussière stellaire) et son étoile présente un minimum de l'ordre de 10−4 après 3μm, ce qui rend la bande L particulièrement attractive pour ce genre d'observations. Parce que les silicates et le verre ne permettent pas de construire des guides atteignant la bande L, il n'existe pas aujourd'hui d'instrument mature fonctionnant dans cette bande en optique intégrée. En effet, les contraintes instrumentales concernant l'interférométrie annulante peuvent être relaxées en utilisant un interféromètre intégré monomode, grâce au filtrage modal. Un instrument interférométrique intégré en bande L serait donc le bienvenu, mais cela nécessite un effort technologique de développement pour mettre au point une méthode de production de guides monomodes en bande L ainsi que de recombineurs intégrés. Mon travail de thèse a consisté à développer de tels guides d'onde ainsi que des recombineurs permettant d'obtenir un taux d'extinction de 10−4 sur la bande L. Le matériau choisi est le Niobate de Lithium (LiNbO3) dont la transparence en infrarouge moyen en fait un parfait candidat. Nous avons utilisé deux méthodes pour fabriquer les guides : l'échange protonique et la diffusion de Titane. Cette dernière méthode permet de guider les deux polarisations T E et T M . Comme le Niobate de Lithium est électro-optique, nous avons aussi travaillé à piloter le retard de phase entre les voies interférométriques de manière intégrée, sans pièce mécanique mobile, en appliquant un champ électrique au niveau du guide via des électrodes "on chip". L'effet électro-optique nous permet non seulement de faire varier la différence de marche entre les voies mais aussi de régler l'équilibre photométrique, ouvrant la voie à la réalisation d'un interféromètre intégré complet, léger, compact et robuste. J'ai donc cherché à caractériser et optimiser l'efficacité électro-optique du système afin d'obtenir une tension de commande inférieure à 15V. Le résultat est un interféromètre de type Y présentant deux Mach-Zehnders en entrée pour le réglage des photométries et offrant un taux d'extinction de 33dB en lumière monochromatique à 3.39μm. Le pilotage électro-optique étant très rapide (> MHz), il devient alors possible de compenser les perturbations de phase induites par l'atmosphère (1kHz) en temps réel. Nous avons ainsi travaillé à construire un démonstrateur qui permet de compenser des retards de phases de l'ordre du kHz sans pièce mobile, garantissant, à 3.39μm, une différence de marche de l'ordre de 3nm. Nous avons aussi réalisé des coupleurs directionnels dont le taux de couplage peut être modulé via une tension de commande. L'application directe de cette technologie est un composant interférométrique 2TABCD ou 3TAC dont les défauts (déséquilibre des coupleurs) peuvent être corrigés par calibration
The observation of exoplanets and more generally of the close environment of young stars represents an observational double difficulty : the small angular separation between the star and the planet (or its environment such as a protoplanetary disk) and contrast flux. One technique to overcome these difficulties is the nulling interferometry. Two telescopes target a star planet/disk system and the pupils are recombined in such a way that the photons from the star cause destructive interference while those from the planet/disk cause constructive interference. Instrumental constraints are very strong to ensure sufficient extinction of the star, both in terms of optical path difference (of the order of nanometers) than photometric balance (4% for a minimum extinction ratio 40dB). L-band (3.4-4.1μm) is adapted to the observation of cold matter, because the flux ratio between the planet (or star dust) and the star presents a minimum of 10−4 order after 3μm, making the L-band particularly attractive for such observations. Because silicates and glass are not suitable to build guides reaching the L-band, there is currently no mature instrument in this band in integrated optics. Indeed, instrumental constraints on nulling interferometry can be relaxed by using a single-mode interferometer integrated, thanks to modal filtering. An interferometric instrument integrated L-band would be more than welcome, but needs a technology development effort to develop a method of producing L-band single-mode guides as well as integrated beam combiners. My PhD work was to develop such single mode waveguides as well as beam combiners in order to ob- tain an extinction ratio of 10−4 in the L-band. The selected material is lithium niobate (LiNbO3), the mid-infrared transparency makes it a perfect candidate. We used two methods to make the guides : proton exchange and Titanium diffusion. This latter allows to guide both TE and TM polarizations. As Lithium Niobate is electro-optic, we also worked to internally control the phase delay between channels without mobile mechanical part, applying an electric field at the guide via electrodes "on chip". The electro-optical effect allows us to not only vary the optical path delay between channels but also to settle the photometric balance, paving the way towards the realization of an integrated complete interferometer, lightweight, compact and robust. I therefore sought to characterize and optimize the electro-optical efficiency of the system to obtain a command voltage lower than 15V. The result is a "Y" interferometer presenting two Mach-Zehnders as input for photometric adjustment and offering an extinction ratio of 33dB in monochromatic light (3.39μm). Because the electro-optical drive is very fast (> MHz), it becomes possible to compensate for the phase perturbations induced by the atmosphere (1kHz) in real time. We have worked to build a demonstrator which compensates phase delays of the order of kHz without mechanical mobile part and which guarantees, at 3.39μm, an optical path delay around 3nm. We also realized directional couplers whose coupling ratio can be adjusted via a control voltage. The direct application of this technology is an interferometric component 2TABCD or 3TAC whose defects (unbalanced couplers) can be electrically corrected by calibration

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Chastanet, Daniel. "Nouvelles sources compactes dans le moyen-infrarouge : Lasers à cascade quantique au-delà de 16 microns et LED électroluminescentes en régime de couplage fort". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS143/document.

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Abstract (sommario):

Le lointain infrarouge (16 µm < λ < 30 µm) est un domaine important pour des applications telles que la détection de large molécules organiques (dont les empreintes d'absorption tombe dans cette gamme de longueur d'onde) et pour la radio-astronomie (oscillateurs locaux pour la détection hétérodyne). Malheureusement, cette fenêtre de transparence atmosphérique, communément appelé la 4eme fenêtre de transparence, est un domaine quasi inexploré.Les LCQ sont des sources de lumière cohérentes, couvrant une gamme allant du moyen infrarouge jusqu'au THz, basées sur l'ingénierie de structures de bandes de matériaux semi-conducteurs. Ils démontrent d'excellentes performances dans le domaine du proche infrarouge mais leur efficacité diminue dans la 4ème fenêtre et au-delà.L'un des buts de cette thèse est le développement d'une nouvelle génération de LCQ capable de couvrir cette zone spectral avec de bonnes performances, en terme de puissance de sortie du dispositif et de température maximale d'opération. Un point clé dans cette optique est l'utilisation d'un nouveau système de matériaux pour ces longueurs d'onde : l'InAs/AlSb. L'avantage de cette solution réside dans sa très faible masse effective : 0,023 m0 (comparée à 0,043 m0 dans les puits d'InGaAs), qui permet d’obtenir un gain plus élevé, résultant dans l'amélioration significative des performances.Une autre approche fondamentalement différente réside dans le régime de couplage fort. L'utilisation d'un temps caractéristique ultra-rapide, associé aux oscillations de Rabi, peut permettre dans un premier temps de réaliser des sources électroluminescentes avec un meilleur rendement quantique (comparé à une transition inter-sous-bandes nue). Les pseudos particules qui découlent du régime de couplage fort dans les transitions inter-sous-bandes (appelés polaritons inter-sous-bandes) peuvent sous certaines limites se comporter comme des bosons. On entrevoit alors la possibilité de réaliser des sources cohérentes basées sur la relaxation d'un condensat polaritonique
The far infrared (16 µm < λ < 30 µm) is an important area for applications such as detecting wide organic molecules (whose absorption fingerprints falls in this wavelength range) and for radio-astronomy (local oscillator for the heterodyne detection). Unfortunately, the atmospheric transparency window, commonly called the 4th transparency window is almost unexplored.QCL are coherent light sources, covering a range from infrared to THz, based on the engineering of band structures of semiconductors. They have excellent performances in the mid infrared but their effectiveness diminishes in the 4th window and beyond.One aim of this thesis is the development of a new generation of QCL able to cover this spectral region with good performance in terms of output power and maximum operating temperature. A key point in this context is the use of a new material system for these wavelengths: InAs / AlSb. The advantage of this solution is its very small effective mass : 0.023 m0 (compared to 0.043 m0 in the InGaAs wells), which provides a higher gain, resulting in significant performances improvement.Another fundamentally different approach lies in the strong coupling regime. Using an ultra-fast characteristic time associated with Rabi oscillations, can allow the realization of emitting sources with improved quantum efficiency (compared to an bare inter-subband transition). pseudo particles arising from the strong coupling regime in the inter-subband transitions (called polaritons inter-sub-bands) may under certain limits behave as bosons. One then sees the possibility of coherent sources based on the relaxation of a polariton condensate

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Ghosh, Amar Nath. "Design, simulations et expériences de génération de supercontinuum dans l'infrarouge moyen dans des fibres à cristaux phoniques en verre souple". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. http://www.theses.fr/2020UBFCD035.

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Abstract (sommario):

Cette thèse de doctorat, financée dans le cadre d’un projet Européen Marie-Curie H2020 SUPUVIR, porte sur la conception et la fabrication de nouvelles fibres optiques de verres infrarouges permettant de produire un large spectre d’émission dans l’infrarouge moyen par génération de supercontinuum. Les applications couvrent la spectroscopie, la détection optique d’espèces chimiques et moléculaires, le traitement des matériaux et l'imagerie biomédicale. Plusieurs fibres optiques avec différents structures photoniques et différent matériaux infrarouges ont été réalisées et étudiées. En collaboration avec l'Institut de technologie des matériaux électroniques à Varsovie, nous avons dans un premier temps développé des fibres microstructurées en verre d’oxyde de métal (PBG81) et nous avons démontré avec ces fibres la génération efficace de supercontinuum de 0.89 µm à 2.5 µm, limité par l’absorption du verre. Ensuite, nous avons conçu en partenariat avec l’Université de Rennes et l’Université Technique du Danemark des fibres microstructurées à base de verres chalcogénures (As38Se62) avec un maintien de la polarisation. Ces fibres ont permis de générer un supercontinuum de 3.1 à 6 µm linéairement polarisé. Les capacités de tenue à la puissance laser de ces fibres chalcogénures ont été également analysées. Afin d’étendre cette bande d’émission, des fibres étirées en verre Ge10As22Se68 à très petit cœur ont été ensuite réalisées. Enfin, nous avons développé un système compact comprenant une série de fibres de silice, de verre fluoré, et de verre chalcogénure, pompé par un laser à fibre à 1.55 µm, et permettant d’étendre la gamme d’émission de 2 à 10 µm. Ces travaux de recherche constituent ainsi une étape importante vers le développement de sources fibrées, stables et compactes pour diverses applications dans l’infrarouge moyen
This doctoral thesis, funded within the framework of a European Marie-Curie H2020 SUPUVIR project, focuses on the design and fabrication of new photonic crystal fibers from infrared soft glasses making it possible to produce a wide emission spectrum in the mid-infrared (IR) wavelength region through generation of supercontinuum (SC). Applications of mid-IR SC sources cover infrared spectroscopy, optical detection of chemical and molecular species, materials processing, and biomedical imaging. An alternative to conventional thermal light sources, mid-IR sources have broad spectral bandwidth like a lamp or Globar and high brightness, which is more than 20 times of the sun focussed in a small spot similar to a laser. Several optical fibers with different photonic structures and different soft glasses have been produced and studied. In collaboration with the Institute of Electronic Materials Technology in Warsaw, heavy metal-oxide glass (PBG81) microstructured fibers were first developed and with these fibers we demonstrated the efficient generation of SC from 0.89 to 2.5 µm, limited by the absorption of the glass. Then, in partnership with the University of Rennes and the Technical University of Denmark, we fabricated microstructured fibers based on chalcogenide glasses (As38Se62) with polarization-maintaining property. These fibers have made it possible to generate a linearly polarized 3.1 to 6 µm supercontinuum. SC bandwidth was further extended between 1 µm and 7.4 µm in taper fibers produced from Ge10As22Se68 glass. The laser power handling capacities of these chalcogenide fibers were also analyzed. Finally, we have developed a compact mid-IR SC system using a fiber cascade comprising of silica, fluoride, and chalcogenide fiber, pumped by a fiber laser at 1.55 µm, and making it possible to extend the emission range from 2 to 10 µm. This research work thus constitutes an important step towards the development of stable and compact fiber SC sources for various applications in the mid-infrared

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Moreau, Virginie. "Etude du confinement optique dans les lasers à cascade quantique et applications à la détection". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00350075.

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Abstract (sommario):

Depuis 1994, les lasers à cascade quantique se sont imposés comme la source laser à semiconducteur de choix dans le domaine du moyen et du lointain infrarouge. Comme la plupart des molécules chimiques possèdent des bandes d'absorption entre les niveaux de rotation-vibration qui se situent dans le moyen infrarouge, les lasers à cascade quantique sont particulièrement adaptés aux applications telles que la spectroscopie, la détection de gaz à l'état de traces ou l'imagerie médicale. Une des voies de recherche actives est aujourd'hui leur optimisation en vue de leur miniaturisation et de leur intégration dans des microsystèmes de détection.
Ce travail de thèse présente l'étude et l'optimisation du confinement optique vertical dans des hétérostructures lasers à cascade quantique épitaxiées sans couche de confinement supérieure. Ces structures sont intéressantes puisqu'elles sont adaptées à la fois au guide à plasmons de surface et au guide avec un confinement par air. En menant une étude approfondie de la répartition du mode optique et du courant électrique, nous avons conçu des structures originales qui ouvrent notamment de nouvelles perspectives sur l'utilisation de ces lasers pour la détection de fluides. Nous avons également montré que l'observation par microscopie en champ proche est un outil précieux pour la caractérisation et la compréhension des lasers à cascade quantique. Finalement, nous posons les bases nécessaires à la réalisation de matrices de lasers monomodes, utilisant la technologie des cristaux photoniques.

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Viallon, Maud. "Réalisation et caractérisation de membranes polymères microstructurées capables de moduler leurs propriétés de réflexion dans le domaine du moyen infrarouge : application aux textiles pour le confort thermique". Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10105.

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Abstract (sommario):

L’objectif de cette thèse est la fabrication de membranes polymères pouvant être complexées à un textile pour améliorer le confort thermique ressenti. Celles-ci doivent être capables de moduler dynamiquement leurs propriétés optiques dans le moyen infrarouge (MIR) en fonction de leur environnement.La première partie de ce travail présente les notions théoriques liées au confort thermique et mécanismes physiques de transferts hydrique et thermique à travers les membranes textiles. Un état de l’art permet d’identifier les technologies existantes. Il introduit le concept des cristaux photoniques et leur application dans le MIR. Un cahier des charges pour la conception d’une membrane polymère structurée utilisant le principe des cristaux photoniques pour moduler l’interaction du rayonnement thermique humain est établi.La seconde partie de ce travail décrit la méthode de simulation FDTD utilisée pour prédire les propriétés optiques de membranes micro-structurées en fonction de leur géométrie. Une première réalisation en silicium polycristallin a permis de valider le calibrage du modèle numérique et le protocole de caractérisation infrarouge. Le procédé de fabrication utilise les technologies de salle blanche issues de la microélectronique et des microsystèmes.La dernière partie de ce travail est consacrée à l’étude FDTD de membranes polymères microstructurées à partir du modèle ‘in-silico’ calibré. Elle permet de définir des paramètres géométriques permettant de moduler la réflexion des infrarouges ayant une longueur d’onde entre 5 et 15 microns. Un procédé de fabrication est développé qui permet de réaliser des membranes structurées autosupportées aux dimensions appropriées
The goal of this thesis is the manufacturing of polymer membranes that can be complexed to a textile to improve the thermal comfort felt. They must be able to dynamically modulate their optical properties in the mid-infrared (MIR) according to the environmental conditions.The first part of this work presents the theoretical notions related to thermal comfort and both physical mechanisms hydric and thermal transfers through the textile membranes. A state of the art makes it possible to identify the existing technologies. The concept of photonic crystals and their application in the field of infrared medium are presented. This part ends with the establishment of specifications for the design of a structured polymer membrane using the principle of photonic crystals to modulate the interaction of human thermal radiation.The second part of this work describes the method of finite differences in time domain simulation (FDTD) used to predict the optical properties of micro-structured membranes as function of their geometric characteristics. A first realization in polycrystalline silicon authorizes the validation of the numerical model calibration as well as the protocol of the infrared characterization. The manufacturing process uses cleanroom technologies from microelectronics and microsystems.The last part of this work is devoted to the study by FDTD of microstructured polymer membranes from the previously calibrated 'in-silico' model. This study makes it possible to define geometrical parameters able to modulate the reflection of the infrared having a wavelength between 5 and 15 microns. A manufacturing process is developed which makes it possible to realize self-supporting structured membranes to the appropriate dimensions

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Gilles, Clément. "Optique intégrée pour sources largement accordables moyen-infrarouge". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS009/document.

