Дисертації з теми "Cohérence faible"

L'imagerie médicale a connu une progression fulgurante au cours des 50 dernières années. Bien qu'une multitude de techniques soient couramment utilisées pour l'étude des tissus biologiques ou pour le diagnostic de pathologies, il n'en demeure pas moins que chacune de ces techniques a ses propres limitations en terme de résolution et de profondeur d'imagerie, ou encore en terme de vitesse. Ce n'est que depuis quelques années que les méthodes optiques ont fait leur apparition. En fait, l'utilisation de la lumière pour l'observation de petits objets semi-transparents remonterait au premier siècle après Jésus-Christ. Les méthodes optiques modernes permettent de visualiser la structure interne de tissus biologiques ou de cellules et font maintenant compétition, ou sont un complément à des méthodes plus traditionnelles en imagerie médicale comme les rayons X ou la résonance magnétique nucléaire. La méthode présentée dans ce mémoire entre dans la classe des appareils à discrimination par cohérence. L'OCT (optical coherence tomography) [Huang et al., 1991] est probablement la méthode de cette classe la mieux connue actuellement. L'apparition de cette technique a été un avancement majeur dans le domaine de l'imagerie médicale optique. En effet, elle permet une visualisation sur quelques millimètres de profondeur avec une résolution de quelques dizaines de micromètres. Il est cependant possible d'améliorer les performances de cet appareil en utilisant l'holographie photoréfractive [Hyde et al., 1995]. En effet, l'effet photoréfractif a la capacité unique de filtrer la lumière non cohérente ce qui permet d'étendre la profondeur maximale d'imagerie. C'est donc de cette dernière méthode qu'il sera question dans ce mémoire. Les aspects théoriques de la propagation de la lumière dans les milieux biologiques, de l'effet photoréfractif, du système, de son analyse et de sa caractérisation seront présentés en profondeur. Les aspects pratiques qui permettent la mesure et la caractérisation des différents éléments théoriques seront aussi décrits afin de permettre une construction fonctionnelle rapide du système. Le système réalisé est un prototype qui permet de cibler les difficultés propres à la réalisation d'un tel système et les moyens à prendre pour les contourner. Le lecteur trouvera des éléments fondamentaux qui lui permettront de poursuivre et d'améliorer le système d'imagerie par holographie photoréfractive.

L'émergence des amplificateurs à fibre et l'inévitable accroissement du débit ont drastiquement augmenté la complexité des systèmes de transmission optiques, imposant une évolution des composants photoniques. Des techniques de caractérisation fiables et précises sont alors indispensables pour mener une analyse appropriée des caractéristiques et des performances desdits composants. La réflectométrie à faible cohérence sensible à la phase est une technique bien adaptée à la détection, localisation et quantification des discontinuités d'indice dans les composants optiques et photoniques. Dans le cadre de cette thèse, elle a été appliquée à l'analyse de différents composants photoniques innovants, tels que les réseaux de Bragg à fibre, les fibres optiques spéciales et les lasers à semi-conducteurs soumis à une injection optique. Les résultats obtenus situent cette technique comme un véritable outil d'investigation qui s'avère très performant pour l'assistance et l'aide à la conception des nouvelles générations de composants photoniques.

L'émergence des amplificateurs à fibre et l'inévitable accroissement du débit ont drastiquement augmenté la complexité des systèmes de transmission optiques, imposant une évolution des composants photoniques. Des techniques de caractérisation fiables et précises sont alors indispensables pour mener une analyse appropriée des caractéristiques et des performances desdits composants. La réflectometrie à faible cohérence sensible à la phase est une technique bien adaptée à la detection, localisation et quantification des paramètres et des performances des composants photoniques. Dans le cadre de cette thèse, elle a été appliquée à l'analyse de différents composants photoniques innovants, tels que les réseaux de bragg à fibre, les fibres optiques spéciales et les lasers à semi-conducteurs soumis àa une injection externe. Les résultats obtenus situent cette technique comme un véritable outil d'investigation qui s'avère très performant pour l'assistance et l'aide à la conception des nouvelles générations de composants photoniques
The emergence of erbium-doped fiber amplifiers and the inevitable increasing of bit rate have drastically augmented the complexity of optical transmission systems, imposing an evolution of photonic devices. Precise and reliable characterization techniques are therefore required to carry out an adequate analysis of these devices. Optical low-coherence reflectometry is a technique allowing for detection, localization and quantification of the parameters and performances of photonic devices. During this phd research, this technique has been applied to the analysis of several advanced photonic devices, such as fiber bragg gratings, specialty optical fibers and optical-injected semiconductor lasers. The results obtained position this technique as an accurate and reliable investigation tool permitting for assistance and support for the design and implementation of innovative photonic devices

La complexité accrue des technologies d'intégration ont fortement motivé le développement d'un outil d'analyse permettant de sonder les propriétés, internes de composants individuels insérés dans un circuit complet. Dans un tel contexte, la réflectométrie à faible cohérence (OLCR) est une technique prometteuse puisque fournissant de très fines informations utiles aux concepteurs de circuits optiques. Cette thèse expose les analyses OLCR. Entreprises sur de nombreux éléments clés des circuits WDM encore au stade de développement. 1. 'association judicieuse de reflectogrammes enregistrés (avec et sans courant) et de simulations (propagation guidée, matrices de transfert) ont conduit à la proposition d'un ensemble de méthodologies d'analyses originales. Leurs implémentations agrémentées d'accessoires spécifiques incorporés au banc de mesure (transmission. Réflexion, contrôleur de polarisation, électrolummescence. . . ) ont fourni de nombreuses données, révélant alors le fort potentiel et la richesse de l'analyse par OLCR des circuits optiques. Ces données peuvent être de natures variées. Par exemple, une étude exhaustive des réflexions localisées a conduit à une analyse innovante des défauts (de croissances ou après dégradation) mais aussi à l'évaluation individuelle des performances des composants. .
The high complexity of integration technologies obviously instigated the development of suitable analytical tools to probe into the properties of individual components in completely processed photonic circuits. In this regard, the non destructive optical low coherence reflectometry (OLCR) can be an useful tool to furnish valuable information to material and device processing engineers. This thesis recounts OLCR analysis undertaken on several key components for WDM photonic circuits still in development stage. A judicious combination of cautiously recorded (with and without bias) and computed reflectograms (Beam propagation, transfer Matrix) lias led to the proposition of a set of new methodologies. Their implementation together with a series of deliberately chosen and in-situ incorporated accessories (transmission, reflection, polarization control, tunable filter, electroluminescence. . . ) gave a whole range of information revealing the high potential of OLCR to analyse photonic circuits

