Author: Clément Gilles
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Languages : fr
Pages : 0
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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.
Author: Gabriel Mennerat
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Languages : fr
Pages : 450
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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.
Author: Aude Desormeaux
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Languages : fr
Pages : 161
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Le développement de nouvelles sources optiques est indispensable pour la spectroscopie et ses applications telles que la détection de polluants ou la caractérisation des milieux réactifs. Dans cette problématique, les sources accordables dans l’infrarouge moyen sont très recherchées car la plupart des polluants (COx, NOx, ...) y ont des raies d’absorption.Cette étude a pour objet la mise en place d’une source optique : un Oscillateur Paramétrique Optique Doublement Résonnant (DROPO) monofréquence accordable entre 3,5 μm et 4,5 μm ainsi que la réalisation d’un montage pour la spectroscopie non linéaire à haute cadence. Le travail de thèse commence par le développement d’un DROPO à cavités imbriquées pompé par un laser Nd :YAG à haute cadence (10 kHz). Une modélisation du comportement dynamique du DROPO a permis d’optimiser son fonctionnement en introduisant un retour de pompe contrôlé en phase et en amplitude. Ainsi, le rayonnement émis dans l’infrarouge moyen est spectralement fin (
Author: To Kaing
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Languages : fr
Pages : 215
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Ce mémoire de thèse décrit la réalisation de deux sources accordables dans les domaines UV et IR pour la spectroscopie à haute résolution et la métrologie des fréquences optiques. La source UV fait partie d'un projet pour la réalisation d'un étalon de fréquences optiques A ion CA+. Elle est obtenue par doublage de fréquence, dans un cristal de triborate de lithium, d'une diode laser à 794 NM. L'efficacité d'une cavité en anneau dans lequel est placé le cristal et dont les paramètres sont calculés pour compenser l'astigmatisme et réduire la coma, est démontrée. Une puissance UV utile de 6 W est ainsi générée à partir de 33 NW de puissance fondamentale. Cette puissance est largement suffisante pour la détection des ions CA+ mais peut encore être optimisée. La source IR, accordable entre 9 et 11 M, est réalisée par différence de fréquences (DFG) de diodes laser proche-IR dans un cristal de thiogallate d'argent. Ces dernières sont injectées par des lasers maîtres stabilisés en fréquence dont la largeur de raie est inférieure à 1 KHZ. Cette pureté spectrale, transférée à la radiation IR par DFG, est largement suffisante pour la spectroscopie à haute résolution. L'optimisation de la puissance IR a été effectuée en choisissant une interaction de type II ainsi qu'en utilisant une cavité duale pour la résonance simultanée des deux longueurs d'onde de pompe. Une puissance de 70 NW a ainsi été générée à partir de 35 MW à 778 NM et 100 MW à 842 NM devant la cavité duale. Cette source IR a été utilisée pour enregistrer des spectres d'absorption linéaire de SF 6 sur un domaine continu de 2 GHZ. L'optimisation de la puissance IR au niveau du microwatt permettra la spectroscopie d'absorption saturée des molécules de SF 6 ou OSO 4. Une fois stabilisée sur une raie d'absorption saturée, cette source peut fonctionner comme un étalon de différence de fréquence à 30 THZ dans le proche-IR.
Author: Yacine Kassimi
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Languages : fr
Pages : 0
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Cette thèse représente plusieurs années de travaux principalement expérimentaux dans les domaines de l'optique non-linéaire et la génération d'harmoniques ainsi que dans celui des transitions laser de la molécule de CO2. Un historique des impulsions laser dans l'infrarouge est présenté en guise d'introduction. L'idée du pompage optique du CO2 est également abordée ainsi que son utilisation potentielle dans l'amplification d'impulsions de 10 microns dans la perspective de générer des harmoniques d'ordre élevé dans le domaine extrême ultraviolet / rayons X. Le premier chapitre décrit le montage expérimental pour l'amplification d'impulsions laser de 10 microns en utilisant le CO2 comme milieu de gain. Nous y présentons également la chaîne laser Ti:saphir stabilisée en phase du laboratoire du Professeur Witzel, avec son amplificateur paramétrique et son module de différence de fréquence, qui permet d'étendre le spectre dans l'infrarouge jusqu'à 20 microns. Ensuite nous décrivons le laser Nd:YAG utilisé comme pompe d'un l'oscillateur paramétrique de 2 microns, sujet principal de la thèse. Les trois chapitres suivants traitent de l'oscillateur paramétrique accordable hautement énergétique que nous avons développé durant de la thèse. Les principes de base de l'optique non-linéaire et du processus de génération de différence de fréquence sont d'abord présentés, ainsi que les paramètres de performances de l'oscillateur paramétrique avec différentes configurations. Nous poursuivons avec une caractérisation complète de l'OPO de 2 microns que nous avons développé, ce qui comprend les calculs effectués pour sa construction, la mesure de son énergie, de son accordabilité, de son facteur de qualité et la comparaison de deux configurations de miroirs différentes : simplement et doublement résonant. Finalement deux systèmes de mesure de longueurs d'onde dans l'infrarouge sont décrits, l'un basé sur l'automatisation d'un monochromateur de type Czerny-Turner et le second sur la détection des processus de somme de fréquence de l'OPO. Le chapitre qui suit aborde la conception et la fabrication de miroirs de couches minces. Une expertise dans la fabrication de miroirs et de revêtements anti-reflet à seuil de dommage élevé du visible jusqu'à 2.6 microns a été développée tout au long de la thèse. La plupart des optiques utilisées dans cette recherche ont été produites par nous-mêmes dans les installations du Centre d'optique, photonique et laser (COPL) de l'Université Laval. Finalement le dernier chapitre aborde l'amplification laser d'impulsions de 10 microns par pompage optique d'une cellule de CO2 à haute pression. Nous y expliquons la différence entre le pompage classique par décharge électrique et le pompage optique que nous désirons utiliser. Ensuite une définition des concepts d'absorption, de section efficace d'absorption, et du principe d'élargissement des raies d'absorption y est présentée. Pour conclure nous montrons un calcul de l'élargissement des raies d'absorption par la pression avec des mesures d'absorption du CO2 dans la zone de 2 microns.