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Abstract (sommario):

Dans le moyen-infrarouge, les barrettes de lasers à cascade quantique sont d’un grand intérêt pour la réalisation de sources large bande intégrables dans les systèmes de spectroscopie laser. Une excellente finesse spectrale, la présence d’un seul mode spatial et une gamme d’accordabilité large sont ainsi rassemblées sur une seule puce, compacte et intrinsèquement stable. Afin de bénéficier de l’ensemble des longueurs d’onde sur une sortie unique, les défis majeurs résident dans l’association de technologies pour rassembler les différentes sorties en une seule via l’utilisation de circuits photoniques intégrés (CPI). Ce CPI peut être séparé en trois briques élémentaires : une filière de guidage passif, un combineur de longueurs d’onde et un coupleur actif/passif. Pour la mise-en-forme du faisceau, nous reportons la fabrication et la caractérisation de guides d’onde en InP/InGaAs/InP gravés profondément, avec des performances proches de l’état de l’art. Nous fabriquons et caractérisons des multiplexeurs basés sur des réseaux de diffraction intégrés, sur filière InP et SiGe. Un multiplexeur de 60-vers-1 voies couvrant la gamme de 7-8,5 µm est réalisé. Une méthode innovante mettant en œuvre des multiplexeurs inter-digités et fonctionnant sur trois ordres de diffraction est démontrée. Finalement, nous réalisons des barrettes de laser à cascade quantique sur InP et sur silicium. Un coupleur adiabatique est dimensionné, fabriqué et caractérisé pour associer efficacement les guides actifs et passifs. Des intégrations de types hétérogène et hybride sont envisagées, avec la première démonstration d’une source accordable utilisant une barrette de lasers et un multiplexeur InP
In the mid-infrared, arrays of distributed feedback quantum cascade lasers have been developed as a serious alternative to obtain extended wavelength operation range of laser-based gas sensing systems. Narrow-linewidth, single mode operation and wide tunability are then gathered together on a single chip with high compactness and intrinsic stability. In order to benefit from this extended wavelength range in a single output beam, the key challenge resides in the combination of different technologies to merge the output of different sources via the use of mid-IR photonic integrated circuits (PIC). The PIC can be split into three main blocks: the passive waveguide platform, the beam combiner and the active/passive coupler. For beam handling and guiding, we report fabrication and characterization of deeply etched InP/InGaAs/InP waveguides with state of the art performances. We fabricate and characterize multiplexers based on echelle and arrayed waveguide gratings on InP and SiGe platforms. A 60-to-1 spectral multiplexer operating in the 7-to-8.5 µm range is demonstrated. An advanced multiplexing scheme using interleaved and cross-order operations is also exposed. Finally, we realize quantum cascade laser arrays on InP and silicon. We design, fabricate and characterize an adiabatic coupler to efficiently and monolithically integrate active and passive waveguides. Heterogenous and hybrid integration are also considered with the demonstration of a tunable source using laser array and InP-based multiplexer

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Carletti, Luca. "Photonique intégrée nonlinéaire sur plate-formes CMOS compatibles pour applications du proche au moyen infrarouge". Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2015. http://www.theses.fr/2015ECDL0013/document.

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Abstract (sommario):

La photonique intégrée offre la possibilité d’exploiter un vaste bouquet de phénomènes optique nonlinéaires pour la génération et le traitement de signaux optiques sur des puces très compactes et à des débits potentiels extrêmement rapides. De nouvelles solutions et technologies de composants pourraient être ainsi réalisées, avec un impact considérable pour les applications télécom et datacom. L’utilisation de phénomènes optiques nonlinéaires (e.g. effet Kerr optique, effet Raman) permet même d’envisager la réalisation de composants actifs (e.g. amplificateurs, modulateurs, lasers, régénérateurs de signaux et convertisseurs en longueur d’onde).Pendant cette dernière décennie, les efforts ont principalement porté sur la plateforme Silicium sur isolant (SOI), profitant du fort confinement optique dans ce matériau, qui permet la miniaturisation et intégration de composants optiques clés (e.g. filtres passifs, jonctions coupleurs et multiplexeurs). Cependant, la présence de fortes pertes nonlinéaires dans ce matériau aux longueurs d’onde d’intérêt (i.e. autour de 1.55 µm dans les télécommunications) limite certaines applications pour lesquelles une forte réponse nonlinéaire est nécessaire et motive la recherche de nouvelles plates-formes, mieux adaptées. L’objectif premier de cette thèse était ainsi l’étude de matériaux alternatifs au Si cristallin, par exemple le silicium amorphe hydrogéné, alliant de très faibles pertes nonlinéaires et une compatibilité CMOS, pour la réalisation de dispositifs photoniques intégrés qui exploitent les phénomènes nonlinéaires. Alternativement, l’utilisation de longueurs d’onde plus élevées (dans le moyen-IR) permet de relaxer la contrainte sur le choix de la filière matériau, en bénéficiant de pertes nonlinéaires réduites, par exemple dans la filière SiGe, également explorée dans cette thèse. Ce travail est organisé de la façon suivante. Le premier chapitre donne un iii panorama des phénomènes nonlinéaires qui permettent de réaliser du traitement tout-optique de l’information, en mettant en évidence les paramètres clés à maitriser (confinement optique, ingénierie de dispersion) pour les composants d’optique intégrée, et en présentant le cadre de modélisation de ces phénomènes utilisé dans le travail de thèse. Il inclut également une revue des démonstrations marquantes publiées sur Silicium cristallin, donnant ainsi des points de référence pour la suite du travail. Le chapitre 2 introduit les cristaux photoniques comme structures d’optique intégrée permettant d’exalter les phénomènes nonlinéaires. On s’intéresse ici aux cavités, avec une démonstration de génération de deuxième et troisième harmoniques qui exploite un design original. Ce chapitre décrit également les enjeux associés à l’utilisation de guides à cristaux photoniques en régime de lumière lente, qui serviront de fondements pour le chapitre 4. Le chapitre 3 présente les résultats de caractérisation de la réponse nonlinéaire associée à des guides réalisés dans deux matériaux alternatifs au silicium cristallin : le silicium amorphe hydrogéné testé dans le proche infrarouge et le silicium germanium testé dans le moyen infrarouge. Le modèle présenté au chapitre 1 est exploité pour déduire la réponse de ces deux matériaux, et il est même étendu pour rendre compte d’effets nonlinéaires d’ordre plus élevé dans le cas du silicium germanium à haute longueur d’onde. Ce chapitre inclut également une discussion sur la comparaison des propriétés nonlinéaires de ces deux matériaux avec le SOI standard. Le chapitre 4 combine l’utilisation d’une plate-forme plus prometteuse que le SOI, avec des structures photoniques plus avancées que les simples guides réfractifs utilisés au chapitre 3 : il décrit l’ingénierie de modes (lents) dans des guides à cristaux photoniques en silicium amorphe hydrogéné et enterrés dans la silice. [...]
Integrated photonics offers a vast choice of nonlinear optical phenomena that could potentially be used for realizing chip-based and cost-effective all-optical signal processing devices that can handle, in principle, optical data signals at very high bit rates. The new components and technological solutions arising from this approach could have a considerable impact for telecom and datacom applications. Nonlinear optical effects (such as the optical Kerr effect or the Raman effect) can be potentially used for realizing active devices (e.g. optical amplifiers, modulators, lasers, signal regenerators and wavelength converters). During the last decade, the silicon on insulator (SOI) platform has known a significant development by exploiting the strong optical confinement, offered by this material platform, which is key for the miniaturization and realization of integrated optical devices (such as passive filters, splitters, junctions and multiplexers). However, the presence of strong nonlinear losses in the standard telecom band (around 1.55 µm) prevents some applications where a strong nonlinear optical response is needed and has motivated the research of more suitable material platforms. The primary goal of this thesis was the study of material alternatives to crystalline silicon (for instance hydrogenated amorphous silicon) with very low nonlinear losses and compatible with the CMOS process in order to realize integrated photonics devices based on nonlinear optical phenomena. Alternatively, the use of longer wavelengths (in the mid-IR) relaxes the constraints on the choice of the material platform, through taking advantage of lower nonlinear losses, for instance on the SiGe platform, which is also explored in this thesis. This work is organized as follows. In the first chapter we provide an overview of the nonlinear optical effects used to realize all optical signal processing functions, focusing on the key parameters that are essential (optical confinement and dispersion engineering) for integrated optical components, and presenting the main models used in this thesis. This chapter also includes a review of the main demonstrations reported on crystalline silicon, to give some benchmarks. Chapter 2 introduces the use of photonic crystals as integrated optical structures that can significantly enhance nonlinear optical phenomena. First we present photonic crystal cavities, with a demonstration of second and third harmonic generation that makes use of an original design. In the second part of the chapter, we describe the main features and challenges associated with photonic crystal waveguides in the slow light regime, which will be used later in chapter 4. In chapter 3, we report the experimental results related to the characterization of the optical nonlinear response of integrated waveguides made of two materials that are alternative to crystalline silicon : the hydrogenated amorphous silicon, probed in the near infrared, and the silicon germanium, probed in the mid-infrared. The model presented in chapter 1 is extensively used here for extracting the nonlinear parameters of these materials and it is also extended to account for higher order nonlinearities in the case of silicon germanium tested at longer wavelengths. This chapter also includes a comparison of the nonlinear properties of these two material platforms with respect to the standard SOI. In chapter 4, we combine the use of a material platform that is better suited than SOI for nonlinear applications with integrated photonics structures that are more advanced that those used in chapter 3. Here we describe the design of (slow) modes in photonic crystal waveguides made in hydrogenated amorphous silicon fully embedded in silica. [...]

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Didier, Pierre. "Novel mid-infrared quantum cascade devices for applications in free-space optics, data security and microwave photonics". Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2023. http://www.theses.fr/2023IPPAT029.

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Abstract (sommario):

Cette thèse de doctorat porte sur la transmission optique en espace libre (FSO) dans la région de l’infrarouge moyen couvrant trois aspects principaux : la transmission FSO à grande vitesse, la communication privée par synchronisation chaotique, et l’intégration de systèmes de communication FSO-RF. Dans le domaine de la transmission FSO à grande vitesse, cette recherche s’intéresse à différents schémas de modulation, de filtrage et d’équalization. Des dispositifs en cascade tels que les lasers en cascade interbande (ICL) et les lasers en cascade quantique (QCL) sont utilisés. Des débits de données allant jusqu’ ´ a 14 Gbps sont obtenus en utilisant des ICL et des photodétecteurs interbandes en cascade (ICIP) dans la fenêtre 3-5 µm. Des QCL et des modulateurs externes bases sur l’effet stark sont également mis en œuvre, permettant d’atteindre des débits de données allant jusqu’ à 68 Gbps. Ces dispositifs offrent une puissance modulée élevée, ce qui les rend adaptes aux transmissions sur de longues distances. La thèse explore également l’application des techniques de synchronisation chaotique pour la communication privée sur les liaisons FSO. Les propriétés chaotiques des sources lumineuses dans l’infrarouge moyen sont exploitées, ce qui permet de dissimuler des messages dans des signaux chaotiques. La complexité du chaos généré permet une transmission privée; les utilisateurs légitimes obtenant de faibles taux d’erreur alors que ceux des utilisateurs non légitimes sont important. En outre, la thèse étudie l’intégration des systèmes de communication FSO et RF. L’objectif est de créer une conversion entre les liaisons FSO à grande vitesse et les liaisons RF. Des techniques de battement hétérodyne sont utilisées, combinant des lasers à cascade quantique pour générer des signaux de battement. Cette approche permet la transmission de signaux FSO sur la bande Ka par l’intermédiaire d’un détecteur QWIP. La recherche démontre la faisabilité de l’intégration FSO-RF, ouvrant des possibilités de combiner les avantages des deux systèmes de communication. Dans l’ensemble, cette thèse présente des avancées en matière de transmission FSO à grande vitesse, de communication sécurisée utilisant la synchronisation chaotique, et d’intégration des systèmes FSO et RF
This doctoral thesis focuses on free-space optical (FSO) transmission in the mid-infrared region covering three main aspects: high-speed FSO transmission, private communication through chaotic synchronization, and integration of FSO-to-RF communication systems. In the field of high-speed FSO transmission, the research optimizes modulation schemes, equlaization for high speed data transmission in the mid-infrared spectrum. Cascade devices such as interband cascade lasers (ICLs) and quantum cascade lasers (QCLs) are utilized. Data rates of up to 14 Gbps are achieved using ICL and interband cascade interband photodetectors (ICIPs). QCLs and external modulators based on electrically modulated absorption are also implemented, achieving data rates up to 68 Gbps. These devices high modulated power, making them suitable for long-distance transmissions. The thesis also explores the application of chaos synchronization techniques for private communication over FSO links. Chaotic properties of light sources in the mid-infrared are leveraged, enabling the concealment of messages within chaotic signals. The complexity of the generated chaos allows for private transmission, with legitimate users achieving low error rates while non-legitimate users experience a higher error rate. Furthermore, the thesis investigates the integration of FSO and RF communication systems. The aim is to create a conversion between high-speed FSO links and RF links. Heterodyne beating techniques are utilized, combining quantum cascade lasers to generate beat signals. This approach enables the transmission of FSO signals over the Ka band through a QWIP detector. The research demonstrates the feasibility of FSO-to-RF integration, opening possibilities for combining the advantages of both communication systems. Overall, this thesis presents advancements in high-speed FSO transmission, secure communication using chaotic synchronization, and integration of FSO and RF systems. The research findings have implications for various fields, including telecommunications, satellite communication, and secure data transmission

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Favreau, Julien. "Étude et développement d'une plateforme photonique moyen infrarouge sur silicium : vers des capteurs intégrés". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS263/document.

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Abstract (sommario):

Aujourd’hui, les puces et capteurs provenant de la microélectronique ne sont plus simplement des circuits électroniques mais peuvent désormais véhiculer des signaux électriques et optiques. En témoignent les puces dites photoniques, utilisées pour la transmission de données à très haut débit. Cependant, cette technologie exploite une part très restreinte du spectre de la lumière, située dans le proche infrarouge. L’exploitation de l’ensemble du moyen infrarouge (λ=2-20 µm) permettrait la mise au point de nouveaux capteurs intégrés se servant des empreintes spectrales spécifiques des molécules dans cette partie du spectre électromagnétique.L’objet de cette thèse est de développer des circuits optiques intégrés sur silicium capables de véhiculer ces longueurs d’onde et qui soient compatibles avec des procédés de fabrication en salle blanche 200 mm. La technologie développée dans ces travaux est basée sur des guides carrés à saut d’indice en Si₀,₆Ge₀,₄ enterrés dans le Si, afin d’obtenir des circuits compactes et à faibles pertes. La conception des fonctions optiques nécessaires à la construction des circuits est tout d’abord présentée. Ces fonctions sont ensuite assemblées pour former un circuit optique qui sera fabriqué puis caractérisé afin de valider les performances de la technologie développée. Deux circuits ont ainsi été fabriqués : un premier a été réalisé avec un procédé standard tandis que le deuxième a été fabriqué avec un procédé de type damascène. La première réalisation offre l’avantage d’utiliser des procédés connus, tandis que la deuxième permet de fabriquer des guides pour différentes longueurs d’onde sur une même puce. Ces deux circuits ont été caractérisés afin de mener une étude comparative entre les deux procédés de fabrication. Enfin, dans un soucis de monter en maturité de la plateforme, une étude approfondie des réseaux de couplage sur des guides Si₀,₆Ge₀,₄ a été conduite. Celle-ci a donnée lieu à la fabrication et à la caractérisation de deux réseaux : un constitué d’inclusions d’air et un deuxième localement suspendu
Nowadays, microelectronic chips and sensors are not simply electronic circuits anymore. They are able to convey both electric and optical signal. As shown by the so-called photonic chips used to transmit data at high speed rate. However, this technology only exploits a very small part of the light spectrum, namely in the near infrared. Exploitation of the whole mid-infrared domain (λ=2-20 µm) would allow to develop new integrated sensors using molecules specific spectral fingerprints in this part of the electromagnetic spectrum.This thesis deals with the development of integrated optical circuits on silicon capable of handling these wavelengths and compatible with 200 mm clean room fabrication processes. The technology developed in this work, is based on Si₀,₆Ge₀,₄ channel square waveguides in order to obtain compact and low loss optical circuits. First of all, the design of optical functions required to build circuits is presented. Then, these functions are assembled into circuits which are manufactured and characterized in order to assess performances of the developed technology. Two circuits have been produced: one with standard processes and one with damascene processes. The first one has the advantage of using known processes, whereas the second one allows to make waveguides for different wavelengths on a single chip. These two circuits have been characterized in order to conduct a comparative study between the two fabrication processes. Finally, in order to mature the technology, an in-depth study on grating coupler for Si₀,₆Ge₀,₄ waveguides have been conducted. It has led to the manufacturing and characterization of two grating couplers : one made of air inclusions and another locally suspended

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Ari, Julien. "Développement de verres spéciaux adaptés à la photonique moyen infrarouge pour des applications détection et mesure de gaz". Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S151/document.

