Ce mémoire porte sur de nouveaux composés borates de la famille des RCOB, c'est à dire M4R(BO3)3O (où M=Ca, Sr et R=Y, La, Yb, Lu). Ces matériaux non linéairesservent aussi de matrices hôtes pour des ions luminescents capables de produire une émission laser. Plusieurs composés ont été sélectionnés pour leur faisabilité sous forme de monocristaux et pour leurs propriétés optiques. L'ion Yb3+ joue à la fois le rôle de constituant du matériau et d'ion luminescent. Des monocristaux de YCOB et de LaCOB contenant de grandes concentrations d'ions Yb3+ ont été élaborés par la méthode Czochalski. leur qualité cristalline et optique a été évaluée. L'influence des cations de la structure sur l'efficacité du doublage de la fréquence dnas ces matériaux non linéaires a été mise en évidence. les propriétés spectroscopiques de l'ion Yb3+ dans les deux matrices YCOB et LaCOB ont été caractérisées et ont permis de prévoir le fonctionnement des cristaux en tant que source laser émettant à 1 nanometre. Les études optiques ont été ainsi mis en évidence une oscillation laser à haut rendement dnas le YCOB: Yb est le tout premier effet laser dans un LaCOB: YB. De plus, une émission laser verte, produite par l'autodoublage de la fréquence laser infrarouge, a été obtenue dans le YCOB: Yb. Par ailleurs, l'émission de 'ion Er3+ à 1.5 nanometre dans la matrice GdCOB a été caractérisée, afin de réaliser une source laser à longueur d'onde peu dommageable pour l'oeil. Dans les cristaux, des ions Yb3+ ont été également introduits, qui servent à trnasferer l'energie d'excitation aux ions Er3+, eux-mêmes peu sensibles directement. Les études spectroscopiques de ces deux ions dans le GdCOB ont permis d'évaluer la probabilité du transfert d'énergie entre eux, ainsi que le rôle des phonons de la matrice dans les processus de realxation à partir du niveau émetteur de l'ion Er3+. Cette famille de borates RCOB offre de larges perspectives d'études des relations structure-propriétés.

Graduation date: 2005

Loin de seulement guider la lumière, les fibres optiques s'avèrent être extrêmement polyvalentes. Dotées de fonctions passives tel qu'un filtrage spectral, elles sont à la base de très nombreux capteurs de contraintes (température, pression, allongement, etc). Dopées d'ions de terres rares, elles acquièrent des propriétés de luminescence exploitées pour la réalisation d'amplificateurs ou de lasers. Parmi les matériaux utilisés pour préparer des fibres, la silice est le verre de référence. Les fibres à base de silice possèdent de très bonnes propriétés mécaniques, une très grande transparence et peuvent être produites à grande échelle. Cependant, certaines caractéristiques (énergie des phonons, solubilité, etc) de ce verre peuvent être néfastes pour les propriétés optiques des ions de terres rares. Depuis ma prise de fonction en tant que CR2 CNRS en 2002 au LPMC (Nice), mes activités de recherche concernent la conception, la fabrication et la caractérisation de fibres optiques à base de silice. En particulier, je m'intéresse aux propriétés spectroscopiques des ions de terres rares. Le premier projet présenté concerne l'efficacité des émissions issues du niveau 3H4 de Tm3+. Celle-ci est pratiquement nulle à cause de l'énergie élevée des phonons de la silice. Une étude matériau, spectroscopique et la mise en place de simulations numériques ont permis de rendre compatible ces fibres avec des applications d'amplificateurs vers 1,47 µm (pour la bande S des télécommunications) et des lasers autour de 810 nm (télécommunications, médical, etc). Un autre projet vise à s'affranchir des limitations de la silice en encapsulant les ions de terres rares dans des particules de taille nanométrique. Une voie de synthèse originale de ces nanoparticules est proposée, basée sur des mécanismes de séparation de phase mettant à profit les traitements thermiques appliqués lors du procédé standard de fabrication de préformes de fibres optiques (MCVD). Ces travaux et les autres présentés dans ce tapuscrit ont été menés dans le cadre de collaborations nationales et internationales. Ils ont aussi été l'occasion de nombreux stages pour des étudiants de licence, master, thèse et post-doc. Le dernier chapitre permet de compléter le tour d'horizon de mes activités : administration de la recherche, enseignements dispensés à l'Université de Nice-Sophia Antipolis, actions de diffusion de la culture scientifique, etc