Author: Arthur Babuty
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Languages : fr
Pages : 167
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Nous présentons l'étude en microscopie optique en champ proche à pointe diffusante (a-SNOM) de lasers à cascade quantique (QCLs) spécialement conçus pour la génération électrique de plasmons-polaritons de surface (SPPs) dans le moyen infrarouge. Ces derniers sont générés soit en structurant la surface du ruban du QCL avec un réseau métallique en or, soit par couplage direct à la sortie de la facette du laser avec une piste métallique. Lorsque cette piste est périodiquement structurée, nous montrons qu'il est possible de conférer aux SPPs du moyen infrarouge des propriétés de confinement semblable à celles des SPPs du visible. La structuration de l'extrémité du réseau sous la forme d'une pointe nous a aussi permis de mettre en évidence la concentration de l'énergie des SPPs sur un "point chaud" de taille sub-longueur d'onde. Nous présentons aussi la spectroscopie de l'émission thermique en champ proche réalisée en couplant un a-SNOM, fonctionnant sans illumination externe, avec un spectromètre à transformée de Fourier (FTIR). En investiguant des matériaux polaires présentant des modes de surface appelés phonons-polaritons de surface, nous avons mesuré leurs spectres caractérisés en champ proche par un pic monochromatique. Ce résultat constitue la première démonstration expérimentale de la cohérence temporelle de l'émission thermique en champ proche. Nous montrons sur base d'un modèle théorique développé par nos collaborateurs, que nous mesurons les variations spectrales de la densité locale de modes optiques (LDOS). Ce nouvel instrument nous a permis de développer un nouveau mode de spectroscopie infrarouge résolue spatialement à une échelle sub-longueur d'onde.
Author: Nicolas Ducros
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Languages : fr
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L'objectif de cette thèse est l'étude et le développement de sources lumineuses, émettant dans le moyen infrarouge (2 μm
Author: Claude Cohen-Tannoudji
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 3527345558
Category : Science
Languages : en
Pages : 790
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This new, third volume of Cohen-Tannoudji's groundbreaking textbook covers advanced topics of quantum mechanics such as uncorrelated and correlated identical particles, the quantum theory of the electromagnetic field, absorption, emission and scattering of photons by atoms, and quantum entanglement. Written in a didactically unrivalled manner, the textbook explains the fundamental concepts in seven chapters which are elaborated in accompanying complements that provide more detailed discussions, examples and applications. * Completing the success story: the third and final volume of the quantum mechanics textbook written by 1997 Nobel laureate Claude Cohen-Tannoudji and his colleagues Bernard Diu and Franck Laloë * As easily comprehensible as possible: all steps of the physical background and its mathematical representation are spelled out explicitly * Comprehensive: in addition to the fundamentals themselves, the books comes with a wealth of elaborately explained examples and applications Claude Cohen-Tannoudji was a researcher at the Kastler-Brossel laboratory of the Ecole Normale Supérieure in Paris where he also studied and received his PhD in 1962. In 1973 he became Professor of atomic and molecular physics at the Collège des France. His main research interests were optical pumping, quantum optics and atom-photon interactions. In 1997, Claude Cohen-Tannoudji, together with Steven Chu and William D. Phillips, was awarded the Nobel Prize in Physics for his research on laser cooling and trapping of neutral atoms. Bernard Diu was Professor at the Denis Diderot University (Paris VII). He was engaged in research at the Laboratory of Theoretical Physics and High Energy where his focus was on strong interactions physics and statistical mechanics. Franck Laloë was a researcher at the Kastler-Brossel laboratory of the Ecole Normale Supérieure in Paris. His first assignment was with the University of Paris VI before he was appointed to the CNRS, the French National Research Center. His research was focused on optical pumping, statistical mechanics of quantum gases, musical acoustics and the foundations of quantum mechanics.
Author: Rolf Binder
Publisher: World Scientific
ISBN: 9813148764
Category : Science
Languages : en
Pages : 517
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This book provides a comprehensive state-of-the-art overview of the optical properties of graphene. During the past decade, graphene, the most ideal and thinnest of all two-dimensional materials, has become one of the most widely studied materials. Its unique properties hold great promise to revolutionize many electronic, optical and opto-electronic devices. The book contains an introductory tutorial and 13 chapters written by experts in areas ranging from fundamental quantum mechanical properties to opto-electronic device applications of graphene.
Author: Sébastien Forget
Publisher: Springer
ISBN: 3642367054
Category : Science
Languages : en
Pages : 179
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Organic lasers are broadly tunable coherent sources, potentially compact, convenient and manufactured at low-costs. Appeared in the mid 60’s as solid-state alternatives for liquid dye lasers, they recently gained a new dimension after the demonstration of organic semiconductor lasers in the 90's. More recently, new perspectives appeared at the nanoscale, with organic polariton and surface plasmon lasers. After a brief reminder to laser physics, a first chapter exposes what makes organic solid-state organic lasers specific. The laser architectures used in organic lasers are then reviewed, with a state-of-the-art review of the performances of devices with regard to output power, threshold, lifetime, beam quality etc. A survey of the recent trends in the field is given, highlighting the latest developments with a special focus on the challenges remaining for achieving direct electrical pumping of organic semiconductor lasers. A last chapter covers the applications of organic solid-state lasers.