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Abstract (sommario):

Le réchauffement climatique dû à l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre constitue l’une des problématiques majeures actuelles. Dans ce contexte, le stockage du CO2 dans des réservoirs géologiques se présente comme un moyen susceptible de limiter les conséquences de ces émissions sur l’environnement. Pour des raisons sécuritaires, cette méthode de gestion nécessite une surveillance continue des réservoirs de stockage à l’aide de capteur IR pouvant descendre dans les puits. L’application de cette technologie nécessite également de connaître le comportement du CO2 lors des différentes étapes de stockage, notamment lorsqu’il est dans son état supercritique. C’est pourquoi la microfluidique est actuellement utilisée afin de simuler et comprendre les phénomènes liés à l’injection et au stockage du CO2 sous forme supercritique. La mise en œuvre d’une telle approche requiert : (i) le développement de nouvelles solutions compactes pour la surveillance in situ des réservoirs en continu pour sécuriser les sites de stockage et; (ii) la bonne compréhension du comportement du CO2 lors des différentes étapes de stockage.Le premier axe de recherche consiste à synthétiser des matériaux vitreux afin d’optimiser l’efficacité d’un capteur optique de CO2 pour la surveillance des sites de stockage en aquifère salin et susceptible de détecter d’autres gaz, tels le méthane ou le monoxyde de carbone. Le capteur doit pouvoir être déployé en profondeur et capable de détecter des concentrations inférieures à 1000 ppmv pour repérer rapidement d’éventuelles fuites. Les verres de chalcogénures dopés avec des ions de terres rares spécifiques, peuvent produire une luminescence qui peut ensuite être utilisée pour détecter les signatures infrarouges de toutes les molécules possédant des bandes d'absorption dans la région spectrale 3-5 µm. Les compositions vitreuses Ga5Ge20Sb10(Se,S)65 (%mol.) dopées Pr3+ et Dy3+ ont été développées en vue de réaliser un capteur environnemental de CO2. Le potentiel de ces matériaux pour la multidétection de gaz (CO2, CH4 et CO) a également été exploré.Les systèmes microfluidiques HP/HT actuels ne permettent pas de coupler simultanément la spectroscopie infrarouge et Raman à ces dispositifs. Ce problème est dû à l’utilisation du verre Pyrex associé au wafer de silicium pour la fabrication des microréacteurs. C’est pourquoi le deuxième axe de recherche développé au cours de cette thèse vise à explorer différents systèmes vitreux pour trouver une alternative au Pyrex. Le verre en question doit présenter le meilleur compromis entre les propriétés optiques, thermomécaniques et électriques visées. Ainsi, des verres à base de GeO2 ont été développés pour répondre aux spécifications attendues, telle que le procédé de collage anodique utilisé pour fixer le verre au wafer de silicium. La composition vitreuse retenue pour les tests est 70GeO2-15Al2O3-10La2O3-5Na2O (%mol.)
Global warming due to the increase of greenhouse gas emissions is one of the main current challenges. In this context, the CO2 storage in geological reservoirs appears as a likely way to limit the consequences of these emissions on the environment. For safety reasons, this management method requires continuous monitoring of the storage tanks by using IR sensors who can go down into the wells. The application of this technology also requires to know the CO2 behavior during various storage steps, in particular when it is in its supercritical state. This is why microfluidics is currently used to simulate and understand the phenomena related to the injection and storage of CO2 in supercritical form. The implementation of such approach requires: (i) the development of novel compact solutions for in situ continuous gas monitoring to secure the storage site and; (ii) a better understanding of the CO2 behavior during the different storage steps.The first research axis of this thesis has consisted in developing vitreous active materials to increase the efficiency of optical CO2 sensor (and eventually other gas like CH4 or CO) for their continuous monitoring in saline aquifer storage sites. This sensor must be able to be deployed in depth and be sensitive to CO2 concentrations below 1000 ppmv to quickly identify any leak. Chalcogenide glasses doped with specific rare earth ions may provide broadband luminescence that can be used to detect infrared signatures of all molecules whose absorption bands are located in the 3-5 µm spectral region. Glass compositions Ga5Ge20Sb10(Se,S)65 (mol.%) doped Pr3+ and Dy3+ have been developed in order to be integrated into a functional environmental CO2 sensor. The multi-sensing gas (CO2, CH4 and CO) potential of these materials has also been investigated.Current HP/HT microfluidic systems do not allow coupling FTIR and Raman spectroscopies. This problem is due to the using of Pyrex glass for the manufacture of these microreactors. That is why the second research axis developed during this thesis has consisted in exploring various vitreous systems to propose an alternative to the Pyrex glass. The target glass had to demonstrate the best compromise between the desired optical, thermomechanical and electrical properties. In this way, glasses based on GeO2 have been developed to meet these specifications, such as the anodic bonding process used to attach the glass on the silicon wafer. The glass composition selected after the completed studies is 70GeO2-15Al2O3-10La2O3-5Na2O (mol.%)

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Renard, Charles. "Hétérostructures Antimoniures/Arséniures pour les applications optoélectroniques dans le moyen infrarouge". Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00124336.

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Abstract (sommario):

Les progrès réalisés au cours des trente dernières années dans les domaines de la croissance cristalline et de la technologie des semiconducteurs III-V ont permis aux composants optoélectroniques (lasers, détecteurs) fonctionnant dans la bande 0,4-1,8 µm d'être de nos jours des éléments essentiels pour les télécommunications, le stockage des données ou le domaine médical. Cependant, de nombreuses applications, comme la détection infrarouge, la spectroscopie moléculaire de polluants atmosphériques, nécessitent le développement de lasers et de détecteurs fonctionnant à plus grande longueur d'onde, notamment dans les fenêtres de transparence atmosphériques (3-5 µm et 8-12 µm). La réalisation de ces différents dispositifs est possible en utilisant les hétérostructures mixtes antimoniures/arséniures. Cependant, plusieurs difficultés sont associées à la croissance épitaxiale de ces hétérostructures (désaccords de maille entre les différents matériaux considérés, caractérisation des hétérostructures, incorporation compétitive des différents éléments V As et Sb...).
L'objet de cette thèse a consisté, dans un premier temps, à déterminer les conditions de croissance permettant la réalisation des lasers à cascade quantique basés sur le système de matériaux AlAsSb/GaInAs épitaxié sur substrat d'InP et de détecteurs photovoltaïques InAsSb épitaxiés sur substrat de GaSb. Pour ce faire, l'ensemble des paramètres intervenant dans l'incorporation concurrentielle des deux éléments V As et Sb (température, vitesse, nature de l'élément III...) a été étudié. Une procédure de détermination des épaisseurs individuelles et des compositions des hétérostructures GaInAs/AlAsSb, par diffraction de rayons X, basée sur l'utilisation d'un double superréseau a également été proposée. Ce travail a permis de mieux comprendre les phénomènes intervenant aux interfaces selon les conditions de croissance utilisées et d'obtenir ainsi un calibrage rigoureux et reproductible. Des résultats préliminaires satisfaisants ont finalement été obtenus sur les diodes électroluminescentes AlAsSb/GaInAs à cascade quantique sur InP ainsi que sur les détecteurs photovoltaïques InAsSb sur GaSb.
La seconde partie de cette thèse a consisté en l'optimisation des conditions de croissance des hétérostructures (Al,Ga)Sb/InAs épitaxiées sur substrat d'InAs et de GaSb. Dans ce système de matériaux, l'existence d'une ségrégation d'indium aux interfaces AlSb/InAs a pu être mise en évidence par différentes techniques de caractérisation (HRTEM, RHEED, HRXRD). La prise en compte de cette ségrégation a permis d'améliorer les performances des LCQs InAs/AlSb et d'atteindre le fonctionnement à température ambiante. Des résultats prometteurs ont également été obtenus pour des structures détectrices interbandes à cascade GaSb/AlSb/InAs.

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Duhant, Mathieu. "Etude des sources supercontinuum à fibres transparentes dans le moyen infrarouge". Phd thesis, Université de Bourgogne, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00833949.

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Abstract (sommario):

Les travaux réalisés dans ce manuscrit portent sur l'étude de la génération de supercontinuum dans des fibres transparentes dans le moyen infrarouge. Afin de générer un supercontinuum entre 3 et 5 µm, nous chercherons à comparer différentes familles de verres tels que les verres de fluorures, les verres d'oxydes de tellures et les verres de chalcogénures. Ces fibres sont pompées à l'aide de laser à fibre émettant autour de 2 µm en régime impulsionnel nanoseconde ou picoseconde. Cette longueur d'onde permet de s'approcher du zéro de dispersion chromatique de certaines fibres. Nous générons un supercontinuum jusqu'à 3800 nm dans des verres fluorés. Une connectique, dont la transmission est d'environ 75 %, est réalisée entre une fibre ZBLAN et une fibre SiO2. Une mesure des raies d'absorption du méthane est réalisée autour de 3300 nm à l'aide du supercontinuum généré dans les verres fluorés. Un supercontinuum est généré jusqu'à 2900 nm dans une fibre en oxyde de tellure. L'étendue du spectre aux grandes longueurs d'onde est limitée par l'atténuation de la fibre. Enfin, plusieurs compositions de verres de chalcogénures sont testées (As38Se62, As40S60, Ge10As22Se68). Ces fibres seront tout d'abord pompées dans leur régime de dispersion normale et nous observerons la formation de 4 sauts Raman successifs. Le gain Raman dans les verres AsSe est estimé à (1,6+/- 0,5) x 10E-11 m/W. Un compromis entre le contrôle de la dispersion chromatique et le couplage dans la fibre nous conduit à réaliser des fibres effilées dont le diamètre varie sur la longueur de la fibre. Nous obtiendrons alors un supercontinuum dans une fibre effilée en verre d'AsSe jusqu'à 2600 nm

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Benveniste, Elsa. "Etude du gain des lasers à cascade quantique dans le moyen infrarouge". Paris 7, 2009. http://www.theses.fr/2009PA077215.

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Abstract (sommario):

Depuis 1994, les lasers à cascade quantique (LCQ) se sont imposés comme la source semiconductrice compacte de choix dans le domaine du moyen et lointain infrarouge. Afin de répondre aux exigences des applications, il est important de dégager les paramètres clés qui gouvernent le gain des LCQ. La première approche de ce travail de thèse consiste à étudier le gain d'un point de vue matériau, pour vérifier sa dépendance avec la masse effective des électrons. La deuxième approche repose sur la mise en place d'un dispositif expérimental original basé sur la mesure de frange Fabry Pérot afin d'obtenir une mesure du gain en fonction du voltage appliqué au dispositif. Ainsi, les paramètres physiques qui régissent le fonctionnement et les performances des LCQ ont été identifiés et analysés: le courant de transparence, les différentes sources de pertes, la température des électrons et du réseau. Pour finir, ces résultats ont permis d'estimer l'inversion de population et de montrer la possibilité de sonder les densités de population des niveaux électroniques pour différentes tensions appliquées mais aussi au cours de l'impulsion laser
Quantum cascade lasers (QCL) have experienced a constant development since their invention in 1994 and represent so far the most interesting compact source for optical Systems operating in the mid-infrared and in the THz region of the spectrum. In order to respond to applications4s requirements, it is important to study the key physical parameters of the gain in QCL. In the first part of this work, we studied the impact on the gain of the material properties, such as the electron effective mass. In the second part of this work, we realized a new experimental technique for an accurate measurement of the gain, as a function of the voltage applied to the device. Thanks to this technique, we studied several parameters, which have an influence on the laser's performances, such as losses, transparency current, electronic and lattice temperature. Our experimental results were also used to estimate the population inversion on the laser transition and showed the possibility of probing the population of the QCL's electronic states as a function of the bias and the time

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Ducros, Nicolas. "Génération de supercontinuum dans le moyen infrarouge à l'aide de fibres optiques". Limoges, 2010. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/1ff43c99-e824-4b15-b1cb-5e40b4405d47/blobholder:0/2010LIMO4040.pdf.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette thèse est l'étude et le développement de sources lumineuses, émettant dans le moyen infrarouge (2 µm < λ < 5 µm), via la génération de supercontinuum dans des fibres optiques. Tout d'abord, les phénomènes physiques mis en jeu et nécessaires à l'obtention de supercontinuum dans des fibres optiques sont rappelés et décrits. Le premier axe expérimental étudié est centré sur la génération de supercontinuum infrarouge dans une fibre optique microstructure en verre d'oxydes de plomb, bismuth, gallium, silice et cadmium. Plusieurs sources de pompe ont été testées, conduisant à un spectre en sortie de fibre s'étendant de 1 µm à 2. 8 µm. La forte absorption du verre au-delà de 2,8 µm limite l'expansion du spectre. Dans une troisième partie, la génération de supercontinuum dans le domaine moyen infrarouge dans une fibre à saut d'indice en verre fluoré à grande aire modale est développée. Une puissance moyenne de l'ordre de 100 mW en sortie de fibre a été obtenue pour un spectre s'étendant du domaine visible au moyen infrarouge (1 µm < λ < 4. 2 µm). Des modélisations numériques montrent que des performances similaires à celles obtenues expérimentalement peuvent être atteintes à l'aide d'une architecture simplifiée de la source de pompe
The goal of this PhD thesis is the study and the development of fibre based supercontinuum systems emitting in the mid-infrared. The physical origins of supercontinuum generation are developped in the first part of this work. Then, supercontinuum generation based on a heavy metal oxyde glass fibre is studied. Two pump sources have been tested yielding broad bandwidth radiation from at least 1 µm up to 2. 8 µm. Numerical computations have been carried out showing that the limitation of the supercontinuum generated can be attributed to the strong O-H- absorption band at 2. 8 µm. Finally, high average power supercontinuum generation has been demonstrated in a large mode area fluoride step-index fibre. The average power was 100 mW over the whole spectrum extending from 1 µm up to 4. 2 µm. Numerical computations were used to simplify the pump source architecture

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Van, de walle Aymeric. "Source paramétrique dans l'infrarouge moyen à haute cadence". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLO009/document.