Le sujet de la thèse est la determination de paramètres caractéristiques des lasers à semi-conducteur et des composants et circuits optoélectroniques en utilisant la réflectométrie à faible cohérence. La première partie était la conception et la réalisation du réflectomètre à faible cohérence permettant cette analyse. La deuxième partie de la thèse était l'investigation de lasers a semi-conducteur, dont plusieurs à réaction distribuée. Du haut réseau compris dans ces lasers, le spectre de la lumière réfléchie est fortement filtre. Ce filtrage spectral interne a l'objet sous test rendant l'interprétation du reflectogramme très difficile, une théorie générale de la réflectométrie à faible cohérence est développée. Cette théorie prend en compte entre autres les effets de filtrage spectral. Elle permet de simuler des reflectogrammes sur ordinateur, et les résultats sont comparés aux reflectogrammes mesures. Cette comparaison des résultats simule avec les résultats mesures donne souvent des informations intéressantes sur certains paramètres physiques du laser sous test. La visibilité de certaines structures observables dans le reflectogramme s'améliore lorsque le spectre de la lumière de test, qui a priori est large bande, est réduit par un filtrage. Un chapitre de cette thèse est en conséquence consacre à l'investigation de différents types de filtres optiques. Les résultats obtenus incluent entre autres la détermination des indices de réfraction de groupe du guide d'onde et du substrat d'un laser a semi-conducteur, la mesure de la différence entre les indices de réfraction de groupe de deux modes de polarisation, la détermination du courant de fuite inter électrode dans des lasers multi électrodes, ainsi que la mesure de la position d'un éventuel saut de phase dans des lasers a contre-réaction distribuée.

L'imagerie optique en milieu diffusant trouve des applications prometteuses dans de nombreux domaines particulièrement en médecine et en biologie. Le système d'imagerie étudié ici est basé sur la discrimination temporelle à partir de la faible cohérence temporelle de la source lumineuse. Cette étude nous a amené à considérer les systèmes interférométriques à faible longueur de cohérence (ou à large bande spectrale) comme des méthodes de corrélation optique temporelle permettant d'obtenir, à partir d'une référence temporellement courte, la réponse temporelle des objets sondés. Un aspect particulier de ce travail provient de l'échantillonnage de la bande spectrale d'une source temporellement faiblement cohérente par l'utilisation d'un laser accordable en fréquence optique. Malgré l'augmentation du temps d'acquisition, cette technique permet, en observant l'évolution du signal en fonction de la fréquence optique, de filtrer et d'obtenir plus d'informations sur le signal de corrélation (mesure de la phase en complément de la mesure d'amplitude). Des expériences sur des objets connus ont permis d'observer les phénomènes principaux dans ce type de système ainsi que la possibilité d'imagerie plein champ
Optical imaging techniques through scattering medium are highly interesting in several areas more particularly in biology and medicine. The imaging system presented here is based on temporal selection by means of a low temporal coherence light source. The study has lead us to consider interferometric systems of low coherence length (or of wide spectral bandwidth) such as temporal optical correlations methods which allow to obtain, from a short time reference, the temporal response of probe objects. A significant point of this work comes from the spectral bandwidth sampling of the low coherent source by tuning the optical frequency of the laser. In spite of the storage time increase, this technique allows to filter and to access to more information on the correlation signal (phase measurement as well as amplitude) by observing signal evolution versus optical frequency. Experimental results with known objects permit to observe main phenomena in this kind of system and also make it possible to image the whole field

Les effets de cohérence quantique sont au cœur de la physique mésoscopique : ils gouvernent le comportement des conducteurs dont la taille devient comparable à la longueur de cohérence de phase des électrons Lf.
Les expériences présentées dans cette thèse concernent les effets de la cohérence de phase électronique sur les propriétés de transport de conducteurs métalliques diffusifs.
Nous nous sommes d'abord intéressés aux mécanismes de déphasage électronique en mesurant la magnétorésistance de localisation faible de fils quasi-1D en or contenant des impuretés magnétiques de fer, à très basse température. Le comportement du temps de cohérence de phase électronique tf mesuré s'explique bien dans le cadre de la physique des impuretés Kondo, par la combinaison de l'effet Kondo à une impureté, et des interactions entre impuretés de type RKKY. Ce résultat est une contribution importante dans le débat sur la saturation de tf à très basse température.
Ensuite, nous avons étudié les oscillations quantiques de magnétoconductance, Altshuler-Aronov-Spivak (AAS), et Aharonov-Bohm (AB), dans des réseaux 2D d'anneaux en argent présentant différentes géométries. Notamment, à partir d'une théorie récente, nous avons extrait tf à partir des harmoniques de Fourier de l'oscillation AAS. La dépendance en température mesurée, différente de celle extraite d'un fil quasi-1D, laisse supposer un effet de la topologie sur le déphasage. Enfin, nous avons mesuré la dépendance en taille des amplitudes des oscillations AB et AAS dans des réseaux de 10^6 à 10 anneaux : lorsqu'une dimension du réseau devient inférieure à Lf, la moyenne d'ensemble des oscillations quantiques est non triviale, révélant que des interférences quantiques subtiles dominent le transport. C'est une signature spectaculaire de la transition dimensionnelle vers la physique mésoscopique.

