Les sources de paires de photons corrélés sont des composants clés nécessaires aux réseaux de télécommunications quantiques. Réaliser directement ces sources à partir de fibres optiques permet de minimiser les pertes d'insertion. Nous proposons de concevoir une telle source à partir d'une fibre optique étirée. La fibre étirée possède un diamètre pouvant descendre à moins de 500 nm sur une longueur de quelques centimètres. Le faible diamètre de la section étirée favorise les effets non linéaires, tandis que les sections non étirées permettent de connecter avec de très faibles pertes cette fibre étirée avec les fibres des réseaux de télécommunication.Dans cette thèse, nous présentons donc une conception d’une nouvelle source de photons corrélés totalement fibrée à base de fibres standard de télécommunications (SMF28) étirées. Pour produire ces paires de photons nous utiliserons la fluorescence paramétrique due à la brisure de symétrie à la surface de la nanofibre en silice.Nous avons développé une technique de mesure par microscopie optique, qui permet de mesurer tout le profil de la fibre étirée avec une résolution nanométrique bien au-delà de la limite de diffraction.En parallèle, nous avons modélisé la susceptibilité non linéaire de surface de second ordre en prenant en compte l’aspect vectoriel de la propagation du champ optique dans une microfibre à deux ou trois couches. Dans un second temps, nous définissons les accords de phase modaux qui sont nécessaires pour l’obtention d’une forte fluorescence paramétrique. Nous dimensionnons cette nanofibre pour une bonne optimisation de l’efficacité de génération des paires. L'ensemble du processus de création de photons sera modélisé. / Sources of correlated photon pairs are key components required for quantum telecommunications networks. Implementing these sources directly with optical fibers minimizes the insertion losses. We propose to design such a source from a tapered optical fiber.The tapered fiber has a diameter lower than 500 nm over a length of a few centimeters. The small diameter of the tapered section favors the non-linear effects, while the unstretched sections make it possible to connect this tapered fiber with the fibers of the telecommunication networks with very low losses.In this thesis, we present a design of a new source, fully fibered of correlated photons based on standard telecommunications tapered fibers (SMF28). To produce these pairs of photons we will use the parametric fluorescence due to symmetry breaking at the surface of a silica nanofiber.We have developed an optical microscopy measurement technique to measure all the profile of tapered fibers with nanometer resolution far beyond the diffraction limit.In parallel, we modeled the second-order nonlinear surface susceptibility by taking into account the vector aspect of the propagation of the optical field in a two or three-layered microfiber. In a second step, we define modal phase matchings that are necessary to obtain a strong parametric fluorescence. We size this nanofiber for a good optimization of pairs generation efficiency. The entire process of photon creation will be modeled.

Η διφωτονική απορρόφηση (ΔΦΑ) είναι το μη γραμμικό-φαινόμενο κατά το οποίο δύο φωτόνια απορροφούνται ταυτόχρονα σε ένα υλικό μέσο. Τα τελευταία 20 χρόνια το φαινόμενο αυτό έχει προσελκύσει ιδιαίτερα το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας για την ανακάλυψη νέων αποδοτικών ενώσεων λόγω και των εφαρμογών που έχει βρεθεί ότι μπορεί να προσφέρει. Η διφωτονική μικροσκοπία, ο διφωτονικός πολυμερισμός, η τρισδιάστατη αποθήκευση δεδομένων είναι μερικές από τις σημαντικές εφαρμογές που εκμεταλλεύονται τα πλεονεκτήματα της ΔΦΑ. Τη τελευταία δεκαετία η έρευνα επικεντρώνεται στη θεωρητική και πειραματική μελέτη της ΔΦΑ οργανικών ενώσεων με σκοπό