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Abstract (sommario):

Ce manuscrit décrit l’étude et la mise en œuvre d’une source laser ultrarapide à taux de répétition élevé dans l’infra-rouge moyen, pour des applications à la physique des champs forts et à la spectroscopie moléculaire multidimensionnelle. Cette source est basée sur le phénomène d’amplification paramétrique optique à dérive de fréquence, qui permet la génération d’impulsions de quelques cycles optiques.Tout d’abord, nous présentons les applications de ces sources, ainsi que leurs paramètres importants, débouchant sur un cahier des charges pour la source à l’étude. Un état de l’art des sources paramétriques présentées dans la littérature scientifique nous permet ensuite d’appréhender la diversité des architectures et des performances atteintes. En particulier, nous soulignons les points cruciaux que sont la nature et les performances du laser de pompe, le mécanisme de génération du signal à amplifier, ainsi que la robustesse de la synchronisation temporelle entre le signal et la pompe.Nous étudions ensuite la possibilité d’émettre un signal autour de la longueur d’onde de 1,55 µm à partir d’impulsions femtoseconde de pompe à 1,03 µm par génération de supercontinuum dans un cristal massif de YAG. Nous menons ainsi une étude détaillée des propriétés de la partie infra-rouge du supercontinuum obtenu, en termes de contenu spectral, cohérence, propriétés statistiques tir à tir et long terme, et propriétés spatiales. Cette étude nous permet de conclure sur la validité de cette approche pour générer le signal à amplifier.Nous arrivons donc à définir une architecture inédite basée sur l’utilisation d’un laser de pompe basé sur un amplificateur à fibre dopée ytterbium de forte énergie délivrant des impulsions de 300 fs 400 µJ à la cadence de 125 kHz. La durée courte rendue possible par le choix de cette technologie de pompe nous permet de bénéficier d’un certain nombre d’avantages importants : la génération efficace de supercontinuum autour de 1,55 µm, ce qui entraine une synchronisation temporelle très robuste entre pompe et signal. D’autre part le couple étireur – compresseur est constitué de simples lames de matériaux massifs, ce qui permet une grande efficacité et une gestion simplifiée de la phase spectrale. Enfin, la courte durée de pompe augmente le seuil de dommage en intensité crête, ce qui permet l’utilisation de cristaux non linéaires courts et augmente la bande spectrale d’amplification. Des expériences supplémentaires sont menées pour étudier les phénomènes limitant la puissance au sein des cristaux de MgO:PPLN. Les étages d’amplification sont tous réalisés en géométrie colinéaire, ce qui permet d’utiliser le signal et l’idler sans introduction de chirp angulaire. Toutes ces caractéristiques permettent la génération de deux faisceaux en sortie portant des impulsions de 50 fs 20 µJ à 1550 nm et 70 fs 10 µJ à 3,1 µm
This thesis describes the design and construction of an ultrafast high repetition rate laser source in the mid-IR, for applications in strong-field physics and multidimensional molecular spectroscopy. This source is based on optical parametric chirped-pulse amplification, allowing the generation of few-cycle pulses.We first present some applications of these lasers, along with important parameters, to define specifications for the considered source. We then briefly outline the state of the art of similar ultrafast sources described in the literature, to highlight the variety of architectures and performances. In particular, several key points are identified, namely the nature and performances of the pump laser source, the method to generate a seeding signal, and the robustness of temporal synchronization between pump and signal pulses.We proceed to study the possibility of emitting a seed signal around 1.55 µm wavelength by supercontinuum generation in a bulk YAG crystal from femtosecond pump pulses at 1.03 µm. A detailed analysis of the properties of the infrared spectral content of the supercontinuum is carried out, focusing on spectral bandwidth, coherence, shot-to-shot and long term stability, and spatial properties. This work allows us to conclude that supercontinuum generation is a valid approach to generate the seed signal.This leads us to define a novel architecture built around an ytterbium-doped fiber femtosecond pump source delivering 300 fs 400 µJ pulses at a repetition rate 125 kHz. The short pump pulse duration compared to bulk Yb:YAG or Nd:YVO4 based systems results in a number of important advantages. First, it allows efficient seeding at 1550 nm using supercontinuum generation directly from the pump pulses in a bulk YAG crystal, resulting in extremely robust passive pump – signal synchronization. The short pump pulse duration also allows the use of millimeter to centimeter lengths of bulk materials to provide stretching and compression for the signal and idler, which minimizes the accumulation of higher-order spectral phase. Finally, the shorter pump pulse duration increases the damage peak intensity, permitting the use of shorter nonlinear crystals to perform the amplification, which increases the spectral bandwidth of the parametric process. Additional experiments are performed to sort out the phenomena that limit power scaling in MgO:PPLN crystals. The OPCPA stages are all operated in collinear geometry, allowing the use of both signal and idler without the introduction of angular chirp on the latter. These points result in the dual generation of 70 fs 23 µJ signal pulses at 1550 nm and 60 fs 10 µJ idler pulses at 3070 nm from a simple setup

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BERTIN, CHANTAL. "Caracterisation de la degradation microbienne de constituants parietaux par spectroscopie dans l'infrarouge proche et moyen". Nantes, 1989. http://www.theses.fr/1989NANT2041.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette etude est de developper une methodologie d'analyse rapide de produits riches en constituants parietaux (aliments et contenus digestifs) applicable en nutrition humaine et animale. Une etude modele, biochimique et spectroscopique, a ete menee sur des ruminants. Trois matieres premieres differentes ont ete soumises a une degradation in situ dans le rumen de chevres fistulees. Les residus ont ete analyses parallelement par des techniques classiques (calorimetrie, chromatographie en phase gazeuse) et par spectroscopie infrarouge. Les donnees spectrales ont ete traitees par analyse en composantes principales afin d'extraire les informations essentielles contenues dans les spectres: sur des cartes factorielles, la repartition des spectres a permis d'apprecier la capacite de la spectroscopie infrarouge a discriminer les residus de digestion, en fonction de leur composition; des "profils spectraux" correspondants ont ete calcules, puis compares a des spectres de produits purifies. Les principaux pics recenses sur ces signaux ont ete attribues, dans les regions du moyen et du proche infrarouge. Une attribution directe des bandes d'absorption dans la region du proche infrarouge en fonction des pics presents dans la region du moyen infrarouge a ete tentee: les coefficients de correlation des absorbances entre chaque nombre d'onde et chaque longueur d'onde ont ete calcules et representes sous forme de graphes a 2 dimensions, appeles "correlogrammes". La methode des correlogrammes presente des qualites qui meritent d'etre developpees et appliquees sur des collections de spectres de produits purs pour etre affinee. La spectroscopie infrarouge, associee a l'analyse multidimensionnelle, montre des potentialites importantes pour suivre l'evolution des teneurs en constituants parietaux dans des contenus digestifs. En particulier, la cellulose, les substances pectiques et la lignine sont

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Mondelain, Didier. "Lidar linéaire et non linéaire dans l'infrarouge moyen". Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00396346.

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Abstract (sommario):

Les aérosols sont une composante essentielle de la pollution urbaine et de la physico-chimie de l'atmosphère. Il est primordial de disposer de cartographies 3D de leur concentration par méthode lidar.
Une méthode originale, à une longueur d'onde, a été développée. Elle est basée sur l'impaction et l'étude de filtres permettant d'obtenir des informations complémentaires sur la distribution de taille des aérosols et sur leur composition. Les résultats, obtenus dans l'UV montrent que la distribution a un mode pour les petites tailles (~100 nm) et un mode pour les particules plus grosses (~1 μm). Notre lidar a aussi permis de mesurer la concentration en aérosols, l'évolution et la stratification de la couche limite. Mais cette méthode reste lourde à cause de l'étude des filtres et utilise comme hypothèse forte que l'atmosphère est homogène verticalement.
Pour distinguer entre les modes des particules et obtenir un diagnostique « tout-optique », nous avons étendu dans l'IR, plus sensible aux aérosols de la taille du micron, le système lidar UV existant, plus sensible aux petites tailles.
Cette extension est basée sur des oscillateurs paramétriques optiques (OPO). Les différents cristaux susceptibles de produire efficacement de l'IR moyen ont été testés. Ces cristaux sont le KTiOPO4, le KTiAsO4 et le KNbO3. Puis, un de ces OPO a été implanté dans notre système lidar. Les mesures lidar préliminaires de concentration dans l'IR, ont été obtenues pour des gouttelettes d'eau lors d'un épisode de brume. Parallèlement aux systèmes lidar linéaires précédents, un projet de lidar non-linéaire (projet Teramobile), a vu le jour. Une source de lumière blanche provenant des filaments, générés dans l'air lors de la propagation d'un faisceau laser térawatt, est utilisée pour faire du lidar aérosols multispectral. Avec cette source allant de l'UV à l'IR moyen, des mesures de concentration en aérosols seront possibles sans aucune hypothèse a priori contrairement aux méthodes précédentes.

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Duval, Simon. "Laser femtoseconde à fibre optique émettant dans l'infrarouge moyen". Doctoral thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/37364.

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Abstract (sommario):

Le développement de lasers émettant dans l’infrarouge moyen, une région spectrale où l’onretrouve les résonances fondamentales de la plupart des molécules sur terre, est certainementl’une des avenues les plus prometteuses en science laser. La démocratisation de ce type delaser est toutefois nécessaire afin d’exploiter leur énorme potentiel applicatif en santé, enenvironnement, en industrie et en recherche. En raison de leur simplicité, leur robustesse, leurfiabilité et leurs performances optiques inégalées, les lasers à base de fibres optiques sont parmiles candidats les mieux adaptés pour réaliser ce virage technologique vers l’infrarouge moyen.Dans le cadre de ce projet de doctorat, le premier laser à fibre optique émettant des impulsionsfemtoseconde dans l’infrarouge moyen a été réalisé. Ce laser à grande valeur ajoutée offredes propriétés temporelles, spectrales et spatiales exceptionnelles qui ouvrent la voie à denombreuses applications en spectroscopie et en interaction laser-matière.La conception, l’optimisation et l’étude théorique du laser femtoseconde émettant à 2.8μm sontprésentées aux chapitres 1 et 2 ainsi qu’à l’annexe B. La génération d’impulsions ultrabrèvesavec ce laser est basée sur la synchronisation modale passive par rotation non linéaire de lapolarisation dans une fibre de verre fluoré dopée à l’erbium. Des impulsions de durée inférieureà 300 fs, dont la puissance crête estimée est supérieure à 20 kW, ont été obtenues à partir decet oscillateur.La deuxième partie de cette thèse (chapitres 3 et 4) présente la conception et l’étude théoriquepar simulations numériques d’un amplificateur à fibre optique externe permettant d’améliorerles performances de l’oscillateur présenté dans les chapitres précédents. Cet amplificateuremployant un seul segment de fibre de verre fluoré dopé à l’erbium permet d’amplifier lesimpulsions à des puissances crêtes de plus de 200 kW. Grâce au processus d’auto décalagespectral du soliton dans cet amplificateur, la longueur d’onde centrale des impulsions amplifiéespeut être accordée de 2.8 à 3.6μm. Ce système laser femtoseconde accordable dans l’infrarougemoyen, qui constitue une avancée majeure, peut être simplifié et amélioré davantage en plusd’être adapté à plusieurs autres transitions laser dans l’infrarouge moyen. Ces travaux ouvrentla voie à l’émergence de nouvelles applications autrefois difficilement réalisables en rechercheet en industrie.
The development of lasers emitting in the mid-infrared, a spectral region where the funda-mental resonances of several molecules are found, is one of the most promising avenues in laserscience. However, the democratization of these coherent light sources is required for enablingbreakthrough applications in healthcare, environment, industry and research. Thanks to theirsimplicity, robustness, reliability and their unequaled optical performances, fiber lasers are thecandidates of choice for enabling this technological shift toward the mid-infrared.In this project, the first femtosecond fiber laser emitting in the mid-infrared was realized. Thishigh added-value laser offers exceptionnal temporal, spectral and spatial properties that pavethe way for several applications in spectroscopy and laser-matter interaction.The design, optimization and theoretical study of this femtosecond laser cavity emitting at 2.8μm are presented in chapters 1 and 2 as well as in appendix B. The generation of ultrashortpulses in this laser relies on a mode-locking technique based on nonlinear polarization evolutionof the signal propagating inside an erbium-doped fluoride fiber. Pulses with durations below300 fs and estimated peak powers above 20 kW were directly generated from this oscillator.The second part of this thesis (chapters 3 and 4) presents the design and numerical studyof an external fiber amplifier that significantly improves the performances of the oscillator.This amplifier that uses only one segment of erbium-doped fluorozirconate fiber enables thegeneration of ultrashort pulses with peak powers above 200 kW. Due to the soliton self-frequency shift process occuring inside the amplifier, the central wavelength of the outputpulses can be tuned from 2.8 to 3.6μm. This tunable femtosecond system in the mid-infraredcan be further simplified and improved and can also be adapted to other novel laser transitionsin the mid-infrared. This work paves the way for new applications to emerge both in thescientific and the industrial worlds.

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Lene, Mirouze Frédéric De. "Analyse quantitative en spectrométrie moyen infrarouge par transformée de Fourier : perspectives d'application dans le domaine agro-alimentaire". Lille 1, 1992. http://www.theses.fr/1992LIL10015.

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Abstract (sommario):

L'analyse chimique en milieu industriel doit répondre à certains critères parmi lesquels figurent rapidité, précision, coût. . . Depuis le développement d'algorithmes d'analyse quantitative en mélanges complexes, la spectrométrie moléculaire peut être une de ces techniques. De nombreuses applications sont déjà opérationnelles dans le proche infrarouge tandis qu'en raison de difficultés d'échantillonnage, le moyen infrarouge est encore peu exploité malgré les potentialités offertes par une meilleure spécificité et l'apparition sur le marché de spectromètres IRTF plus robustes et moins coûteux. Nous avons tout d'abord fait le point sur les principaux algorithmes d'analyse quantitative (cls, ils, pcr et pls) utilisés par les logiciels commerciaux en précisant entre autres leurs qualités et leurs défauts. La réflexion diffuse et l'atr horizontal sont parmi les techniques les plus intéressantes pour l'analyse quantitative dans le moyen infrarouge. En modifiant la méthode d'échantillonnage traditionnelle, nous avons amélioré la répétabilité des spectres de réflexion diffuse de façon importante. L'analyse quantitative devient possible. Toutefois les performances sont moins bonnes que pour l'atr qui est à la fois plus précise et plus rapide. Nous discutons de deux exemples de dosage de sucres en atr sur des sirops de glucose et des jus d'oranges. Pour ces mélanges nous avons obtenu une erreur de l'ordre de 5%. Nous mettons également en évidence les difficultés liées à l'interférence de l'eau sur les constituants mineurs, qui sont aggravées par une sensibilité moins élevée en atr qu'en transmission par exemple. En conclusion, l'atr des liquides nous semble être une technique d'analyse rapide tout à fait adaptée à des applications où l'on ne s'intéresse qu'aux constituants majeurs. La réflexion diffuse nous paraît par contre applicable dans une gamme plus restreinte de situations

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Le, Camus Arthur. "Conception et élaboration de composants photoniques pour l'infrarouge moyen inscrits par impulsions ultra brèves". Doctoral thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66425.

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Abstract (sommario):

«Thèse en cotutelle, Doctorat en physique, Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université de Bordeaux, Talence, France»
L’infrarouge moyen présente un grand intérêt pour de nombreuses applications dans des domaines variés comme la médecine, la biologie, l’environnement ou encore l’astronomie. Il y a donc un besoin de sources et de dispositifs fonctionnant dans cette bande de longueur d’onde s’étendant approximativement de 2 à 20 µm. L’élaboration de ces dispositifs passe par le développement de matériaux transparents dans l’infrarouge moyen puis par la fonctionnalisation optique de ces matériaux. Dans le cadre de cette thèse de doctorat, nous nous proposons d’étudier la fabrication de composants dans un verre d’oxyde de métaux lourds (baryum, gallium, germanium : BGG), dont l’intérêt est la combinaison d’une bonne transmission jusque dans l’IR moyen (de ~350 nm à ~5 µm) et de bonnes résistances mécanique et chimique. La technique utilisée pour la fonctionnalisation optique de ce verre est l’inscription directe par impulsions ultra courtes. Cette dernière permet de modifier localement – et de manière permanente – un matériau par la focalisation d’impulsions d’une durée de l’ordre de quelques dizaines ou centaines de femto secondes, générant des intensités lumineuses très importantes et permettant l’absorption non-linéaire d’une partie de l’énergie du faisceau laser. Le caractère non linéaire de l’interaction permet l’inscription de structures tridimensionnelles dans le volume du matériau. Grâce à cette technique, on peut notamment fabriquer des guides d’onde, des canaux de microfluidique et des motifs fluorescents pour ne citer que quelques exemples. Nous rapportons dans cette thèse une étude détaillée de l’inscription par laser femtoseconde dans différents types de verres BGG. Nous montrons qu’il est possible d’avoir un changement d’indice positif élevé, permettant la formation de composants à base de guides d’onde pour l’IR moyen. En particulier, nous présentons des résultats de mesures sur des guides d’onde et des coupleurs dans l’IR moyen, inscrits dans un verre BGG et dans la silice. Un autre type verre, dérivé des BGG et dopé en ions argents, est également étudié dans le cadre de l’inscription par laser femtoseconde. Comme il a été observé dans d’autres types de verres d’oxydes, les ions argent modifient l’interaction laser matière et apportent des propriétés spécifiques à l’argent : fluorescence, génération de seconde harmonique et résonance de plasmons de surface.
The mid-infrared region is of great interest for many applications in various fields such as medicine, biology, environment and astronomy. Therefore, there is a need for developing sources and devices operating in this wavelength region, spanning approximately from 2 to20 µm. The development of these devices involves the development of mid-IR transparent materials and then the optical functionalization of these materials. In the framework of this PhD thesis, we propose to study the fabrication of components in glass of heavy metaloxides (barium, gallium, germanium: BGG), whose interest is the combination of a good transmission (from ~350 nm to ~5 µm) and good mechanical and chemical resistances. The technique used for the optical functionalization of this glass is direct inscription by ultra-short pulses. This technique allows a local and permanent modification of a material by focusing pulses of a duration of a few tens or hundreds of femtoseconds, generating very high light intensities and allowing the non-linear absorption of the laser beam energy. The non-linear nature of the interaction allows the inscription of three-dimensional structures in the bulk. Thanks to this technique, we can produce waveguides, microfluidic channels and fluorescent patterns, to name but a few examples. In this thesis, we report a detailed study of femtosecond laser inscription in different types of BGG glasses. We show that it is possible to have a high positive index change, allowing the formation of waveguide-based components for mid-IR. In particular, we present measurements results on waveguides and couplers in the mid-IR, embedded in BGG glass and fused silica. Another type of glass derived from BGG and doped with silver ions is also studied with the femtosecond laser inscription. As observed in other types of oxide glasses, silver ions modify the laser-matter interaction and provide silver-specific properties such as fluorescence, second harmonic generation and surface plasmons resonance.