Cette thèse expérimentale s'est attachée à l'étude des effets induits par l'extension spatiale desplasmons de surface sur l'émission de matériaux organiques et inorganiques. Le système estformé d'un ensemble d'émetteurs localisés émettant principalement des plasmons de surfacedélocalisés. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'imagerie par microscopieplasmon, technique de plus en plus utilisée dans divers domaines, notamment la biologie. Nousavons montré que l'émission détectée en un point provient essentiellement de l'environnementet non du point observé, définissant ainsi un cercle d'influence lié à la longueur de propagationdu plasmon de surface. Quand le plasmon interagit plus fortement avec des émetteurs, ilpeut entrer en régime de couplage fort. Ce couplage fort se traduit par un changement dansles énergies du système et par l'apparition de nouveaux états hybrides excitons-plasmons, lespolaritons. Les différents émetteurs localisés (des chaines de colorants agrégés) ne sont alorsplus indépendants entre eux. Des mesures de diffusion montrent un effet collectif induit par lecouplage fort. Ces expériences ont été confirmées par des mesures de cohérence spatiale, réaliséesen ajoutant une expérience de fentes d'Young au dispositif de microscopie plasmon. Ilapparait qu'un état cohérent étendu sur plusieurs microns se forme, conformément aux prévisionsthéoriques. L'ensemble d'émetteurs se comporte alors comme une macromolécule, dontl'interaction est induite par le plasmon de surface.

Alors que les télécommunications optiques se sont imposées dans les liaisons point à point de très haut débit, leur extension au réseau métropolitain, caractérisé par une grande densité de connexions, est aujourd'hui freinée par le prix élevé des composants. Un des principaux facteurs de coût dans la fabrication des modules optique est lié au besoin de coupler le laser à un isolateur afin de le protéger des réflexions externes. Le but de cette thèse a consisté à développer des lasers monomodes faiblement sensibles à la réalimentation optique afin de pouvoir réaliser des transmissions à 2,5 GBit/s sans isolateur optique. L'étude de structures DFB (Distributed Feedback Lasers) conventionnelles a permis de relier les effets physiques induits sur les composants par la contre-réaction optique aux dégradations observées dans les courbes de taux d'erreurs. Bien qu'un tri de ces composants soit nécessaire à l'échelle industrielle, des transmissions à 2,5 GBit/s et à 85°C ont été réalisées sans plancher et avec de faibles pénalités après optimisation de la structure laser. Afin de s'affranchir de l'opération de tri, de nouvelles structures DFB à pas variable et fondées sur l'utilisation d'un réseau de Bragg asymétrique (chirped grating) ont ensuite été réalisées. Les résultats montrent des performances statiques et dynamiques homogènes sur plaque et au-delà de l'état de l'art. Outre la réduction du prix lié à l'absence d'isolateur, de telles performances permettent surtout de s'affranchir de l'opération de tri et sont donc particulièrement prometteuses pour le développement futur des réseaux de télécommunications tout optique.

Dans cette thèse, des algorithmes à faible complexité et des architectures parallèles et efficaces sont explorés pour les systèmes CO-OFDM. Tout d'abord, des algorithmes de faible complexité pour la synchronisation et l'estimation du décalage en fréquence en présence d'un canal dispersif sont étudiés. Un nouvel algorithme de synchronisation temporelle à faible complexité qui peut résister à grande quantité de retard dispersif est proposé et comparé par rapport aux propositions antérieures. Ensuite, le problème de la réalisation d'une architecture parallèle à faible coût est étudié et une architecture parallèle générique et évolutive qui peut être utilisée pour réaliser tout type d'algorithme d'auto-corrélation est proposé. Cette architecture est ensuite étendue pour gérer plusieurs échantillons issus du convertisseur analogique/numérique (ADC) en parallèle et fournir une sortie qui suive la fréquence des ADC. L'évolutivité de l'architecture pour un nombre plus élevé de sorties en parallèle et les différents types d'algorithmes d'auto-corrélation sont explorés. Une approche d'adéquation algorithme-architecture est ensuite appliquée à l'ensemble de la chaîne de l'émetteur-récepteur CO-OFDM. Du côté de l'émetteur, un algorithme IFFT à radix-22 est choisi pour et une architecture parallèle Multipath Delay Commutator (MDC). Feed-forward (FF) est choisie car elle consomme moins de ressources par rapport aux architectures MDC-FF en radix-2/4. Au niveau du récepteur, un algorithme efficace pour l'estimation du Integer CFO est adopté et implémenté de façon optimisée sans l'utilisation de multiplicateurs complexes. Une réduction de la complexité matérielle est obtenue grâce à la conception d'architectures efficaces pour la synchronisation temporelle, la FFT et l'estimation du CFO. Une exploration du compromis entre la précision des calculs en virgule fixe et la complexité du matériel est réalisée pour la chaîne complète de l'émetteur- récepteur, de façon à trouver des points de fonctionnement qui n'affectent pas le taux d'erreur binaire (TEB) de manière significative. Les algorithmes proposés sont validés à l'aide d'une part d'expériences off-line en utilisant un générateur AWG (arbitrary wave- form generator) à l'émetteur et un oscilloscope numérique à mémoire (DSO) en sortie de la détection cohérente au récepteur, et d'autre part un émetteur-récepteur temps-réel basé sur des plateformes FPGA et des convertisseurs numériques. Le TEB est utilisé pour montrer la validité du système intégré et en donner les performances
In this thesis, low-complexity algorithms and architectures for CO-OFDM systems are explored. First, low-complexity algorithms for estimation of timing and carrier frequency offset (CFO) in dispersive channel are studied. A novel low-complexity timing synchro- nization algorithm, which can withstand large amount of dispersive delay, is proposed and compared with previous proposals. Then, the problem of realization of low-complexity parallel architecture is studied. A generalized scalable parallel architecture, which can be used to realize any auto-correlation algorithm, is proposed. It is then extended to handle multiple parallel samples from ADC and provide outputs, which can match the input ADC rate. The scalability of the architecture for higher number of parallel outputs and different kinds of auto-correlation algorithms is explored. An algorithm-architecture approach is then applied to the entire CO-OFDM transceiver chain. At the transmitter side, radix-22 algorithm for IFFT is chosen and parallel Mul- tipath Delay Commutator (MDC) Feed-forward (FF) architecture is designed which con- sumes lesser resources compared to MDC FF architectures of radix-2/4. At the receiver side, efficient algorithm for Integer CFO estimation is adopted and efficiently realized with- out the use of complex multipliers. Reduction in complexity is achieved due to efficient architectures for timing synchronization, FFT and Integer CFO estimation. Fixed-point analysis for the entire transceiver chain is done to find fixed-point sensitive blocks, which affect bit error rate (BER) significantly. The algorithms proposed are validated using opti- cal experiments by the help of arbitrary waveform generator (AWG) at the transmitter and digital storage oscilloscope (DSO) and Matlab at the receiver. BER plots are used to show the validity of the system built. Hardware implementation of the proposed synchronization algorithm is validated using real-time FPGA platform