Les lasers solides activés Ln3+ offrent de grands avantages: compacité, grande monochromaticité, faible divergence. Deux gammes spectrales sont étudiées: vers 1,55μm et le bleu. Le dopage Yb-Er de cristaux comme le CAS (Ca2Al2SiO7), LnCOB (LnCa4O(BO3)3 - Ln=Y,Gd), GdVO4 ou CLAPO (Ca8La2(PO4)6O2) conduit à une émission vers 1,55μm. Après cristallogenèse et études spectroscopiques, un effet laser vers 1,55μm est obtenu dans le CAS et les LnCOB. Avec des cristaux dopés Nd, nous désirons une courte longueur d'onde laser (~900nm) pour réaliser un laser bleu après conversion de fréquence. Les matrices dopées Nd3+ sont des aluminates ABAlO4 (A=Ca,Sr-B=Y,Gd) ou ASL (Sr1-xLaxMgxAl12-xO19), gallates ABGa3O7 (A=Ca,Sr-B=La,Gd) ou scheelites AMO4 (A=Ca,Sr,Ba-M=Mo,W). Après cristallogenèse et études spectroscopiques, l'effet laser est obtenu vers 900nm dans CaWO4, SrLaGa3O7 et l'ASL. Avec celui-ci, un laser à 450nm est réalisé par doublage de fréquence avec LBO, BiBO, GdCOB, YCOB ou Gd0,58Y0,42COB.

The main purpose of this research was to investigate new medical applications of femtosecond laser ablation. A near-infrared femtosecond laser was tested and proved to be able to overcome the existing limitations and outperform the conventional long-pulse lasers in the areas of human urinary calculus (kidney stone) lithotripsy and skin treatment. The two primary objectives of my research are: 1) to investigate the feasibility of using femtosecond pulsed laser radiation to ablate urinary calculus of various compositions. The laser-calculus interaction mechanism was characterized using pump probe imaging and fast flash imaging. A novel fiber delivery system was developed to transmit and focus high energy femtosecond pulses for urinary calculus lithotripsy. The successful demonstration of the femtosecond laser lithotripsy provided a promising treatment method better than the existing long-pulse laser lithotripsy in a few different aspects, including less collateral damage to surrounding tissue, small-size debris and more controlled experimental condition. 2) to investigate the depth limitation of femtosecond subsurface ablation in scattering skin sample and develop a prototype tissue optical clearing device to enhance femtosecond beam penetration for deeper subsurface cavitation production in the skin. The successful demonstration of the device has potential benefits to new femtosecond-based therapies for reshaping or removing subcutaneous tissues. / text

Inelastic collision processes driven by anistropic interactions are investigated below 1 K. Three distinct experiments are presented. First, for the atomic species antimony (Sb), rapid relaxation is observed in collisions with \(^4He\). We identify the relatively large spin-orbit coupling as the primary mechanism which distorts the electrostatic potential to introduce significant anisotropy to the ground \(^4S_{3/2}\) state. The collisions are too rapid for the experiment to fix a specific value, but an upper bound is determined, with the elastic-to-inelastic collision ratio \(\gamma \leq 9.1 x 10^2\). In the second experiment, inelastic \(\mathcal{m}_J\)-changing and \(J\)-changing transition rates of aluminum (Al) are measured for collisions with \(^3He\). The experiment employs a clean method using a single pump/probe laser to measure the steady-state magnetic sublevel population resulting from the competition of optical pumping and inelastic collisions. The collision ratio \(\gamma\) is measured for both \(\mathcal{m}_J\)- and \(J\)-changing processes as a function of magnetic field and found to be in agreement with the theoretically calculated dependence, giving support to the theory of suppressed Zeeman relaxation in spherical \(^2P_{1/2}\) states [1]. In the third experiment, very rapid atom-atom relaxation is observed for the trapped lanthanide rare-earth atoms erbium (Er) and thulium (Tm). Both are nominally nonspherical \((L \neq 0)\) atoms that were previously observed to have strongly suppressed electronic interaction anisotropy in collisions with helium \((\gamma > 10^4-10^5, [2,3])\). No suppression is observed in collisions between these atoms \((\gamma \lesssim 10)\), which likely implies that evaporative cooling them in a magnetic trap will be impossible. Taken together, these studies reveal more of the role of electrostatic anisotropy in cold atomic collisions. / Physics