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Allioux, David. "Etude de micro-disques de carbure de silicium sur substrat de silicium, vers une application d’optique non-linéaire intégrée du proche au moyen infrarouge". Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI049/document.

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Abstract (sommario):

Cette thèse étudie la conception, la fabrication et la caractérisation de micro-disques de carbure de silicium sur substrat de silicium conçus pour opérer du proche au moyen infrarouge. Nous étudions une approche simple mais efficace permettant de supprimer les modes de galerie d'ordre supérieur tout en préservant le facteur de qualité du mode fondamental. Cette suppression, utile par exemple pour la génération de peignes de fréquence se base simplement sur la sous-gravure du pilier de silicium et est aisément transposable à d'autres plateformes ou longueurs d'onde. Le premier chapitre est une introduction générale aux micro-résonateurs à modes de galerie dans lequel nous décrivons la physique extrêmement riche de ces structures. Le deuxième chapitre se concentre sur les micro-disques de SiC à proprement parler. Nous commençons par une introduction générale du matériau puis nous simulons la propagation de la lumière dans les résonateurs pour concevoir des structures innovantes. En utilisant l'indice de réfraction optique supérieur du Si à celui du SiC, nous montrons qu'il est possible de supprimer les modes radiaux d'ordre supérieur. Nous traitons ensuite brièvement des étapes de fabrication. Le troisième chapitre regroupe les expériences réalisées sur les micro-disques. Des premières caractérisations par couplage évanescent dans le proche infrarouge permettent d'identifier les modes de galerie du résonateur. Ensuite, des caractérisations sur des disques de sous-gravure inférieure mettent en évidence la suppression des modes d'ordre supérieur. Nous réalisons enfin une étude thermo-optique du matériau afin de valider son emploi à forte puissance et haute température, des régimes dans lesquels le SiC se démarque des autres matériaux d'optique intégrée. Pour terminer, nous consacrons le dernier chapitre aux perspectives pour l'optique non-linéaire et le moyen infrarouge où nous proposons une étude de l’ingénierie de la dispersion qui doit nous permettre, à l’avenir, de réaliser des sources de type peigne de fréquence
This Ph.D. thesis studies the design, fabrication and characterization of silicon carbide micro-disks on top of silicon designed to operate from the near to the mid-IR. We study a simple but efficient approach leading to the suppression of higher order whispering gallery modes while preserving the fundamental mode's quality factor. This suppression, typically useful for frequency comb generation is simply based of the silicon pillar under etching and can be easily transferred to other material platforms and wavelengths. The first chapter is a general introduction of whispering gallery mode micro-resonator in which we describe the extremely complex and diverse physics of these structures. The second chapter is focused on SiC micro-disks themselves. We begin with a general introduction of the material to continue by simulating light propagation inside these resonators to be able to design innovative structures. Using the higher optical refractive index of silicon compared to the one of silicon carbide, we demonstrate that it is possible to suppress higher radial modes. We then briefly describe the fabrication processes. The third chapter gather the experimental studies lead on the micro-disks. First characterizations by evanescent coupling in the near infrared enable us to identify the whispering gallery modes inside the resonator. Characterization on micro-disks with smaller under-etching then enables us to demonstrate the higher suppression. We finally lead a thermo-optic study of the material to validate its compatibility to high power and high temperature regimes in which SiC stand out from other integrated optics materials. Finally, the last chapter is dedicated to non-linear optics and mid-infrared perspectives. We propose a dispersion study that, we hope, should enable the generation of Kerr frequency combs sources in a near future

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Frayssinous, Clément. "Étude du traitement des polymères par des sources lasers fibrées émettant dans l'infrarouge moyen". Doctoral thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66860.

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Thibault-Maheu, Olivier. "Génération de supercontinuum en régime femtoseconde dans l'infrarouge moyen dans des fibres optiques". Master's thesis, Université Laval, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11794/25817.

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Abstract (sommario):

La génération de supercontinuum est un élargissement spectral extrême survenant dans un matériau dispersif et non linéaire comme la fibre optique. Ce phénomène est mis à profit dans plusieurs domaines comme la spectroscopie, la métrologie et la sécurité. Plusieurs de ces applications nécessitent de la lumière dans la fenêtre de transmission atmosphérique entre 3 et 5 μm. Par contre, les matériaux les plus utilisés actuellement pour la génération de supercontinuum, comme la silice et le ZBLAN, sont opaques dans cette plage spectrale, ce qui justifie l’utilisation de nouveaux matériaux ayant une transparence accrue à ces longueurs d’onde. Nous proposons donc l’utilisation de fibres de fluoroindate et de trisulfure d’arsenic pour pallier cette limitation. Les fibres fabriquées de ces matériaux possèdent des pertes intrinsèques assez faibles pour la génération de supercontinuum dans cette plage spectrale. Dans ce travail, nous avons démontré un supercontinuum très large dans la fibre de fluoroindate en la pompant avec des impulsions femtosecondes à 2,5 μm en régime de dispersion anomale. Les résultats n’ont pas été aussi prometteurs pour la fibre de chalcogénure étant donnée la dispersion fortement normale à cette longueur d’onde et son seuil de dommage très faible.
Supercontinuum generation is an extreme spectral broadening that takes place in a dispersive and nonlinear medium like an optical fiber. It has found applications in various fields such as spectroscopy, metrology and defense and security. Some of them require light with a broad spectrum covering the atmospheric transmission window between 3 and 5 μm. However, currently used fibers like silica and ZBLAN have limited transmission in this range, thus justifying the use of new materials. We propose the use of fluoroindate and arsenic trisulfide fibers to serve this purpose. Both of these materials have been drawn in fibers with very low transmission losses over this spectral range. In this work, we used femtosecond pulses to generate supercontinuum in fluoroindate and arsenic trisulfide fibers. We demontrated a very broad supercontinuum in the fluoroindate fiber using femtosecond pulses in the anomalous dispersion regime of the fiber at 2.5 μm. The results were not that promising in chalcogenide fibers because of large normal dispersion at the wavelength used and low damage threshold.

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Gallot, Guilhem. "Génération d'impulsions femtoseconde intenses et accordables dans l'infrarouge moyen dynamique de la liaison hydrogène dans l'eau liquide". Palaiseau, Ecole polytechnique, 1998. http://www.theses.fr/1998EPXX0024.

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Abstract (sommario):

Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la réalisation d'une source d'impulsions femtoseconde intenses et accordables dans l'infrarouge moyen, et leur utilisation pour l'étude de la dynamique de la liaison hydrogène dans l'eau liquide par spectroscopie optique transitoire. On dispose d'une voie pompe intense et d'une voie sonde synchronisée et indépendamment accordable avec la précédente. Ces deux voies reposent sur l'amplification paramétrique dans l'infrarouge proche puis dans l'infrarouge moyen d'un quasicontinuum obtenu par automodulation de phase. Elles délivrent des impulsions accordables entre 2300 et 4000 cm1. La durée et la largeur spectrale moyennes sont respectivement de 200 fs et 50 cm1. L'énergie par impulsion est supérieure à 10j dans la zone centrale d'accordabilité et les impulsions produites ont une grande cohérence. Cette source paramétrique a ensuite permis de réaliser des expériences de spectroscopie optique transitoire et d'étudier la dynamique de la liaison hydrogène dans l'eau liquide. Nous avons ainsi mis en évidence une solvatochromie et une diffusion spectrale dans la bande inhomogène des liaisons oh centrée a 3420 cm1. Le temps de diffusion spectrale moyen est de 950 plus ou 150 fs. La variation du temps de relaxation a été étudiée. Celui-ci varie de 450 a 900 fs dans la gamme considérée. Signalons enfin que ces expériences ont permis la visualisation en temps réel d'un déplacement relatif moléculaire à l'échelle femtoseconde en phase liquide.

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Chevallier, Christ-Yves. "Conception de miroirs à réseau sub-longueur d'onde pour application VCSEL dans le moyen infrarouge". Phd thesis, Supélec, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01024257.

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Abstract (sommario):

Les lasers à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL) à base d'antimoniures dans le moyen infrarouge permettent le développement et l'amélioration d'applications telles que la détection de gaz polluants. De nouveaux miroirs à réseaux à haut contraste d'indice (HCG) ont montré un pouvoir réflecteur comparable voire supérieur aux miroirs de Bragg conventionnels avec un gain d'épaisseur d'un facteur 10 tout en offrant un effet polarisant. L'insertion de ce nouveau type de miroir au sein d'une structure VCSEL présente ainsi des avantages prometteurs pour améliorer les propriétés de ces composants pour une émission dans le moyen infrarouge. Le travail présenté dans ce manuscrit de thèse concerne la conception de miroirs HCG qui répondent aux exigences d'une intégration VCSEL en prenant en compte les contraintes technologiques et la tolérance aux erreurs de fabrication. Pour cela, dans un premier temps, un algorithme d'optimisation global a été combiné à une méthode de simulation numérique de réseaux (RCWA) afin d'automatiser la conception de miroirs. L'étude précise des tolérances des paramètres géométriques du réseau a été menée pour pouvoir ensuite développer un algorithme d'optimisation robuste. Cet algorithme permet ainsi d'obtenir non seulement un miroir répondant aux exigences de réflectivités définies par l'utilisateur mais également de conserver ces performances pour de larges gammes de tolérances. Enfin, dans une dernière partie, l'intégration du miroir à réseau dans un VCSEL a été simulée par une méthode aux différences finies (FDTD) pour étudier le fonctionnement d'un composant complet.

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Laaroussi, Youness. "Nouvelles approches technologiques pour la fabrication de Lasers à émission verticale dans le moyen infrarouge". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00781795.

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Abstract (sommario):

Le moyen infrarouge (MIR), c'est-à-dire la gamme 2-5 µm du spectre électromagnétique, présente à la fois des zones de transparence de l'atmosphère et des raies d'absorption très intenses des gaz polluants. Le MIR est donc idéal pour développer des applications telles que l'analyse des gaz polluants, les applications médicales ou de sécurité défense. Le but de la thèse est de développer une méthode de confinement latéral, et un miroir à base d'un réseau de diffraction sub-longueur d'onde à fort contraste d'indice, afin de les intégrer dans un laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL) à base d'antimoniure, pour une émission dans le MIR. Le travail se décompose en trois parties : La première partie concerne l'oxydation thermique humide latérale des couches d'AlAs et d'AlAsSb. La deuxième partie concerne les miroirs à réseau sub-longueur d'onde, conçus et réalisés à base de réseaux gravés dans une couche de GaAs, et intégrant une sous couche bas indice d'AlOx, obtenue à partir d'AlAs. La dernière partie synthétise ces deux précédentes études afin de les intégrer dans un VCSEL émettant aux alentours de 2.3µm.

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Mennerat, Gabriel. "Conception, modélisation et réalisation d'une source cohérente de forte énergie accordable dans le moyen infrarouge". Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2000. http://www.theses.fr/2000STR13245.

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Abstract (sommario):

Cette thèse expérimentale et théorique est consacrée à la conversion de fréquences optiques à forte énergie en régime impulsionnel nanoseconde pour l’émission d’un faisceau spectralement fin dans la bande 2-22 μm. Une étude bibliographique approfondie et une analyse globale ont abouti à la réalisation d’un système comportant un oscillateur paramétrique optique (OPO) suivi d’un étage à différence de fréquences. Pompé à 1,06 μm par un laser à YAG :Nd déclenché à la cadence de 10Hz, cet OPO, basé sur un cristal non-linéaire de niobate de lithium (LiNbO3) ou de KTP (KTiOPO4) et muni d’éléments d’affinement spectral intracavité, émet deux ondes accordables entre 1,8 et 2,6 μm. Les énergies maximales produites vers 2 μm en sortie d’OPO sont d’environ 500 mJ sans affinement spectral (soit un rendement proche de 50%) et comprises entre 100 et 350 mJ selon la finesse spectrale désirée (5 à 30GHz). Ces deux ondes sont à leur tour converties dans un étage mélangeur soustractif de fréquences à cristaux semiconducteurs de séléniure de cadmium (CdSe), de séléniure de gallium (GaSe), de TAS (TL3AsSe3) et de sélénogallate d’argent (AgGaSe2). Des impulsions d’énergie comprises entre 10 et 2 mJ ont été obtenues dans la bande 10-22 μm dans le CdSe. Les cristaux de GaSe nous ont permis de produire jusqu’à 1,5 mJ entre 6 et 19,2 μm. Nous avons aussi effectué la première démonstration de conversion paramétrique de fréquences dans le TAS en émettant une onde continûment accordable de 6,5 à 12 μm. Un code de simulation numérique d’OPO nanosecondes à spectre large a été réalisé en tenant compte des phénomènes physiques de diffraction anisotrope, de double réfraction, d’absorption et de polarisation non-linéaire quadratique. Confronté aux caractérisations énergétiques, spectrales, temporelles et spatiales des trois ondes générées, ce code nous a permis de mettre en évidence des effets d’absorption non-linéaire dans les cristaux mélangeurs
This thesis deals with high-energy narrow-linewidth optical frequency conversion in the 2-22 μm spectral range in the nanosecond regime. We have designed and implemented a frequency-conversion system involving a 10 Hz 1. 06 μm-pumped optical parametric oscillator (OPO) from which the signal and idler output waves are down converted in a second nonlinear optical stage. The OPO consists of a lithium niobate (LiNbO3) or a KTP (KTiOPO4) nonlinear crystal located within a singly-resonant cavity with additional frequency selective components. This OPO produces two waves in the 1. 8-2. 6 μm range with pulse energies up to 500 mJ near 2 μm in a broad bandwidth configuration and energies between 100 and 350 mJ with the line narrowing elements (linewidth from 5 to 30 GHz). The signal and idler waves from the OPO have been converted by difference-frequency mixing in various semiconductor crystals including cadmium selenide (CdSe), gallium selenide (GaSe), TAS (TL3AsSe3) and silver selenogallate (AgGaSe2). Output energies from 2 up to 10 mJ at wavelengths between 22 and 10 μm were obtained in the nonlinear crystal CdSe. We achieved a continuous tunability from 6 to 19. 2 μm in GaSe with energies up to 1. 5 mJ. We also demonstrated the first down-conversion device using the infrared crystal TAS emitting a difference-frequency wave in the μm range. We have developed an inclusive numerical model for broad-bandwidth nanosecond OPO’s taking into account the most relevant physics including diffraction, walkoff, absorption and second-order polarization effects. The model was validated by comprehensive comparison with the energy, spectral, temporal and spatial performances of the two nonlinear optical stages. It was subsequently used as an optimization tool and it demonstrated efficiency limitations due to nonlinear absorption processes in the frequency mixing crystals

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Maisons, Grégory. "Réalisation de source lasers monomodes innovantes émettant dans le moyen infrarouge : application à la spectroscopie". Phd thesis, Grenoble, 2010. http://www.theses.fr/2010GRENY058.

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Abstract (sommario):

Le point central des travaux exposés dans cette thèse est l'étude des réseaux métalliques de surface appliqué au cas des lasers à cascade quantique (LCQ) émettant dans le moyen infrarouge. Nous avons compris les phénomènes physiques mis en jeu dans ce type de structure au moyen de modèles simples qui ont été des outils puissants d'aide à la conception des composants. Les résultats sont confirmés par les études numériques utilisant le formalisme, plus complexe, des matrices S. L'étude de ces réseaux a abouti à plusieurs réalisations : (i) L'élaboration de sources monomodes avec un contrôle précis des longueurs d'onde. L'originalité de ces dispositifs réside dans l'interaction, accompagnée de faibles pertes, du champ électromagnétique avec le métal, ce qui a rendu possible la réalisation de LCQs à contre réaction répartie (DFB) fonctionnant en régime continu, à température ambiante. (ii) Le développement de nouveaux dispositifs, de faible divergence, basés sur une combinaison des réseaux métalliques du premier et second ordre. (iii) La démonstration du fort potentiel d'un LCQ couplé optiquement avec une cavité de haute finesse (OF-CEAS : Optical-Feedback Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy) pour la spectroscopie moléculaire de haute sensibilité. Tous ces développements ont démontré le degré de maturité des réseaux métalliques de surface, bien adaptés aux lasers à cascade quantique pour leur utilisation dans des systèmes de spectroscopie
This thesis work is focused on the top metal grating applied to the Quantum Cascade Lasers operating in the mid-infrared range of the electromagnetic spectrum. Physic phenomena involved in such structure have been understood thank to simple models which have been powerful tools to design devices. Results are confirmed by numerical studies based on the more complex S-matrix formalism. This study leads to several realizations: (i) The processing of single-mode sources with a precise control of the wavelength. The originality of these devices comes from the low loss interaction of the electromagnetic field with the metal. This configuration enables the processing of room temperature continuous wave distributed feedback (DFB) QCLs. (ii) The development of low divergence new devices, based on the combining of a first-order and a second order grating. (iii) The demonstration of the capability of a QCL optically coupled to a high finesse cavity (OF-CEAS : Optical-Feedback Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy) for the high sensitive molecular spectroscopy. All these developments have demonstrated the high maturity level of the top metallic grating, well adapted to the quantum cascade laser for their integration in spectroscopic systems

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Liu, Qiankun. "SiGe photonic integrated circuits for mid-infrared sensing applications". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS166/document.