Ce mémoire est consacré à la conception d’un circuit OCT MMIC à large bande d’accord et à faible bruit de phase utilisant un TBH InGaP/GaAs pour les applications spatiales. Le premier chapitre décrit le modèle non linéaire du transistor utilisé pour la conception du circuit et les mesures effectuées afin de valider le comportement de ce modèle ainsi que la modélisation de bruit BF du transistor. De plus une modélisation de la diode varactor utilisée dans le circuit est réalisée basée sur des caractérisations expérimentales. Le deuxième chapitre de ce mémoire, rappelle de manière générale le fonctionnement des OCT, ainsi que leurs caractéristiques importantes et leurs méthodes principales d’analyse. De plus, ce chapitre est constitué d’une étude non-linéaire des topologies classiques des OCT afin d’avoir une large bande d’accord tout en utilisant une méthodologie de minimisation du bruit de phase. Le troisième chapitre est consacré à la conception du circuit oscillateur utilisant une technique de commutation. Les résultats de simulation du circuit oscillateur à deux OCT commutés réalisé présente une bande d’accord comprise entre 2. 69 et 3. 66 GHz soit plus de 30% de bande autour de 3. 175 GHz avec un niveau de bruit de phase @100kHz de la porteuse inférieur à -98. 5 dBc/Hz sur toute la bande d’accord. De plus un niveau de puissance de sortie supérieure à +3dBm est obtenu
This research work is dedicated to the design of a wideband MMIC oscillator with low phase noise using InGaP/GaAs HBT for spatial applications. First chapter describes the transistor nonlinear model used in the design circuit and the required measurements to validate this model and the low frequency noise model. Besides, a modeling procedure of the varactor diode used in the circuit was realized based on experimental characterization. Second chapter of this thesis; explains the VCO’s fundamentals, their characteristics and their analysis main methods. In addition this chapter contains a nonlinear analysis of the VCO’s classical topologies in order to obtain a wide tuning band while using a methodology for minimizing the phase noise. The third chapter presents the design of the oscillator circuit using a switching technique. The simulation results of this circuit containing two switched VCOs show a tuning band between 2. 69 and 3. 66 GHz (i. E. More than 30% tuning band around 3. 175 GHz) and the phase noise at an offset of 100 kHz is less than -98. 5 dBc / Hz over the entire tuning band. Moreover, an output power greater than 3 dBm is achieved over the entire tuning band

Le travail proposé est une réflexion sur la sécurité de certains protocoles de distribution de clefs quantiques. Nous avons choisi d'utiliser la phase d'états cohérents à faible énergie pour porter notre information. Deux principaux axes sont mis en valeurs. Le premier est une étude sur l'apport d'un mode différentiel sur un protocole à modulation de phase utilisant des compteurs de photons, et le deuxième correspond à une réflexion sur l'apport d'un double seuil dans les mesures à détection homodyne. Dans la partie dévolue à l'étude de la sécurité en mode différentiel nous nous sommes attachés tout d'abord à comparer quantitativement la sécurité pour un système à référence de phase absolue et un système fonctionnant en mode différentiel. Nous avons montré un gain dans le système différentiel, car la sécurité se répartit à la fois individuellement et collectivement sur les qubits. Ensuite nous avons développé une étude sur l'introduction d'un double seuil dans un système de cryptographie quantique à détection homodyne. L'intérêt de cette technique est de pouvoir prendre du recul sur les mesures des qubits, et pouvoir prendre une décision au vu de la fiabilité du résultat d'une mesure. Nous avons ensuite étudié l'impact de différentes attaques courantes sur ce système à homodynage à double seuil.

Des résultats récents de rétrodiffusion cohérente (CBS) de la lumière sur un nuage d'atomes froids ont montre que le contraste d'interférence est fortement réduit par rapport aux milieux désordonnés classiques. Dans le présent travail théorique, nous étudions l'impact de la dégénérescence de la transition dipolaire atomique sur la localisation faible de la lumière. Les composantes non-scalaires du tenseur de diffusion atomique, caractéristiques de la structure interne, modifient la diffusion multiple de la lumière. Une analyse systématique en termes de tenseurs irréductibles permet d'obtenir des expressions analytiques exactes pour les contributions de la diffusion simple et double au signal CBS. Nous résommons analytiquement la série des diagrammes échelle de l'intensité diffusée et la série des diagrammes croises de la localisation faible, pour toute transition atomique dégénérée. La structure interne n'a qu'une influence négligeable sur l'amplitude lumineuse moyenne, et une influence faible sur l'intensité moyenne. Par contre, la dégénérescence de la transition atomique réduit drastiquement l'interférence de localisation faible et donc la rétrodiffusion cohérente, et explique ainsi les résultats expérimentaux
Recent experimental results show that the interference contrast observed in coherent backscattering (CBS) of light by cold atoms is drastically reduced with respect to classical disordered media. In the present theoretical contribution, we study the impact of the degeneracy of the atomic dipole transition on weak localization of light. The nonscalar components of the atomic scattering operator are characteristics of the internal structure, and strongly modify the interference properties of multiple light scattering. A systematic analysis in terms of irreducible tensors permits to calculate exact analytical expressions for the single and double scattering contributions to the CBS signal for arbitrarily degenerate atomic dipole transitions. Furthermore, we sum up the series of ladder and crossed diagrams that describe the average scattered light intensity and the weak localization corrections, respectively. We find that the degeneracy of the atomic transition has negligible impact on the average light amplitude, small impact on the average intensity, but decisive impact on the interference corrections. The internal degrees of freedom very effectively reduce the interference of weak localization and, therefore, the CBS signal for any degenerate atomic dipole transition