την διασύνδεσης των χαρακτηριστικών της δομής των μορίων με την ΔΦΑ που παρέχουν και την εύρεση στρατηγικών σύνθεσης οργανικών ενώσεων υψηλής ΔΦΑ. Επίσης πολλές είναι οι επιστημονικές εργασίες που χρησιμοποιούν τις ενώσεις αυτές στην έρευνα για την ανάπτυξη και βελτίωση των διφωτονικών εφαρμογών. Στη διατριβή αυτή γίνεται μελέτη της ΔΦΑ συζυγιακών οργανικών ενώσεων αποτελούμενες από ένα κεντρικό τμήμα συνδεδεμένο αντιδιαμετρικά με δυο ίδιους υποκαταστάτες. Τα συμμετρικά αυτά μόρια έχουν ως κεντρικό τμήμα φλουορένιο ή αλκόξυ-φαινυλένιο ή καρβοξύλιο και διάφορους υποκαταστάτες στα άκρα. Η τεχνική μέτρησης διφωτονικά διεγερμένου φθορισμού με laser femtosecond χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό των τιμών της ενεργούς διατομής ΔΦΑ των μορίων στη φασματική περιοχή 750-840nm. Από τη συγκριτική μελέτη των ενώσεων προκύπτει ότι ο υποκαταστάτης φθαλιμίδιο προσφέρει την μεγαλύτερη ΔΦΑ και για τα τρία διαφορετικά κεντρικά τμήματα, ενώ όταν συνδέεται με το φλουορένιο έχει την υψηλότερη ενεργό διατομή ΔΦΑ φθάνοντας την τιμή των 1650GM στη φασματική περιοχή που μελετήθηκε. Επίσης παρατηρήθηκε ότι ο υποκαταστάτης ναφθαλιμίδιο προκαλεί μετατόπιση του μεγίστου ΔΦΑ σε αρκετά μεγαλύτερα μήκη κύματος. Παρόμοια μετατόπιση παρατηρείται και για τα μόρια με κεντρικό τμήμα το καρβαζόλιο. Η μετατόπιση αυτή του φάσματος ΔΦΑ δεν αντιστοιχεί σε μετατόπιση του φάσματος μονοφωτονικής απορρόφησης. Οφείλεται στην άρση της κεντροσυμμετρίας του μορίου, λόγω της διαμόρφωσης της δομής του, η οποία κάνει επιτρεπτή τη διφωτονική μετάβαση στην πρώτη μονοφωτονικά επιτρεπτή ενεργειακή κατάσταση που ειδάλλως είναι απαγορευμένη. Η επίδραση του διαλύτη στις διφωτονικές ιδιότητες των μορίων μελετάται επίσης στη διατριβή αυτή. Για τις τέσσερις πιο αποδοτικές ενώσεις, ως προς το διφωτονικά διεγερμένο φθορισμό, έγιναν μετρήσεις για τον υπολογισμό των φασμάτων ΔΦΑ τους σε πέντε διαλύτες διαφορετικής πολικότητας (διηλεκτρικής σταθεράς). Από τις μετρήσεις φάνηκε η σημαντική επίδραση του διαλύτη στη ΔΦΑ των τεσσάρων χρωστικών η οποία μεγιστοποιείται σε διαλύτη μεσαίας πολικότητας, ο τρεις στην ακετοφαινόνη και μια στο THF. Η χαμηλή κβαντική απόδοση φθορισμού που παρατηρείται στα διαλύματα με ακετοφαινόνης μειώνει αρκετά το διφωτονικά προκαλούμενο φθορισμό και κατατάσσει τo THF ως τον αποδοτικότερο διαλύτη για διφωτονικές εφαρμογές που εκμεταλλεύονται το φθορισμό. Επίσης και ο μη πολικός διαλύτης τολουόλιο προκαλεί έντονο φθορισμό λόγω της υψηλής κβαντικής απόδοσης παρόλο που επιφέρει δραστική μείωση της ΔΦΑ σε σύγκριση με τους άλλους διαλύτες που μελετήθηκαν. Δύο από τις χρωστικές που μελετήθηκαν ως προς τη ΔΦΑ τους χρησιμοποιήθηκαν ως φωτοεκκινητής πολυμερισμού ενός ακρυλικού μονομερούς και την μελέτη του πολυμερισμού συναρτήσει διαφόρων παραμέτρων ακτινοβόλησης της ρητίνης. Οι χρωστικές αυτές έχουν φλουορένιο ως κεντρικό τμήμα και υποκαταστάτες στα άκρα φθαλιμίδιο ή τριφαινυλαμίνη. Και οι δύο χρωστικές δύναται να προκαλέσουν τον πολυμερισμό του μονομερούς με ακτινοβόληση υπερβραχέων παλμών στα 800nm, αλλά η προσθήκη αμίνης ως συνεκκινητή μειώνει το κατώφλι ισχύος εκκίνησης του. Επίσης, σε υψηλές τιμές ισχύος ακτινοβόλησης στο ίδιο μήκος κύματος παρατηρήθηκε αυτο-πολυμερισμός του μονομερούς γεγονός το οποίο έχει επισημανθεί μία μόνο ακόμη φορά σε μια εργασία με ρητίνη μίξης τριών ακρυλικών μονομερών. Δύο ρητίνες που παρασκευάστηκαν στην παρούσα διατριβή αναμιγνύοντας το μονομερές με τη κάθε χρωστική και με προσθήκη του συνεκκινητή μελετήθηκαν για την εξάρτηση του πολυμερισμού από τον φακό εστίασης και από την ισχύ, την ταχύτητα σάρωσης και τη διάμετρο της δέσμης. Για το σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν δοκίμια στα οποία εγγράφονταν πολυμερισμένες γραμμές μεταβάλλοντας κάποια από τις παραπάνω παραμέτρους και μετρώντας το πάχος και το ύψος των γραμμών αυτών από τις