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Abstract (sommario):

La spectroscopie dans le moyen-infrarouge est une méthode universelle pour identifier les substances chimiques et biologiques, car la plupart des molécules ont leurs résonances de vibration et de rotation dans cette plage de longueurs d'onde. Les systèmes moyen infrarouge disponibles dans le commerce reposent sur des équipements volumineux et coûteux, tandis que de nombreux efforts sont maintenant consacrés à la réduction de leur taille et leur intégration sur circuits intégrés. L’utilisation de la technologie silicium pour la réalisation de circuits photoniques dans le moyen-infrarouge présente de nombreux avantages: fabrication fiable, à grand volume, et réalisation de circuits photoniques à hautes performances, compacts, légers et à faible consommation énergétique. Ces avantages sont particulièrement intéressant pour les systèmes de détection spectroscopique moyen infrarouge, qui besoin d'être portable et à faible coût. Parmi les différents matériaux disponibles en photonique silicium, les alliages silicium-germanium (SiGe) à forte concentration en Ge sont particulièrement intéressants en raison de la grande fenêtre de transparence du Ge, pouvant atteindre 15 µm. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'étudier une nouvelle plate-forme SiGe à forte concentration en Ge, pour la démonstration de circuits photoniques moyen infra rouge. Cette nouvelle plate-forme devrait bénéficier d'une large gamme de transparence en longueurs d'onde de transparence et de la possibilité d’ajuster les propriétés des guides optiques (indice effectif, dispersion,…). Au cours de cette thèse, différentes plates-formes basées sur différents profils graduels du guide d’onde ont été étudiées. Tout d'abord, il a été démontré qu’il était possible d’obtenir des guides présentant de faibles pertes optiques inférieures à 3 dB/cm dans une large plage de longueurs d'onde, de 5,5 à 8,5 µm. Une preuve de concept de détection de molécules, basée sur l'absorption de la partie évanescent du mode optique a ensuite été démontrée. Ensuite, les composants formant les briques de base classiques de la photonique intégrée ont été étudiés. Les premières cavités intégrées ont été réalisées à 8 µm. Deux configurations ont été étudiées : des cavité Fabry-Perot utilisant des miroirs de Bragg intégrés dans les guides d’onde et des résonateurs en anneau. Un spectromètre à transformée de Fourier fonctionnant sur une large bande spectrale, et pour les deux polarisations de la lumière a également été démontré. Tous ces résultats reposent sur la conception des matériaux et des composants, la fabrication en salle blanche et la caractérisation expérimentale. Ce travail a été effectué dans le cadre du projet européen INsPIRE en collaboration avec le Pr. Giovanni Isella de Politecnico Di Milano
Mid-infrared (mid-IR) spectroscopy is a nearly universal way to identify chemical and biological substances, as most of the molecules have their vibrational and rotational resonances in the mid-IR wavelength range. Commercially available mid-IR systems are based on bulky and expensive equipment, while lots of efforts are now devoted to the reduction of their size down to chip-scale dimensions. The use of silicon photonics for the demonstration of mid-IR photonic circuits will benefit from reliable and high-volume fabrication to offer high performance, low cost, compact, lightweight and power consumption photonic circuits, which is particularly interesting for mid-IR spectroscopic sensing systems that need to be portable and low cost. Among the different materials available in silicon photonics, Germanium (Ge) and Silicon-Germanium (SiGe) alloys with a high Ge concentration are particularly interesting because of the wide transparency window of Ge up to 15 µm. In this context, the objective of this thesis is to investigate a new Ge-rich graded SiGe platform for mid-IR photonic circuits. Such new plateform was expected to benefit from a wide transparency wavelength range and a high versatility in terms of optical engineering (effective index, dispersion, …). During this thesis, different waveguides platforms based on different graded profiles have been investigated. First it has been shown that waveguides with low optical losses of less than 3 dB/cm can be obtained in a wide wavelength range, from 5.5 to 8.5 µm. A proof of concept of sensing based on the absorption of the evanescent component of the optical mode has then been demonstrated. Finally, elementary building blocs have been investigated. The first Bragg mirror-based Fabry Perot cavities and racetrack resonators have been demonstrated around 8 µm wavelength. A broadband dual-polarization MIR integrated spatial heterodyne Fourier-Transform spectrometer has also been obtained. All these results rely on material and device design, clean-room fabrication and experimental characterization. This work was done in the Framework of EU project INsPIRE in collaboration with Pr. Giovanni Isella from Politecnico Di Milano

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Robichaud, Louis-Rafaël, e Louis-Rafaël Robichaud. "Génération de supercontinuum dans l'infrarouge moyen à partir de fibres optiques à saut d'indice". Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/38229.

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Abstract (sommario):

Ce mémoire porte sur la génération de supercontinuum (SC) dans l’infrarouge moyen (mid-IR) à partir de fibres optiques à saut d’indice en vue d’aider l’innovation de la prochaine génération de systèmes lasers spectroscopiques autant en télédétection qu’en microscopie. Une revue exhaustive de littérature ainsi qu’une explication des bases théoriques de la génération de SC mid-IR sont présentées. Deux résultats d’impact ont été obtenus au cours des travaux. D’abord, le premier SC de type cascade s’étalant jusqu’à 8 μm a été démontré, et ce via une fibre optique d’AsSe monomode par un pompage d’impulsions picosecondes amplifiées. Ensuite, le premier SC atteignant une puissance moyenne de l’ordre du watt a été démontrée dans une fibre d’AsSe/AsS. Ce dernier résultat a été possible grâce au développement d’un laser à fibre ultrarapide amplifié émettant des impulsions hautement énergétiques à 3.6 μm et, aussi, à la déposition d’une couche mince antireflet d’Al2O3.
Ce mémoire porte sur la génération de supercontinuum (SC) dans l’infrarouge moyen (mid-IR) à partir de fibres optiques à saut d’indice en vue d’aider l’innovation de la prochaine génération de systèmes lasers spectroscopiques autant en télédétection qu’en microscopie. Une revue exhaustive de littérature ainsi qu’une explication des bases théoriques de la génération de SC mid-IR sont présentées. Deux résultats d’impact ont été obtenus au cours des travaux. D’abord, le premier SC de type cascade s’étalant jusqu’à 8 μm a été démontré, et ce via une fibre optique d’AsSe monomode par un pompage d’impulsions picosecondes amplifiées. Ensuite, le premier SC atteignant une puissance moyenne de l’ordre du watt a été démontrée dans une fibre d’AsSe/AsS. Ce dernier résultat a été possible grâce au développement d’un laser à fibre ultrarapide amplifié émettant des impulsions hautement énergétiques à 3.6 μm et, aussi, à la déposition d’une couche mince antireflet d’Al2O3.
This thesis focuses on the generation of supercontinuum (SC) in the mid-infrared (mid- IR) from step-index optical fiber in order to help the next generation of spectroscopic laser systems in both remote sensing and micro-spectroscopy applications. A comprehensive review of the literature as well as an explanation of the theoretical basis of mid-IR SC generation is presented. Two impact results were obtained during the master. First, the first cascaded SC up to 8 μm was demonstrated via a single-mode AsSe optical fiber by pumping with amplified picosecond pulses. Then, the first SC reaching an average power in the watt-level was demonstrated in an AsSe fiber, thanks to the amplified femtosecond fiber laser emitting high energy pulses at 3.6 μm and the deposition of a Al2O3 anti-reflection coatings.
This thesis focuses on the generation of supercontinuum (SC) in the mid-infrared (mid- IR) from step-index optical fiber in order to help the next generation of spectroscopic laser systems in both remote sensing and micro-spectroscopy applications. A comprehensive review of the literature as well as an explanation of the theoretical basis of mid-IR SC generation is presented. Two impact results were obtained during the master. First, the first cascaded SC up to 8 μm was demonstrated via a single-mode AsSe optical fiber by pumping with amplified picosecond pulses. Then, the first SC reaching an average power in the watt-level was demonstrated in an AsSe fiber, thanks to the amplified femtosecond fiber laser emitting high energy pulses at 3.6 μm and the deposition of a Al2O3 anti-reflection coatings.

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Moumdji, Souad. "Lasers à cristaux photoniques pour la spectroscopie infrarouge". Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01068165.

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Abstract (sommario):

Le contrôle des rejets dans l'atmosphère est une préoccupation importante de nos sociétés. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre en proposant l'étude et la réalisation de composants lasers compatibles avec des systèmes de détection de gaz polluants. La spectroscopie d'absorption par diodes laser accordables est une méthode de détection de gaz, très sensible et sélective. Elle nécessite des diodes laser fonctionnant en régime continu, à température ambiante avec une émission monofréquence et une large accordabilité. Pour répondre à ces exigences, nous proposons une géométrie originale où deux cavités laser sont couplées par un miroir à cristal photonique (CP). Le domaine du moyen infrarouge (2 à 5 µm), où de nombreuses espèces gazeuses présentent de fortes raies d'absorption, est particulièrement intéressant pour ces applications. Pour atteindre cette gamme, la famille des matériaux à base d'antimoniures est la mieux adaptée car elle permet l'obtention de composants émettant au-delà de 2 µm. Deux géométries ont été étudiées, l'une avec les CPs placés de part et d'autre du ridge, l'autre avec les CPs le traversant. Les modélisations ont montré que le second design était le plus efficace. Un enjeu majeur de cette thèse a été le développement d'un procédé technologique complet qui fait appel à des étapes de photolithographie associées à des étapes d'insolation électronique pour la définition des CPs et l'ouverture de l'isolant. Il a nécessité la mise au point de la gravure profonde des CPs. Les caractérisations des structures ont montré un fonctionnement en continu, à température ambiante. Une émission monofréquence a été obtenue. Des mesures d'absorption de méthane et de monoxyde de carbone ont validé la faisabilité de l'utilisation de ces structures dans un système de détection de gaz.

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Jouy, Pierre. "Dispositifs quantiques en régime de couplage ultra-fort lumière-matière pour l'optoélectronique dans le moyen infrarouge". Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00700819.

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Abstract (sommario):

Ce travail porte sur la réalisation de dispositifs quantiques fonctionnant en régime de couplage fort entre une excitation d'un gaz d'électrons dans un puits quantique semiconducteur et un mode de cavité dans le moyen infra- rouge. Les quasi-particules issues de ce couplage lumière-matière sont appelées "polaritons intersousbande". La première partie de ce manuscrit est consacrée à l'étude d'un dis- positif électroluminescent basé sur une structure à cascade quantique in- sérée dans une microcavité planaire. Par une analyse détaillée des spectres d'électroluminescence à différents voltages, je démontre que les états de po- laritons sont peuplés de façon résonante, à une énergie qui dépend du voltage appliqué à la structure. Les résultats expérimentaux sont analysés et in- terprétés à l'aide d'un modèle reliant les spectres d'électroluminescence aux propriétés de l'injecteur de la structure à cascade. Pour augmenter la sélectivité de l'injection et observer ainsi une exaltation de l'émission spontanée, un nouveau type de cavité est développé dans la sec- onde partie de ce travail. Il s'agit d'une cavité basée sur un confinement plas- monique, dans laquelle la lumière est confinée entre deux plans métalliques, dans une épaisseur très inférieure à la longueur d'onde. Le miroir supérieur est façonné en réseau. L'influence des différents paramètres du réseau est étudiée et deux régimes sont mis en évidence: un régime où le mode de cavité se couple à un mode de plasmon de surface et un régime où le mode de cavité ne présente pas de dispersion en énergie. En insérant des puits quantiques dopés dans une cavité de ce deuxième type, les régimes de couplage fort puis de couplage ultra-fort lumière-matière sont démontrés jusqu'à température ambiante. La valeur importante du dédoublement de Rabi et la forte densité d'états polaritoniques obtenues dans ce type de cavité en font un candidat très prometteur pour la réalisation de dispositifs électroluminescents infrarouges de grande efficacité radiative et fonctionnant sans inversion de population.

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Lebedinsky, Jérémy. "Détermination des champs de température et de concentration par spectroscopie dans une combustion". Thesis, Paris 10, 2013. http://www.theses.fr/2013PA100183/document.

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Abstract (sommario):

L’objectif de cette thèse était de développer et d’appliquer une nouvelle méthode de mesure permettant de dresser des cartographies instantanées des températures et des concentrations des diverses espèces présentes dans les gaz de combustion et aider à la détermination des performances de moteurs et mieux comprendre les mécanismes de réaction.Pour cela, un moyen de mesure optique, non intrusif pour ne pas interagir sur le fonctionnement du moteur, a été mis au point, ce qui a permis ainsi une meilleure analyse des performances et donc une mise au point plus rapide des moteurs. De par ses caractéristiques, le système peut réaliser des mesures résolues temporellement et spatialement. Outre les investigations dans les écoulements réactifs des propulseurs à réaction, ce système de mesure peut être également utilisé ultérieurement pour la mise au point des moteurs cycliques à détonation, à allumage commandé (essence) ou par compression (diesel, HCCI). Les temps de réponse (inférieures à 10 μs) du moyen de mesure sont compatibles avec les phénomènes étudiés. Cette technique de mesure peut également être embarquable sur un aéronef pour effectuer des mesures en vol.Le but était donc de mettre au point un système optique permettant la mesure de ces différents paramètres à distance. La spectroscopie est un outil adapté à cette étude. C’est une méthode physique non intrusive qui, associée à un LIDAR (télédétection laser), permet la mesure précise et instantanée de la température et de la concentration des gaz de combustion et de connaître leur évolution temporelle. Il peut être envisagé par la suite de mesurer directement l’avancement de la combustion afin d’améliorer le rendement et par voie de conséquence diminuer les rejets de polluants
The aim of the present PhD thesis was to develop and apply a new measurement technique allowing one to create maps of the temperature and t-he concentration of various species within combustion gas, to determine the performances of the engines and get a better understanding of the reaction mechanisms.In order to do so, a non-invasive optical measurement technique was setup. This has enabled us to have better an analysis of the performances and hence, a faster adjustment of the engines. Thanks to its characteristics, the system is able to do some spatial and temporal resolved measurements. Apart from reacting flows in propellers, this measurement technique can also be used for the design of detonation and spark ignition engines or compression engines. The response times (lower than 10 μs) are compatible with the phenomena under investigation. This technique can also be used in airplanes to enable on-flight measurements.The aim was hence to setup an optical system allowing the measurement of these different parameters from a distance. Spectroscopy is a well-suited tool for this work. It is a non-intrusive physical measurement which, combined with LIDAR, allows the precise and instantaneous measurement of the temperature and the concentration of combustion gas as well as the following of their temporal evolution. It would be worth considering measuring the progress of the combustion directly so as to improve the performance and hence reduce the formation of pollutants

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Gerber, Fanny. "Estimation du contenu en eau de la végétation par télédétection hyperspectrale dans le infrarouge". Paris, Institut de physique du globe, 2011. http://www.theses.fr/2011GLOB0006.

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Hassoun, Abdo. "Développement de méthodes rapides et non destructives basées sur les spectroscopies de fluorescence et dans le moyen infrarouge pour la détermination de la qualité du poisson". Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10179.