La réalisation de fonctions de filtrage complexes nécessite une parfaite maîtrise du processus de dépôt ainsi qu’un contrôle précis et en temps réel de l’épaisseur optique des couches déposées. Au cours de ma thèse, consacrée au développement de nouvelles modalités de contrôle optique in situ, je me suis particulièrement intéressé à deux sujets différents, à savoir : - D’une part, la détermination de la dépendance spectrale des constantes optiques (indice de réfraction et coefficient d’extinction) de matériaux diélectriques. Un moyen possible pour effectuer cette détermination consiste à utiliser un système de contrôle optique large bande afin d’enregistrer les spectres de transmission de l’empilement au fur et à mesure de sa formation. En effet, l’évolution temporelle, à chaque longueur d’onde, de ces spectres de transmission contient des informations quantitatives liées aux constantes optiques que nous souhaitons déterminer. - D’autre part, la mesure en temps réel du coefficient de réflexion (r) d’un empilement, en amplitude et en phase, lors de son dépôt. En effet, les méthodes de contrôles optiques en intensité présentent des limitations que la connaissance de l’information de phase devrait permettre de contourner. Cette mesure est réalisée par interférométrie holographique digitale à faible cohérence sur un substrat éclairé par sa face arrière et dont la face avant est équipée d’un masque annulaire. Ceci donne accès aux information de phase et d’amplitude recherchées tout en s’affranchissant des vibrations générées par le fonctionnement de la machine de dépôt ainsi que du mouvement de rotation à 120 tours par minute qu’effectue le porte-substrat
The realization of complex filtering functions requires a perfect mastering of the deposition process as well as an accurate real time monitoring of the optical thickness of the deposited layers. During my PhD thesis, devoted to the development of new methods of in situ optical monitoring, I was particularly interested in two different subjects, namely:- On the one hand, the determination of the spectral dependence of optical constants (refractive index and extinction coefficient) of dielectric materials. A possible way to achieve this determination consist in using a broadband optical monitoring system in order to record the transmission spectra, in real time, of the stack during its formation. Indeed, the temporal evolution, at each wavelength, of these transmission spectra provide quantitative information related to the optical constants that we wish to determine.- On the other hand, the real time measurement of the reflection coefficient (r) of a stack, in amplitude and phase, during its deposition. Indeed, the optical monitoring methods based on intensity proprieties present some limitations that the knowledge of phase information should overcome. This measurement is performed by low coherence digital holographic interferometry on a substrate illuminated by its rear face and whose front face is equipped with an annular mask. This gives access to desired phase and amplitude information while avoiding the parasitic influence of the substrate motions induced by the vibrations of the deposition machine, and the rotation of the substrate holder at 120 rounds per minute

Cette monographie traite du problème d’apprentissage de dictionnaire parcimonieux associé à la pseudo-norme ℓ₀. Ce problème est classiquement traité par une procédure de relaxation alternée itérative en deux phases : un codage parcimonieux (sparse coding) et une réactualisation du dictionnaire. Cependant, le problème d’optimisation associé à ce codage parcimonieux s’avère être non convexe et NP-difficile, ce qui a justifié la recherche de relaxations et d’algorithmes gloutons pour obtenir une bonne approximation de la solution globale du problème. A l’inverse, nous reformulons le problème comme un programme quadratique mixte en nombres entiers (MIQP) permettant d’obtenir l’optimum global du problème. La principale difficulté de cette approche étant le temps de calcul, nous proposons deux méthodes (la relaxation par l’ajout de contraintes complémentaires et l’initialisation par la méthode du gradient proximal) permettant de le réduire. Cet algorithme est baptisé MIQP accéléré (AcMIQP). L’application de AcMIQP à un problème de débruitage d’images démontre sa faisabilité et ses bonnes performances. Nous proposons ensuite d’améliorer cet algorithme en y intégrant des contraintes visant à promouvoir l’indépendance des atomes du dictionnaire sélectionné. Pour traiter ce problème à l’aide de AcMIQP, la phase de réactualisation du dictionnaire sous contraintes est adaptée en combinant la méthode du lagrangien augmenté (ADMM) et la méthode Extended Proximal Alternating Linearized Minimization (EPALM). L’efficacité de cette approche AcMIQP+EPALM est démontrée sur un problème de reconstruction d’image
In this monograph, we study the exact ℓ₀ based sparse representation problem. For the classical dictionary learning problem, the solution is obtained by iteratively processing two steps: sparse coding and dictionary updating. However, even the problem associated with sparse coding is non-convex and NP-hard. The method for solving this is to reformulate the problem as mixed integer quadratic programming (MIQP). Then by introducing two optimization techniques, initialization by proximal method and relaxation with augmented contraints, the algorithmis greatly speed up (which is thus called AcMIQP) and applied in image denoising, which shows the good performance. Moreover, the classical problem is extended to learn an incoherent dictionary. For dealing with this problem, AcMIQP or proximal method is used for sparse coding. As for dictionary updating, augmented Lagrangian method (ADMM) and extended proximal alternating linearized minimizing method are combined. This exact ℓ₀ based incoherent dictionary learning is applied in image recovery, which illustrates the improved performance with a lower coherence

Le développement des techniques de refroidissement et de piégeage d'atomes ainsi que la possibilité de charger des réseaux optiques ou des potentiels désordonnés avec des condensats de Bose ou des gaz de Fermi dégénérés a ouvert tout un champ de recherche autour de la localisation forte des ondes de matière. Dans ce travail théorique nous étudions le transport cohérent d'ondes de matière évoluant dans des potentiels lumineux désordonnés (champ de tavelures ou speckle). L'influence d'un désordre corrélé est d'abord étudié numériquement dans le cadre du modèle d'Anderson. Par la suite, un calcul diagrammatique auto-consistant permet de déterminer analytiquement les paramètres fondamentaux du transport dans le régime de faible désordre: libre parcours moyen, libre parcours moyen de transport, constante de diffusion, longueur de localisation. Une quantité cruciale pour ces calculs analytiques est la fonction de corrélation spatiale des fluctuations du potentiel désordonné. Elle détermine le degré d'anisotropie d'un événement de collision. Nous considérons en particulier la transition du régime de localisation faible à celui de localisation forte. Dans ce cas la constante de diffusion des ondes de matière diminue et tend vers zéro au seuil de la localisation forte. Nous avons calculé la renormalisation de la constante de diffusion due à l'interférence des ondes de matière en tenant compte explicitement de la corrélation des fluctuations du potentiel désordonné.