εικόνες μικροσκοπίου σάρωσης ηλεκτρονίων. Το γεγονός ότι ο μικρότερης ισχύος φακός παρατηρηθηκε ότι προκαλεί λεπτότερη γραμμή εξηγείται από το φαινόμενο κατωφλίου του πολυμερισμού. Ωστόσο η λεπτότερη γραμμή επιτυγχάνεται με τον ισχυρότερο φακό καθώς μπορεί να μειωθεί περισσότερο η ισχύς της δέσμης λόγω του χαμηλότερου κατωφλίου εκκίνησης του πολυμερισμού για το φακό αυτό. Η αύξηση της ταχύτητας σάρωσης ή η μείωση της ισχύος της δέσμης επιφέρουν μικρότερες διαστάσεις πάχους και ύψους της γραμμής που πολυμερίζεται. Επίσης η κατανομή της ισχύος ακτινοβόλησης σε ολόκληρο το πίσω άνοιγμα του φακού επιφέρει καλύτερη εστίαση και λεπτότερη πολυμερισμένη γραμμή. Ωστόσο η κατάλληλη χωρική διαμόρφωση της δέσμης μπορεί να μειώσει τις διαστάσεις των πολυμερισμένων δομών. / -

L’intérêt des systèmes laser UV compacts à solide ne cesse de s’accroître du fait de leurs nombreuses applications dans différents domaines : stockage optique d’information, micro-usinage, médecine, biologie, science des matériaux ... Cependant, dans les cristaux de type oxyde, l’obtention d’une lumière laser UV ne peut se faire que par conversion de fréquences d’un laser émettant dans le domaine infra-rouge. Dans ces conditions, les efforts de recherche s’orientent vers des cristaux à base de borates du fait de leurs performances, de leur transparence dans l’ultraviolet et de leur résistance à l’endommagement laser. Dans ce cadre, nous avons étudié trois matériaux à base de borate : Bi2ZnB2O7 (BZBO), LaBGeO5 (LBGO) et BaCaBO3F (BCBF). Des fibres cristallines de borate de zinc et bismuth BZBO ont été élaborées par la technique de la micro-goutte pendante dans différentes conditions afin de tenter de résoudre le problème de la coloration orange-rouge des fibres obtenues lors de travaux antérieurs. La croissance directe des fibres de LBGO à partir du liquide s’est révélée pratiquement impossible à cause de sa viscosité trop importante. La recherche d’un flux a donc été entreprise afin de diminuer la viscosité et permettre d’obtenir des cristaux de bonne qualité et de dimensions exploitables. Pour cela, le diagramme de phases LBGO-LiF a été étudié ainsi qu’une partie de la coupe isopléthique La2O3-LaBGeO5 dans le système ternaire La2O3-B2O3-GeO2 afin d’étudier les possibilités de « self flux ». Le tirage des fibres BCBF étant très difficile, la technique de la micro-goutte pendante n’est pas une méthode appropriée, dans sa version actuelle, pour la croissance de ce matériau / The growing interest in compact all-solid state laser sources based on non-linear optical crystals emitting in the UV range is explained by their numerous applications such as photolithography, marking, micromachining, cutting or surgery. The only way to generate an ultraviolet laser light from an oxide crystal is by frequency conversion of a near-infrared source. In these conditions, the research works focus towards borate crystals due to their performance, transparency and resistance to laser damage. In this context, we have studied three borate materials: Bi2ZnB2O7 (BZBO), LaBGeO5 (LBGO) and BaCaBO3F (BCBF). Several BZBO crystal fibers were pulled under different conditions by micro-pulling down technique, in order to solve the problem of the orange-red color of the obtained fibers in previous works. The direct growth of LBGO fibers from the melt is impossible because of its excessive viscosity. It was then necessary to find a flux to reduce viscosity and provide crystals with good quality and usable dimensions. So, the LBGO-LiF phase diagram was studied and also the isoplethal section La2O3- LaBGeO5 in the La2O3-B2O3-GeO2 ternary system to examine the possibility of "self-flux". The growth of BCBF fiber being very difficult, the micro-pulling down technique is not appropriate, in its present version, for the growth of this material