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Abstract (sommario):

Actuellement, les consommateurs sont à la recherche de produits frais, naturels et authentiques, et ils prêtent une grande attention à l’origine du produit qu'ils consomment. Les méthodes spectroscopiques, en particulier la spectroscopie de fluorescence frontale (SFF) et dans le moyen infrarouge (MIR), sont largement utilisées pour déterminer la qualité des produits agro-alimentaires. Cependant, leur utilisation n'est pas encore suffisamment développée dans le secteur du poisson et des produits de la mer. La première partie de ce travail a été consacrée à l'investigation du potentiel de la SFF à évaluer l’état de fraîcheur du poisson conservé dans différentes conditions comparés aux méthodes traditionnelles. Les résultats obtenus au moyen de la spectroscopie de fluorescence ont permis de discriminer les filets de merlan en fonction du temps d’entreposage et des conditions de conservation. La conservation des filets de merlan sous atmosphère modifiée composée de 50 % CO2 et 50 % N2 et le trempage des filets de maquereau dans des huiles essentielles de basilic / romarin a permis d'augmenter la durée de conservation des poissons. Par ailleurs, dans l’objectif d’explorer les potentialités des méthodes spectroscopiques pour authentifier le poisson, les études suivantes ont été réalisées :- Étude sur des filets de bar frais et congelés / décongelés dans le but de développer une méthode rapide basée sur la SFF pour différencier un poisson frais de celui qui ne l'est pas.- Authentification des longes de thons et des conserves de thons appertisées en fonction de leurs origines géographiques (Indien, Pacifique et Atlantique) et des espèces (albacore, listao et obèse)
Nowadays, consumers are seeking fresh, natural, and authentic products, and they pay close attention to the origin of the products they consume. The spectroscopic methods, especially front-face fluorescence spectroscopy (FFFS) and mid-infrared spectroscopy (MIR), have been widely used to determine the quality of food products. However, their use has not yet been sufficiently developed in the field of fish and seafood products to assess the quality - freshness and authenticity of these products. The first part of this work was dedicated to investigate the potential of FFFS to evaluate the freshness of fish stored under different conditions, compared to the traditional methods. The results obtained with fluorescence spectroscopy allowed discriminating between whiting fillets as a function of the storage time and storage condition. The preservation of whiting fillets under modified atmosphere packaging composed of 50 % CO2 and 50 % N2 and the soaking of mackerel fillets in the essential oils of basil / rosemary have been proposed to extend the shelf life of fish. Furthermore, with the aim of exploiting the potential of spectroscopic methods to authenticate fish, the following studies were undertaken :- Study conducted on fresh and frozen thawed sea bass fillets with the purpose of developing a rapid method based on the FFFS to differentiate between fresh and frozen / thawed fish. - Authentication of tuna loins and canned tuna according to their geographical origins (Indian, Pacific, and Atlantic) and their species (yellowfin, skipjack, and bigeye)

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Lambert, Girard Simon. "Détection de molécules par lidar agile multi-longueurs d'onde dans l'infrarouge moyen". Doctoral thesis, Université Laval, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11794/26425.

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Abstract (sommario):

Cette thèse présente la preuve de concept d’un nouveau système de télédétection multi-gaz utilisant la spectroscopie active d'absorption optique différentielle (active Differential Optical Absorption Spectroscopy ou active DOAS). Le système opère dans l’infrarouge proche et moyen. Celui-ci est conçu pour mesurer des gaz à une distance d’une centaine de mètres avec l’utilisation de cibles non coopératives, telles que les éléments de la topographie du terrain. Le système inclut un générateur paramétrique (Optical Parametric Generator ou OPG) permettant la génération d’impulsions ayant un spectre large (10 à > 100 nm) et dont la longueur d’onde centrale est accordable entre 1.5 et 3.8 µm. Un télescope couplé à un spectrographe et à une caméra MCT-APD maison permettent de détecter le spectre de retour de chaque impulsion. Les expériences montrent la détection simultanée, dans l’air et dans une cellule, de H2O et CO2 à 2 µm et de H2O et CH4 à 3.3 µm. Les limites de détection pour notre expérience sont respectivement de 158 et 1 ppm·m pour le gaz carbonique et le méthane. Un algorithme original permet d’extraire les concentrations de gaz à partir d’un spectre de transmission présentant de signatures fortes d’absorption. Le développement d’un OPG conçu spécialement pour le système est détaillé. Son utilisation offre des avantages intéressants pour la mesure de gaz à distance. Les propriétés de l’OPG sont étudiées numériquement et expérimentalement afin d’optimiser son utilisation pour la mesure de gaz. Nous discutons des compromis à faire sur les paramètres de la pompe, du cristal et des sources d’injection (seed). L’objectif est d’optimiser la densité spectrale et la divergence tout en augmentant l’énergie de sortie. Un laser d’injection large bande est construit et il permet d’optimiser la stabilité de l’OPG d’une impulsion à l’autre, la densité d’énergie et la divergence. Un modèle numérique permet de simuler correctement le niveau de puissance de l’OPG, d’expliquer les mécanismes de saturation de l’amplificateur et de proposer des moyens pour améliorer la stabilité d’une impulsion à l’autre.
This thesis presents the proof-of-concept of a novel remote sensing system designed for the detection of molecular species, such as gas pollutants, via active Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS) in the short and mid wavelength infrared (SWIR/MWIR). The system is designed to be used in applications where gases need to be detected at a distance of about one hundred meters with the use of non-cooperative targets such as topographical features. The system includes an Optical Parametric Generator (OPG) generating broad linewidth (10 to > 100 nm) pulses tunable between 1.5 and 3.8 µm. A telescope coupled to a grating spectrograph and an in-house gated MCT-APD measures the whole return spectrum of each pulse. Experiments show simultaneous detection in indoor atmospheric air and inside a cell of H2O and CO2 at 2 µm and H2O and CH4 at 3.3 µm. In the context of our experiment, the detection limits for CO2 and CH4 are 158 and 1 ppm·m, respectively. A new algorithm is also presented enabling the determination of concentrations when spectra include strong absorption features. The development of a dedicated Optical Parametric Generator (OPG) is presented in detail. Its use in remote sensing of gaseous pollutants offers some promising advantages. The OPG properties are studied numerically and experimentally in order to optimize its use for the application. We discuss trade-offs to be made on the properties of the pump, crystal and seeding signal in order to optimize the pulse spectral density and divergence while enabling energy scaling. A seed with a large spectral bandwidth is shown to enhance the pulse to pulse stability and optimize the pulse spectral density and divergence. A numerical model simulating the OPG process is proposed and includes the multiple wavelength nature of the beams. It shows excellent agreement with experimental output power. The model also explains the mechanisms of gain saturation in OPGs and helps finding means of enhancing the pulse to pulse stability.

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Sanchez, Dorian. "Étude et conception d’un nouveau système de confinement pour le VCSEL GaSb émettant dans le moyen-infrarouge". Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20204/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse porte sur l'étude et la réalisation de Lasers à Emission par la Surface à Cavité Verticale pompés électriquement (EP-VCSELs) à base d'antimoniures émettant dans le moyen-infrarouge au-delà de 2 µm. Ces VCSELs proposent des caractéristiques intéressantes pour la détection de gaz tel qu'une émission monomode et une large accordabilité sans saut de mode. L'objectif de ce travail était de développer de tels composants. La première partie de ce mémoire présente les propriétés des couches qui seront empilés pour former la structure VCSEL. La seconde partie traite des différentes conditions pour obtenir une source laser monomode. La troisième partie présente les procédés de fabrication qui ont étés mis en place. Notamment de la sous-gravure sélective de la Jonction Tunnel (JT), qui est une technique de confinement originale dans le système GaSb. Celle-ci permet de réduire le diamètre de la JT jusqu'à 6 µm, ce qui est la condition pour obtenir une émission monomode.La dernière partie de ce manuscrit présente les caractérisations menées sur les structures monolithiques à JT sous-gravées. La sous-gravure sélective nous a ainsi permis d'obtenir le premier EP-VCSEL monolithique monomode. Ce composant fonctionne au-delà de la température ambiante et en régime continu. Avec des courants de seuils aussi bas que 1,9 mA et un fonctionnement jusqu'à 70°C. Le développement des structures monolithique à zone active (ZA) en cascade a également permis d'augmenter les puissances optiques en sortie de ces composants. Celles-ci sont passées de 300 µW @ 20°C à 950 µW pour la première structure citée classique et la structure à ZA en cascades respectivement
This thesis deals with study and conception of GaSb-based electrically pumped Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (EP-VCSELs) emitting in the mid-infrared range above 2 µm. This VCSELs exhibits suitable characteristics for gas analysis like single-mode emission and a large current tunability without mode-hopping. The objective of this work was to develop such devices. The first part of this work is about properties of the epitaxial stack layers used to form the VCSEL structure. The second parts deal with characteristics and the confinement system to design a single mode cavity. The third part presents manufacturing process which has been set up, like Tunnel Junction (TJ) under-etching, which is an innovate approach on the GaSb system. It allows reducing TJ diameter down to 6 µm, which is a necessary point to demonstrate single-mode operation.The final part of this manuscript presents the characterisations purchased on the under-etched TJ monolithic-VCSELs. Selective under-etching of the TJ allowed the first demonstration of the first single-mode monolithic EP-VCSEL. This device emits around 2.3 µm in continuous regime above room temperature. This device exhibits threshold currents as low as 1.9 mA and operate up to 70°C. The development of bipolar cascaded VCSELs has also allowed increasing the optical power on large diameter multimode, with a maximum output power of 300 µW and 950 µW@20°C for the classic and the bipolar cascaded VCSEL respectively

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Dherbecourt, Jean-Baptiste. "Processus non linéaires pour la génération d'impulsions picosecondes accordables dans l'infrarouge moyen". Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/59/92/11/PDF/JBthese.pdf.

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Abstract (sommario):

De nombreuses applications, telles que la spectroscopie résolue en temps, requièrent de développer de nouvelles sources laser, qui émettent des impulsions courtes et accordables dans l'infrarouge moyen. Dans ce domaine, l'optique non linéaire apporte un grand nombre de solutions. D'une part les processus de conversion de fréquence permettent d'envisager l'extension du domaine spectral couvert par les sources laser. D'autre part les spécificités des processus non linéaires permettent d'envisager la création de fonctions optiques rapides. Dans ces travaux, nous mettons à profit ces deux aspects à travers la réalisation de dispositifs originaux de génération d'impulsions picosecondes. La première contribution de la thèse est la réalisation d'une source OPO à pompage synchrone basée sur un cristal de ZGP émettant des impulsions picosecondes dans la bande 3,8 µm- 5,6 µm. Les performances des différents étages de conversion sont discutées à la fois par des considérations expérimentales et numériques. La seconde contribution est le développement d'une source laser ZnSe:Cr2+ à modes verrouillés par un dispositif de miroir non linéaire d'ordre 2 à base de PPLN, accordable dans la bande 2,45 µm - 2,55 µm. Le miroir non linéaire est tout d'abord caractérisé en dehors de la cavité laser, puis le verrouillage de mode du laser est expérimentalement réalisé. Nous proposons enfin de généraliser la fonction miroir non linéaire en donnant les conditions d'obtention d'un verrouillage de modes par la modulation combinée de l'amplitude et de la phase de l'onde laser
Many applications, like time-resolved spectroscopy, require the development of new coherent light sources emitting tunable short pulses in the mid-infrared. In this field, nonlinear optics offer particularly attractive solutions. First of all, the parametric generation process allows extension of the spectral coverage of conventionnal laser sources. Secondly, nonlinear processes display specific properties, which can be controlled in order to create original fast optical functions. In this work, we use these properties to realize picosecond pulses generation devices. We begin with the realization of a synchronously pumped OPO based on a ZGP crystal, emitting tunable picosecond pulses in the 3,8 µm- 5,6 µm spectral range. The performances of the different conversion stages are discussed from experimental and numerical considerations. Then we adress optical sources including a laser medium and a nonlinear crystal. We build a nonlinear mirror using a PPLN crystal and insert it in a Cr2+:ZnSe laser to produce tunable picosecond pulses by passive modelocking in the 2,45 µm - 2,55 µm range. The nonlinear mirror is designed and characterized in an extracavity experiment, then we detail the mode-locking experiment. Finally, we generalize the nonlinear mirror concept, by proposing means of getting passive mode-locking by combination of amplitude and phase modulation in the laser cavity

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Spitz, Olivier. "Mid-infrared quantum cascade lasers for chaos secure communications". Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLT054.

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Abstract (sommario):

Les lasers à cascades quantiques (LCQs) sont des lasers semiconducteurs émettant dans le moyen-infrarouge. Ce domaine optique est bien connu pour ses propriétés d'absorption pour de nombreuses molécules et les lasers à cascades quantiques ont déjà fait leurs preuves en spectroscopie. Des expériences de communication en espace libre ont également vu le jour à ces longueurs d'onde et l'objectif de cette thèse était d'explorer plus en détail ce champ d'applications en réalisant une communication sécurisée reposant sur le chaos optique. La thèse avait pour but de préciser de manière expérimentale les conditions optimales (température, courant de pompe, longueur de cavité externe...) pour obtenir du chaos optique afin de l'utiliser dans des applications futures. Durant cette thèse, une transmission sécurisée a été réalisée avec deux LCQs grâce au principe de synchronisation du chaos, ce qui est une première. Cela permet d'entrevoir tout le potentiel offert par ces lasers en terme de communication au moyen-infrarouge, où la transparence de l'atmosphère donne un net avantage aux LCQs comparés aux diodes laser conventionnelles émettant dans le proche infrarouge. En parallèle de ces expériences sur les communications sécurisées, d'autres phénomènes non-linéaires ont également été observés en fonction des conditions d'opération. Ainsi, le phénomène d'entrainement, connu pour les diodes laser, a pu être démontré expérimentalement. Lors d'une réinjection avec rotation de polarisation, il a été possible de voir que le LCQ était capable d'émettre une onde carrée dont la période et le rapport cyclique pouvaient être modifiés en fonction des paramètres du montage. Enfin, la présence d'événements extrêmes, commune à d'autres systèmes optiques et même d'autres systèmes physiques, a également pu être observée, ce qui pourrait être un frein à un système de communication utilisant des LCQs car les événements extrêmes ont tendance à perturber le signal du laser et ainsi à brouiller le message envoyé. L'ensemble de ces résultats expérimentaux a permis une meilleure compréhension des dynamiques non-linéaires présentes dans un LCQ et contribueront à étendre les champs d'application pour ce type de laser moyen-infrarouge qui reste pour le moment restreint à la spectroscopie et aux contre-mesures optiques mais dont le potentiel est très élevé
The mid-infrared domain is a promising optical domain because it holds two transparency atmospheric windows, as well as the fingerprint of many chemical compounds. Quantum cascade lasers (QCLs) are one of the available sources in this domain and have already been proven useful for spectroscopic applications and free-space communications. The purpose of that dissertation is to go one step further by implementing a secure free-space communication relying on optical chaos and consequently, to give an accurate cartography of non-linear phenomena in quantum cascade lasers. Initial efforts about free-space secure chaotic transmission have been carried out during this Ph.D. thesis with two chaos-synchronized QCLs, which is a pioneer result paving the way for mid-infrared private communications. In order to have a global picture about the non-linear dynamics in QCLs under external optical feedback, we tuned many experimental parameters and this allowed us studying new phenomena in QCLs. We thus found similarities between QCLs and laser diodes when the chaotic dropouts are synchronized with an external modulation, known as the entrainment phenomenon. A cross-polarization reinjection technique led to square-wave emission in the output of the QCL. Eventually, we studied the triggering of rogue waves in QCLs. Rogue waves are a quite common phenomenon in optics (among other domains in science) but they have never been triggered on-demand in semiconductor lasers under external optical feedback before. Further studies will try to avoid such phenomenon in the output of a QCL under external optical feedback since it can disturb the message to be transmitted in a secure communication. All these experimental results allowed a better understanding of the non-linear dynamics of QCLs and will extend the potential applications of this kind of semiconductor lasers, which have currently been restricted to molecular spectroscopy and optical countermeasure systems

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Rodriguez, Jean-Baptiste. "Superréseaux InAs/GaSb réalisés par épitaxie par jets moléculaires pour photodétection à 300 K dans le moyen-infrarouge". Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00618583.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse porte sur l'élaboration, la croissance par épitaxie par jets moléculaires, et la caractérisation de superréseaux InAs/GaSb (SR) pour la réalisation de photodétecteurs infrarouges opérant dans la gamme de longueur d'onde 3-5 μm à température ambiante (RT). La première partie de ce mémoire présente les particularités de la détection infrarouge, ainsi qu'un état de l'art des différentes filières de détecteurs. Nous mettons également en exergue les propriétés des photodétecteurs infrarouges à SR (SLIPs) faisant de ce système de matériaux, un candidat très prometteur pour s'imposer dans la prochaine génération de caméras infrarouges. La seconde partie expose la croissance par EJM des SR sur substrat GaSb. La compensation de la contrainte par insertion d'une couche d'InSb à l'interface GaSb sur InAs a été étudiée, ainsi que l'influence de divers paramètres de croissance (température de croissance, pression équivalente des éléments V, ...). Les échantillons ont été caractérisés , et les mesures ont confirmé une grande qualité cristalline, et des SR épais (jusqu'à 2.5 μm) ont été réalisés. Enfin, nous avons élaboré des SLIPs p-i-n avec une longueur d'onde de coupure de 5.6 μm dont les caractérisations sont présentées dans la dernière partie. Ces composants à géométrie mesa ont fonctionné à RT avec un R0A~2-4.10-3 Ω.cm² , une sensibilité de 80 mA/W à 0 V donnant une détectivité spécifique calculée à 4 μm de 4.107 cmHz0.5/W. Une légère amélioration a été obtenue en insérant une couche d' Al0.4GaSb entre la couche buffer et le SR: un R0A~6.10-3 Ω.cm² , une sensibilité de 300 mA/W à -0.4 V donnant une détectivité spécifique calculée à 4 μm de 7.107 cmHz0.5/W.