Bien que les troubles du langage formel affectent une grande partie des enfants avec Trouble du Spectre Autistique (TSA), leur nature reste encore incertaine. Certaines études postulent que le trouble observable chez ces enfants est de même nature que celui dont souffrent les enfants avec trouble spécifique du langage (TSL), tandis que d’autres argumentent en faveur de deux troubles qui diffèrent dans leur étiologie. Au centre de ce débat réside la complexité à recueillir des données sur le langage chez les enfants avec TSA, notamment quand il s’agit de participer de manière active. Dans cette étude, nous explorons l’interprétation en temps réel des indices grammaticaux chez des enfants avec TSA monolingues francophones, en nous intéressant aux pronoms clitiques objets, dont la faible production en contexte obligatoire a été proposée comme marqueur du TSL pour le français
It is well-known that children with Autism Spectrum Disorder (ASD) often have language impairment. However, the nature of this impairment is still largely unknown. Some studies hold that language impairment in children with ASD is of the same nature as impairment found in children with Specific Language Impairment (SLI), whereas others argue that SLI and language impairment in ASD may be different both in their structure and their etiology. At the heart of this debate lies the difficulty of assessing language abilities of children with ASD, especially when active participation is required. Moreover, to date, few studies have investigated formal aspects of language in children with ASD in languages other than English. In this study, we explore real-time interpretation of grammatical cues in French-speaking children with ASD, with a focus on object clitics

Internet est un outil formidable pour l'éducation, la communication et la collaboration, mais ses usages majoritaires sont actuellement sous monopole de grandes multinationales (GAFAM), ce qui a des conséquences sur le respect des droits humains et des libertés individuelles. Cette thèse propose des outils pour le développement d'applications décentralisées : des applications sur Internet qui fournissent des fonctionnalités similaires aux plateformes des GAFAM, mais de manière décentralisée, afin de rendre le pouvoir aux utilisateur pour décider démocratiquement de leur fonctionnement et de leurs usages. Nous nous concentrons sur les algorithmes épidémiques qui sont particulièrement adaptés dans le cadre de réseaux ouverts à large échelle. Nous proposons des contributions sur la diffusion causale de messages tolérante aux nœuds Byzantins, la diffusion causale épidémique à l'aide d'un stockage d'événements synchronisé par anti-entropie, l'échantillonnage aléatoire de pairs résistants aux attaques Byzantines et aux attaques Sybil, ainsi qu'un nouvel algorithme épidémique de diffusion totalement ordonnée qui tolère les nœuds malicieux et fournit un débit de messages élevé
The Internet is a formidable tool for education, communication and collaboration, however it is currently being monopolized by large corporations (GAFAM), which has consequences for many social issues such as respect of human rights and individual freedoms. This thesis focuses on ways to build decentralized applications: Internet applications that provide levels of functionality similar to those provided by the GAFAM, but that function in a decentralized manner, empowering the users to democratically decide of their functioning and their uses. We focus on epidemic algorithms, which are particularly suited to the context of very large open networks. We make contributions on causal broadcast in presence of Byzantine nodes, epidemic causal broadcast using an event store synchronized with an anti-entropy algorithm, random peer sampling in presence of Byzantine nodes and Sybil attacks, as well as a new epidemic total order broadcast which is tolerant to malicious nodes and provides high throughput message delivery

Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but de développer des outils informatiques qui permettent d'assister le géologue dans la création d'un modèle structural à partir d'un ensemble d'horizons extraits de données sismiques tridimensionnelles. Un ensemble d'algorithmes est proposé pour permettre de passer progressivement d'un ensemble d'horizons représentés par des points à un ensemble de surfaces correctement connectées représentant les horizons et les failles qui les recoupent. La méthode proposée est décomposée en trois parties: • La première partie concerne l'extraction des bords externes et internes des horizons. Les bords externes représentent la limite du domaine d'étude; les bords internes sont les bords recoupés et décalés par les failles. Ces bords seront représentés par des courbes polygonales. • A partir de ces lignes polygonales, la seconde partie permet de définir le squelette du modèle structural; ce squelette contient l'information nécessaire non seulement à la construction des surfaces représentant les horizons et les failles, mais aussi à la définition des contacts horizon-faille, horizon-frontière, faille-faille et faille-frontière. • Finalement, la troisième partie rassemble les applications du squelette du modèle structural; parmi lesquelles, la création de cartes de superpositions des couches sur les failles, la création de cartes de déplacement sur les failles et la création des modèles volumiques faillés de différents types. Les algorithmes proposés tentent de tenir compte des différents cas de figure qui peuvent être rencontrés. Après chaque étape, le résultat automatique p eut être édité par le géologue.

Cette thèse porte sur la localisation faible de la lumière par un gaz
d'atomes froids en présence d'un champ magnétique. Plus précisément,
elle est consacrée à l'augmentation cohérente de l'intensité diffuse
dans la direction arrière, due à l'interférence entre chemins de
diffusion multiple rencontrant les mêmes diffuseurs dans l'ordre inverse.
Nous présentons des résultats théoriques rendant compte d'observations
expérimentales récentes sur la forme et l'amplitude du profil d'intensité.
En particulier, nous montrons qu'un champ
magnétique peut en augmenter l'amplitude si les atomes possèdent un niveau
fondamental dégénéré, à l'opposé de ce qui se produit pour des
diffuseurs classiques. Nous discutons l'intérêt de ce résultat en vue
de la localisation forte de la lumière.