Atomic diffusion phenomena were examined in a metal-alloy nuclear fuel system composed of δ-phase U-50wt%Zr fuel in contact with either Zr-10wt%Gd or Zr-10wt%Er. Each alloy was fabricated from elemental feed material via melt-casting, and diffusion samples of nominal 1.5 mm thickness were prepared from the resulting alloy slugs. The samples were assembled into diffusion couples and annealed for periods of 14, 28, and 56 days at temperatures of 550°C, 600°C, and 650°C. Thus, the U-50Zr/Zr-10Er system and the U-50Zr/Zr-10Gd system were each annealed for three different time periods at each of three different temperatures, for an initial total of 18 diffusion interfaces that were to be studied. In practice, data was collected from only 12 of the 18 interfaces. At 650°C, the U-50wt%Zr alloy exists in the γ-phase region, which enabled the comparison of diffusion behavior between the δ phase and γ phase. Diffusion samples were examined by collecting composition profiles across the diffusion interface for each element via electron probe microanalysis. From the resulting experimental data diffusion coefficients were evaluated. Diffusion coefficients were found to be on the order of 10^-19 m2/s in the δ-phase systems, and 10^-17 m^2/s in the γ-phase systems. It was observed that atomic mobility of all diffusing species was generally greater in the U-50Zr/Zr-10Gd system than in the U-50Zr/Zr-10Er system; furthermore, it was found that diffusion rates were considerably higher above the phase transformation temperature into the γ phase, as indeed would be expected in the more open structure of the body-centered cubic γ phase, as compared to the hexagonal δ-phase U-Zr. However, values for diffusion coefficients measured in this study were considerably smaller than those found in past studies of δ-phase U-Zr, which are on the order of 10^-17 m^2/s. It is likely that diffusion was inhibited by the formation of stable metal oxides resulting from oxygen contamination; it is also possible that diffusion was suppressed by the presence of the erbium and gadolinium.

No description available.

The linewidths and line positions of 4I15/2 to 4I13/2 absorption transitions of trivalent erbium in CsCdBr₃ and CaF₂ were measured as a function of temperature from approximately 10 K to 300 K. By comparing the temperature dependence of these transitions with theoretical models of electron-phonon coupling the primary mechanism involved were determined. For Er3+ doped CaF₂ the Raman scattering processes dominated the line broadening, although the single-phonon direct processes were significant enough to drastically alter the values of the Raman scattering electron-phonon coupling constant. In comparison, the Er³⁺ doped CsCdBr₃ had negligible Raman scattering contributing to the line broadening. This is likely due to the exceedingly low Debye temperature and consequently low number of phonons, reducing the likelihood of two-phonon processes relative to single-phonon processes. The results were then analysed in terms of the bond length with the ligands and compared with other studies showing that as the bond length gets shorter the electron-phonon coupling constant associated with Raman scattering is expected to get smaller. To explain the line shifts in CaF₂:Er³⁺ it is necessary to treat the Debye temperature as a parameter. This indicates that the phonon modes causing the line shifts are different from those causing the line broadening, and in most of the cases are vibronic processes rather than Raman processes. In the case of CsCdBr₃:Er³⁺ there is very little difference between the fits using the fixed Debye temperature and a varied Debye temperature in over half of the cases examined. Given the distribution of phonon modes, it is likely that this small difference arises because combinations of these processes are of similar intensity, meaning that a combination of Raman and optical phonon modes are likely causing the line shift.

Ce travail de thèse a consisté à mettre en place toute une filière de fabrication de microtores en silice sur silicium (étapes de lithographie et de gravure en salle blanche pour la réalisation de microdisques, installation d'un banc optique permettant la transformation du résonateur en microtore par un procédé de recuit laser CO2), à installer un banc optique permettant de mesurer la largeur spectrale de leurs résonances optiques à 1.55 µm et enfin, à explorer l'intégration d'émetteurs de lumière composés d'éléments de la colonne IV comme du silicium et du germanium, dans ces cavités. Des microtores supportant des résonances de facteur de qualité Q proche de 10^8 à 1.55 µm ont été fabriqués. Ces réalisations sont très proches de l'état de l'art et valident à la fois la fabrication des cavités et le banc optique permettant les mesures spectrales des modes de galerie (WGM). Grâce à un contrôle fin des différentes étapes de fabrication, de nouveaux résonateurs ont également été réalisés, des microsphères de silice sur puce de petits rayons (entre 5 et 14 µm). Une étude détaillée de ces résonateurs est présentée. Des Q proches de 10^8 ont également été mesurés. Des cavités WGM comportant une couche de nanoclusters de silicium dans une matrice de silice avec des ions erbium (SiOx : Er) sont étudiées en photoluminescence. Un couplage des ces émetteurs à des WGM est observé à température ambiante dans le visible et dans l'infrarouge. Un travail de couplage du germanium aux WGM a commencé et semble prometteur.