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Rodriguez, Jean Baptiste. "Superréseaux InAs/GaSb réalisés par épitaxie par jets moléculaires pour photodétection à 300 K dans le moyen-infrarouge". Montpellier 2, 2005. http://www.theses.fr/2005MON20223.

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DUPONT, EMMANUEL. "Modulation de phase et d'amplitude d'ondes electromagnetiques moyen-infrarouge dans des structures a multi-puits quantiques gaas/gaalas". Paris 11, 1993. http://www.theses.fr/1993PA112018.

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Abstract (sommario):

Les multi-puits quantiques gaas/gaalas permettent de realiser les fonctions de modulation de phase et d'amplitude d'ondes moyen-infrarouge via les transitions intersousbandes. Ces transitions optiques fortement resonnantes dans la gamme spectrale 8-12 m sont a l'origine des susceptibilites non linaires elevees de ces heterostructures. Les modulations de phase et d'amplitude par des effets electrooptiques du premier et du second ordre sont tout particulierement etudiees ici. L'electrorefraction liee a la modification de la dispersion d'indice associee aux transitions intersousbandes est mise en evidence par interferometrie laser. La transformation de kramers-kronig permet de demontrer la correlation directe entre l'electrorefraction et l'electroabsorption. Trois types de structures sont proposes. Les modulateurs a effet stark sont etudies dans un premier temps. Ils sont constitues de puits asymetriques, la modulation consiste a modifier, par un champ electrique externe, la longueur d'onde de resonance intersousbande. La seconde possibilite consiste a modifier electriquement la force d'oscillateur des transitions intersousbandes. Pour ce faire, on utilise des doubles puits quantiques ou deux niveaux excites sont, a tension nulle, a l'anticroisement. L'influence de la densite electronique sur l'absorption intersousbande et la dispersion d'indice associee est egalement etudiee. Des doubles puits quantiques asymetriques sont proposes. La technique consiste a appliquer un champ electrique pour transferer par effet tunnel des electrons d'un puits vers l'autre. Ce faisant, puisque les puits n'ont pas les memes energies de resonance intersousbande, on agit sur l'occurrence de deux transitions optiques. Les performances de ces trois dispositifs sont comparables: typiquement 20% pour le taux de modulation d'amplitude et /38 radians pour le dephasage, tous deux induits par un champ electrique de 20 kv/cm

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Jahjah, Mohammad. "Mise au point d'un système innovant de spectroscopie d'absorption multigaz par diodes lasers accordables dans le moyen infrarouge". Thesis, Montpellier 2, 2011. http://www.theses.fr/2011MON20158/document.

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Abstract (sommario):

La mesure des polluants fait l'objet depuis la fin du XXème siècle d'une attention toute particulière pour la préservation de la planète. Les espèces gazeuses, plus précisément le méthane, présent dans le MIR, possède des forces de raies très intenses, ce qui rend la technique plus sensible. La technique de détection de gaz utilisée durant ma thèse est choisie après une large comparaison entre différentes techniques appartenant à la SDLA. Cette technique est la technique QEPAS. Elle a montré depuis son invention en 2002, une grande sensibilité et sélectivité dans le domaine d'analyse de gaz. La source de lumière utilisée dans la QEPAS est une diode laser accordable (laser à SC), ce qui permet de rendre la technique plus sélective, en variant sa longueur d'onde d'émission en fonction du courant injecté et/ou température de régulation, pour se localiser sur une raie souhaitée à détecter. Le détecteur de la QEPAS est le diapason à quartz (QTF). Ce dernier est très sensible à la force minime appliquée par l'onde acoustique, ce qui rend la technique très sensible aux faibles concentrations. Plusieurs étapes de caractérisations sont exigées pour déterminer les caractéristiques de la diode laser et du QTF. Après le choix de la diode laser et du QTF, idéaux pour la spectroscopie, on passe à l'évaluation de la technique QEPAS dans le domaine d'analyse de gaz. Les limites de détection du méthane obtenues avec la technique QEPAS sont 0.8 ppmv et 400 ppbv à 2.3 µm avec un laser à Fabry-Pérot et un laser à cristaux photoniques, respectivement, et 100 ppbv à 3.3 µm avec un laser DFB.Ce travail a permis d'obtenir une technique performante (sensible, sélective, pas cher…), dans le domaine d'analyse de gaz
The measurement of the pollutants is the subject since the late twentieth century especially in attention to protecting the planet. The gaseous species, specifically methane, present in the MIR, has strengths rays very intense, making the technique more sensitive.The detection technique of gas used during my PhD was chosen after an extensive comparison of different techniques belonging to the SDLA. This technique is the QEPAS technique. It has shown since its invention in 2002, a high sensitivity and selectivity in gas analysis. The light source used in the QEPAS is a tunable diode laser (Laser SC), thus making the technique more selectively, by varying the wavelength of emission as a function of injected current and / or control temperature to be located on a line desired to detect. The detector is QEPAS of quartz tuning fork (QTF). The latter is very sensitive to small force applied by the acoustic wave, which makes the technique very sensitive to low concentrations. Several steps are required characterization to determine the characteristics of the laser diode and the QTF. After choosing the laser diode and the QTF, ideal for spectroscopy, we pass to the evaluation of the technique QEPAS in gas analysis. The detection limits of methane obtained with the technique are QEPAS 0.8 ppmv and 400 ppbv to 2.3 microns with a Fabry-Perot laser and a photonic crystal laser, respectively, and 100 ppbv to 3.3 microns with a DFB laser.This work has provided a powerful technique (sensitive, selective, cheap ...) in gas analysis

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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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Helle, Marion. "Localisation du ganglion sentinelle au moyen de nanoparticules fluorescentes émettant dans le proche infrarouge : Application au cancer du sein". Phd thesis, Université de Lorraine, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00762073.

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Abstract (sommario):

La biopsie du ganglion sentinelle (GS) est actuellement la technique de référence pour le diagnostic des métastases ganglionnaires du cancer du sein. Cependant, les traceurs utilisés pour la cartographie du GS (colorant bleu et radiocolloïde) ne sont pas idéaux et peuvent occasionner des réactions allergiques et engendrer des coûts importants. Une alternative à l'utilisation de ces traceurs repose sur le repérage du GS par imagerie de fluorescence proche infrarouge à l'aide de nanoparticules. Deux types de nanoparticules ont été étudiés : les Quantum Dots (QDs) à base d'indium et les nanoparticules de silice (NPSi) renfermant de la cyanine 7. Notre étude s'est basée sur des QDs-indium, dont la toxicité est supposée être plus faible que celle des QDs à base de cadmium. La visualisation du GS par les traceurs actuels étant altérée par l'envahissement métastatique du ganglion, un modèle murin de carcinome mammaire présentant des métastases ganglionnaires a été utilisé. La présence de cellules métastatiques dans le ganglion n'affecte pas la migration des QDs puisqu'aucune différence d'intensité de fluorescence n'a pu être détectée entre les ganglions sains et les ganglions envahis. L'étude de biodistribution a mis en évidence une capture majeure des QDs au point d'injection et dans les ganglions ainsi qu'une plus faible concentration dans le foie et la rate. La toxicité des QDs a été évaluée in vitro et a démontré une toxicité fortement réduite des QDs-indium par rapport aux QDs-cadmium. Les NPSi ont été largement appliquée à l'imagerie tumorale mais les études portant sur la visualisation du GS sont peu nombreuses. Les avantages de l'encapsulation de la cyanine 7, fluorophore hydrophobe émettant dans le proche infrarouge, dans des NPSi comprennent notamment une meilleure rétention dans le GS et une toxicité in vitro considérablement limitée par rapport au fluorophore libre. Les souris ont été suivies pendant 3 mois après injection de NPSi et aucun signe de toxicité générale ou hépatique n'a pu être décelé. Ces deux types de nanoparticules fluorescentes sont particulièrement bien adaptés à la cartographie du GS et pourraient avantageusement remplacer les traceurs employés actuellement.

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Vivet, Nicolas. "Elaboration et caractérisation de films minces Cr2+:ZnSe nanostructurés pour la fabrication de microlasers émettant dans le moyen infrarouge". Phd thesis, Université de Caen, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00347093.

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Abstract (sommario):

Il existe une demande de plus en plus importante pour des sources laser bon marché émettant dans le moyen infrarouge (MIR) à température ambiante pour différentes applications incluant la détection des constituants atmosphériques, la communication optique et le domaine de la médecine. De part ses propriétés optiques et structurales, le Cr2+: ZnSe est devenu le candidat idéal pour une émission largement accordable dans la région 2-3 µm.
Dans l'objectif de développer un laser compact pompé électriquement, des films minces de Cr2+:ZnSe ont été élaborés à température ambiante par pulvérisation magnétron radiofréquence d'une cible de SiO2 recouverte de morceaux de ZnSe et de chrome sous plasma d'argon pur, sur des substrats de verre, Si et GaAs.
Quelque soit le substrat, les films déposés sont constitués de ZnSe cubique quasi-stoechiométrique et présentent une structure colonnaire avec une forte orientation préférentielle dans la direction 111. Le recours à l'analyse combinée par diffraction X a permis de résoudre simultanément la texture, la structure et la microstructure d'un des films déposés. Le spectre de PL des films à température ambiante dans le domaine 2-3 µm, comparable à celui des cristaux de référence de Cr2+ :ZnSe, a été obtenu d'une part par excitation directe des ions Cr2+ (1.85 µm) et d'autre part par excitation indirecte en utilisant un laser visible. Les paramètres de dépôt (puissance radiofréquence, pression d'argon, quantité de chrome) ont été optimisés pour obtenir des films présentant une intensité de PL maximum dans le MIR.

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Chazal, Richard. "Lignocelluloses de graminées : apports de la spectroscopie dans le moyen infrarouge et de l'empreinte enzymatique à leur étude structurale". Nantes, 2014. http://www.theses.fr/2014NANT2061.

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Abstract (sommario):

La conversion des lignocelluloses de graminées en bioéthanol est affectée par les lignines et leur réticulation aux hémicelluloses. Sélectionner des ressources adaptées à cette conversion requiert d'approfondir les connaissances sur les lignines et les hémicelluloses et de développer des méthodes d'analyse à haut débit pour cribler les matières premières. Dans un premier volet, les potentialités de la spectroscopie dans le moyen infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) pour la prédiction de paramètres modulant cette conversion ont été évaluées sur des matériels pariétaux (MP) issus de tiges matures de graminées (maïs, blé, sorgho, bambou, Brachypodium), MP analysés pour leurs taux et structure des lignines, taux et composition des polysaccharides et quantités d'acides p-coumarique et férulique estérifiés. L'isolement de fractions de lignines LDC à partir de ces MP par acidolyse a permis d'identifier les signaux FTIR les plus spécifiques des lignines. L'analyse en composantes principales des spectres FTIR de 16 fractions LDC et de 31 MP a confirmé la variabilité de leurs lignines, révélée par les analyses chimiques. Les analyses multivariées par régression PLS effectuée sur les spectres FTIR (sous forme de dérivée seconde) et les analyses chimiques ont fourni des modèles performants pour la prédiction du taux de lignines, du taux de p-coumarate et de paramètres associés à la structure des lignines. En revanche, aucun modèle performant n'a pu être obtenu pour les polysaccharides ou les esters féruliques. Les modèles de prédiction obtenus devront être consolidés par une plus large gamme d'échantillons de graminées. Dans une seconde partie, la structure des arabinoxylanes natifs de MP de maïs (entrenoeuds, feuille, rafle) a été analysée par empreinte enzymatique à l'aide d'une endoxylanase suivie de l'analyse par chromatographie HPAEC et spectrométrie de masse ESI-ORBITRAP des oligosaccharides obtenus. Parallèlement, des fractions hémicellulosiques (hémicelluloses A et B) ont été extraites à partir des mêmes MP et soumis à la même analyse. Les empreintes des fractions isolées se différencient par les proportions relatives en oligomères substitués dont la structure a été établie au cours de ce travail. Si l'empreinte enzymatique des MP de maïs les distingue en fonction de leur origine, elle semble sous-estimer les structures substituées des arabinoxylanes natifs. Cependant, les résultats obtenus ici soulignent les potentialités de l'empreinte enzymatique de MP de graminées, tout en évitant l'extraction préalable à leur étude structurale conventionnelle
The enzymatic cellulose-to-ethanol conversion applied to grass lignocellulosics is detrimentally affected by lignins and their cross-linking to hemicelluloses. Selecting grass cell walls less recalcitrant to enzymatic hydrolysis and monitoring their compositional changes during the process call for developing high throughput and informative methods. In the first chapter, the potential of Fourier transform mid infrared spectroscopy for the prediction of cell wall traits that could be targeted for improved saccharification was evaluated on a series of extract-free cell walls (EFCW) prepared from mature grass stems (maize, sorghum, wheat, bamboo, brachypodium). These samples were analyzed for lignins, carbohydrates, and p-coumaric and ferulic esters. In addition, a set of purified grass lignin standards was obtained from these samples by mild acidolysis and subjected to the same chemical analyses. Partial least square (PLS) analyses were applied to mid infrared and chemical data of 16 grass lignin standards and of 31 grass EFCW. The resulting models showed a good predictive ability with regard to the EFCW lignin content and to lignin structural traits revealed by thioacidolysis, as well as to the level of p-coumarate esters. By contrast, no satisfying model could be obtained to predict polysaccharide traits or ferulic esters. In the next future, the FTIR-based models built to predict important grass cell wall traits will be consolidated and improved by the addition of a wider range of grass samples. In the second chapter, the structural investigation of native arabinoxylans from maize EFCW samples (internodes, leaves, cobs) was carried out by enzymatic fingerprint, using an endoxylanase hydrolysis followed by HPAEC chromatography and ESI-ORBITRAP mass spectrometry of the resulting oligosaccharides. The same fingerprint was comparatively applied to hemicellulosic fractions (hemicelluloses A and B) isolated by the conventional extraction methods. The oligosaccharides obtained from EFCW and from isolated hemicelluloses displayed different substitution degree. While the enzymatic fingerprints of EFCW maize samples were diagnostic for their anatomical origin, they underestimated the more substituted arabinoxylan structures. However, the present results underline the great potential of enzymatic fingerprint performed on lignocellulosic step samples, without the time-consuming extraction conventionally employed for their structural investigation

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Morvan, Marie. "Modèles de régression pour données fonctionnelles hétérogènes : application à la modélisation de données de spectrométrie dans le moyen infrarouge". Thesis, Rennes 1, 2019. http://www.theses.fr/2019REN1S097.

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Abstract (sommario):

Dans de nombreux domaines d’application, les données récoltées correspondent à des courbes. Ce travail se concentre sur l’analyse de courbes de spectrométrie, constituées de plusieurs centaines de variables ordonnées, correspondant chacune à une valeur d’absorbance associée aux nombres d’ondes mesurés. Dans ce contexte, une méthode de traitement statistique automatique est développée, avec pour objectif la construction d’un modèle de prédiction prenant en compte l’hétérogénéité des données observées. Plus particulièrement, un modèle de diagnostic d’une maladie métabolique est établi à partir de courbes mesurées sur des individus provenant d’une population constituée de profils de patients différents. La procédure développée permet de sélectionner l’information pertinente sous forme de portions de courbes discriminantes, puis de construire de façon simultanée une partition des données et un modèle de prédiction parcimonieux grâce à un mélange de régressions pénalisées adapté aux données fonctionnelles. Ces données étant complexes, tout comme le cas d’application étudié, une méthode permettant une meilleure compréhension et une meilleure visualisation des interactions entre les portions de courbes a par ailleurs été développée. Cette méthode se base sur l’étude de la structure des matrices de covariance, avec pour but de faire ressortir des blocs de dépendances entre intervalles de variables. Un cas d’application médicale est utilisé pour présenter la méthode et les résultats, et permet l’utilisation d’outils de visualisation spécifiques
In many application fields, data corresponds to curves. This work focuses on the analysis of spectrometric curves, composed of hundreds of ordered variables that corresponds to the absorbance values measured for each wavenumber. In this context, an automatic statistical procedure is developped, that aims at building a prediction model taking into account the heterogeneity of the observed data. More precisely, a diagnosis tool is built in order to predict a metabolic disease from spectrometric curves measured on a population composed of patients with differents profile. The procedure allows to select portions of curves relevant for the prediction and to build a partition of the data and a sparse predictive model simultaneously, using a mixture of penalized regressions suitable for functional data. In order to study the complexity of the data and of the application case, a method to better understand and display the interactions between variables is built. This method is based on the study of the covariance matrix structure, and aims to highlight the dependencies between blocks of variables. A medical example is used to present the method and results, and allows the use of specific visualization tools

Tesi sul tema "Photonique dans le moyen infrarouge"

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