Nombre d'applications nécessitent un lien de communication sans fil présentant une faible consommation électrique, sans requérir de débits élevés. La technologie basée sur la transmission de signaux impulsionnels UWB dispose de bonnes propriétés intrinsèques permettant non seulement d'envisager la mise en œuvre de solutions peu complexes au niveau de l'émetteur-récepteur, mais aussi d'exploiter à des fins de radiolocalisation la résolution temporelle inhérente à la largeur de bande disponible. Cette technologie a d'ailleurs été plébiscitée au sein du groupe IEEE 802.15.4a qui a été chargé de définir une couche physique alternative pour les WPAN bas débit. C'est dans ce contexte de recherche technologique et de normalisation que s'inscrivent ces travaux de thèse, avec pour objectif la définition d'une architecture de récepteur consommant peu, et compatible avec la norme en cours d'élaboration. En premier lieu, nous caractérisons les signaux UWB et développons un modèle d'impulsion prenant en compte les principaux paramètres de la couche physique intervenant dans la puissance rayonnée (largeur de bande, densité spectrale, fréquence de répétition des impulsions, etc.). Nous étudions ensuite l'influence du canal de propagation et modélisons de manière statistique plusieurs grandeurs nécessaires à l'établissement d'un bilan de liaison réaliste (distribution des amplitudes reçues, répartition de l'énergie, etc.). À la lumière de ces études, nous explorons et comparons différentes architectures de réception (performance, complexité, robustesse aux trajets multiples, etc). Enfin, la solution retenue, comprenant également un algorithme de synchronisation, est présentée en détails.

Ce mémoire rassemble des résultats concernant le transport ondulatoire dans les systèmes complexes. La première partie concerne les systèmes quantiques dont la dynamique classique est chaotique, comme par exemple l'atome d'hélium ou l'atome d'hydrogène en champ magnétique intense. A partir d'études, soit d'un point de vue statistique (distribution des écarts d'énergie), soit d'un point de vue semi-classique (formule de trace), on peut caractériser l'impact de la dynamique chaotique sur les propriétés quantiques. La deuxième partie concerne la propagation d'onde dans les milieux désordonnés. Dans le cas de la diffusion de la lumière par des nuages de diffuseurs ponctuels (atomes froids...), j'étudie l'impact des effets non-linéaires, d'une part sur les phénomènes de localisation comme la rétro-diffusion cohérente et, d'autre part sur la stabilité dynamique des figures de speckle.

Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif d'apporter à la physique mésoscopique un éclairage concernant la compréhension des propriétés de transport électroniques d'une classe de matériaux récemment découverts : les isolants topologiques.La première partie de ce manuscrit est une introduction aux isolants topologiques, mettant en partie l'accent sur leurs spécificités par rapport aux isolants "triviaux" : des états de bords hélicaux (dans le cas de l'effet Hall quantique de spin en 2 dimensions) ou de surface relativistes (pour les isolants topologiques tridimensionnels) robustes vis-à-vis du désordre.La deuxième partie propose une sonde de l'hélicité des états de bords de l'effet Hall quantique de spin en étudiant les propriétés remarquables de l'injection de paires de Cooper dans cette phase topologique.La troisième partie étudie la diffusion des états de surface des isolants topologiques tridimensionnels dans le régime cohérent de phase. L'étude de la diffusion, de la correction quantique à la conductance (antilocalisation faible) et de l'amplitude des fluctuations universelles de conductance de fermions de Dirac sans masse est présentée. Cette étude est aussi menée dans la cas d'états de surface dont la surface de Fermi présente la déformation hexagonale observée expérimentalement.

La radio impulsionnelle UWB (IR-UWB) est une technologie de communication relativement récente, qui apporte une solution intéressante au problème de l’encombrement du spectre RF, et qui répond aux exigences de haut débit et localisation précise d’un nombre croissant d’applications, telles que les communications indoor, les réseaux de capteurs personnels et corporels, l’IoT, etc. Ses caractéristiques uniques sont obtenues par la transmission d’impulsions de très courte durée (inférieure à 1 ns), occupant une largeur de bande allant jusqu’à 7,5 GHz, et ayant une densité spectrale de puissance extrêmement faible (inférieure à -43 dBm/MHz). Les meilleures performances d’un système IR-UWB sont obtenues avec des récepteurs cohérents de type Rake, au prix d’une complexité accrue, due notamment à l’étape d’estimation du canal UWB, caractérisé par de nombreux trajets multiples. Cette étape de traitement nécessite l’estimation d’un ensemble de composantes spectrales du signal reçu, sans pouvoir faire appel aux techniques d’échantillonnage usuelles, en raison d’une limite de Nyquist particulièrement élevée (plusieurs GHz).Dans le cadre de cette thèse, nous proposons de nouvelles approches, à faible complexité, pour l’estimation du canal UWB, basées sur la représentation parcimonieuse du signal reçu, la théorie de l’acquisition compressée, et les méthodes de reconstruction des signaux à taux d’innovation fini. La réduction de complexité ainsi obtenue permet de diminuer de manière significative le coût d’implémentation du récepteur IR-UWB et sa consommation. D’abord, deux schémas d’échantillonnage compressé, monovoie (filtre SoS) et multivoie (MCMW) identifiés dans la littérature sont étendus au cas des signaux UWB ayant un spectre de type passe-bande, en tenant compte de leur implémentation réelle dans le circuit. Ces schémas permettent l’acquisition des coefficients spectraux du signal reçu et l’échantillonnage à des fréquences très réduites ne dépendant pas de la bande passante des signaux, mais seulement du nombre des trajets multiples du canal UWB. L’efficacité des approches proposées est démontrée au travers de deux applications : l’estimation du canal UWB pour un récepteur Rake cohérent à faible complexité, et la localisation précise en environnement intérieur dans un contexte d’aide à la dépendance.En outre, afin de réduire la complexité de l’approche multivoie en termes de nombre de voies nécessaires pour l’estimation du canal UWB, nous proposons une architecture à nombre de voies réduit, en augmentant le nombre d’impulsions pilotes émises.Cette même approche permet aussi la réduction de la fréquence d’échantillonnage associée au schéma MCMW. Un autre objectif important de la thèse est constitué par l’optimisation des performances des approches proposées. Ainsi, bien que l’acquisition des coefficients spectraux consécutifs permette une mise en oeuvre simple des schémas multivoie, nous montrons que les coefficients ainsi choisis, ne donnent pas les performances optimales des algorithmes de reconstruction. Ainsi, nous proposons une méthode basée sur la cohérence des matrices de mesure qui permet de trouver l’ensemble optimal des coefficients spectraux, ainsi qu’un ensemble sous-optimal contraint où les positions des coefficients spectraux sont structurées de façon à faciliter la conception du schéma MCMW. Enfin, les approches proposées dans le cadre de cette thèse sont validées expérimentalement à l’aide d’une plateforme expérimentale UWB du laboratoire Lab-STICC CNRS UMR 6285
Ultra-wideband impulse radio (IR-UWB) is a relatively new communication technology that provides an interesting solution to the problem of RF spectrum scarcity and meets the high data rate and precise localization requirements of an increasing number of applications, such as indoor communications, personal and body sensor networks, IoT, etc. Its unique characteristics are obtained by transmitting pulses of very short duration (less than 1 ns), occupying a bandwidth up to 7.5 GHz, and having an extremely low power spectral density (less than -43 dBm / MHz). The best performances of an IR-UWB system are obtained with Rake coherent receivers, at the expense of increased complexity, mainly due to the estimation of UWB channel, which is characterized by a large number of multipath components. This processing step requires the estimation of a set of spectral components for the received signal, without being able to adopt usual sampling techniques, because of the extremely high Nyquist limit (several GHz).In this thesis, we propose new low-complexity approaches for the UWB channel estimation, relying on the sparse representation of the received signal, the compressed sampling theory, and the reconstruction of the signals with finite rate of innovation. The complexity reduction thus obtained makes it possible to significantly reduce the IR-UWB receiver cost and consumption. First, two existent compressed sampling schemes, single-channel (SoS) and multi-channel (MCMW), are extended to the case of UWB signals having a bandpass spectrum, by taking into account realistic implementation constraints. These schemes allow the acquisition of the spectral coefficients of the received signal at very low sampling frequencies, which are not related anymore to the signal bandwidth, but only to the number of UWB channel multipath components. The efficiency of the proposed approaches is demonstrated through two applications: UWB channel estimation for low complexity coherent Rake receivers, and precise indoor localization for personal assistance and home care.Furthermore, in order to reduce the complexity of the MCMW approach in terms of the number of channels required for UWB channel estimation, we propose a reduced number of channel architecture by increasing the number of transmitted pilot pulses. The same approach is proven to be also useful for reducing the sampling frequency associated to the MCMW scheme.Another important objective of this thesis is the performance optimization for the proposed approaches. Although the acquisition of consecutive spectral coefficients allows a simple implementation of the MCMW scheme, we demonstrate that it not results in the best performance of the reconstruction algorithms. We then propose to rely on the coherence of the measurement matrix to find the optimal set of spectral coefficients maximizing the signal reconstruction performance, as well as a constrained suboptimal set, where the positions of the spectral coefficients are structured so as to facilitate the design of the MCMW scheme. Finally, the approaches proposed in this thesis are experimentally validated using the UWB equipment of Lab-STICC CNRS UMR 6285

Dans mon mémoire de Thèse sont regroupés des résultats expérimentaux, centrés autour de la thématique de la cohérence quantique des électrons à très basse température, obtenus à partir de mesures très précises des corrections quantiques au transport classique dans les nanostructures métalliques. Nous avons tout d'abord étudié les effets de cohérence dans des réseaux de fils métalliques. Nous avons montré l'influence de la dimension du régime de diffusion sur la cohérence. En passant d'un conducteur macroscopique à un conducteur mésoscopique, on a observé un “crossover” dimensionnel pour l'amplitude des diverses corrections quantiques quand la longueur de cohérence de phase excède la taille typique du système, ce qui nous a permis de préciser exactement ce qu'est la moyenne d'ensemble en Physique Mésoscopique. Dans la deuxième partie de ce manuscrit, nous avons présenté des mesures du temps de cohérence de phase dans des fils métalliques contenant des impuretés magnétiques. Ces échantillons ont été fabriqués d'une fa¸con originale et contrôlée en utilisant une technologie nouvelle grâce à l'utilisation d'un faisceau d'ions focalisé. Nous avons mesuré un comportement universel sur 2 decades en temperature du déphasage par impuretés implantées, ceci étant la preuve que cette décohérence supplémentaire s'inscrit dans la Physique de l'effet Kondo. Nous avons montré que le taux de déphasage mesuré est en très bon accord avec de récents calculs du Groupe de Renormalisation Numérique. Plus particulièrement, nous avons montré de façon non équivoque que l'écrantage en dessous de TK induit une désaturation du temps de cohérence de phase linéaire en température jusqu'à 0, 1 TK.

Cette thèse porte sur la propagation des ultrasons et des ondes sismiques de la coda en milieu hétérogène. Nous proposons deux méthodes d'analyse de l'information portée par la phase (la forme) des signaux diffus. 1) La localisation faible des ondes sismiques (~rétrodiffusion cohérente) a été observée sur un volcan (Auvergne). Cette expérience démontre la présence de diffusion multiple dans la coda et permet de quantifier le degré d'hétérogénéité du milieu. 2) Une technique d'imagerie passive a été développée : elle permet de faire de l'imagerie "sans source" par corrélation les ondes de la coda ou du bruit ambiant en milieu ouvert et diffusant. Une interprétation physique basée sur une analogie entre les corrélations et le retournement temporel a été proposée. Une étude approfondie du phénomène d'asymétrie temporelle des corrélation a été menée, fondée sur des simulations numériques, sur une expérience de sismologie en Alaska, et sur une expérience analogique en ultrasons (croûte terrestre analogique). L'importance de la position des sources et le rôle de la diffusion ont été démontrés. 3) La technique d'imagerie passive a été appliquée à l'imagerie ultrasonore d'un milieu stratifié par tomographie passive, à l'imagerie d'une interface et de deux diffuseurs isolés, et enfin au bruit sismique enregistré sur la Lune pendant la mission Apollo 17 (1972). La technique d'imagerie passive est donc opérationnelle sur d'autre planètes que la Terre, elle pourra être mise en oeuvre dans les futures missions spatiales, en particulier sur la Lune et sur Mars.