L'utilisation des techniques holographiques pour le traitement optique de l'information est souvent limitée par les performances insuffisantes des dispositifs existants (efficacité de diffraction trop faible, sélectivité restreinte, ou forte diaphonie). L'holographie intracavité peut améliorer ces propriétés de façon considérable.<br />Ce travail a pour objectif l'étude théorique et expérimentale des propriétés diffractives d'un réseau d'indice inséré dans un résonateur de Fabry-Perot, appelé réseau d'indice intracavité. Cette approche fondamentale d'un nouveau concept a conduit à l'élaboration d'un modèle analytique. La diffraction sur un réseau d'indice intracavité épais est ainsi décrite et comparée à celle sur un réseau de Bragg hors cavité. Nous étudions en particulier la diffraction d'une onde de lecture en résonance simultanée avec la cavité de Fabry-Perot et avec le réseau de Bragg. La supériorité du dispositif intracavité en termes d'efficacité de diffraction, de sélectivité angulaire et de rapport signal sur bruit est démontrée. Il apparaît que la configuration la plus favorable est celle d'un résonateur asymétrique, dont le miroir arrière est parfaitement réfléchissant.<br />Compte tenu des résultats théoriques prometteurs, un dispositif expérimental a été conçu, afin de prouver la faisabilité du concept et de valider le modèle analytique. Le milieu non-linéaire support du réseau est un liquide, de sorte que son épaisseur peut être ajustée pour faire coïncider les résonances de Bragg et de Fabry-Perot. Le réseau est inscrit optiquement, par absorption de la figure d'interférence de deux impulsions d'écriture et diffracte le faisceau de lecture continu au voisinage de la résonance de Bragg. Le signal diffracté est analysé pour remonter aux propriétés du réseau. La comparaison avec le réseau de Bragg hors cavité montre l'amélioration significative apportée par le résonateur. Ces résultats expérimentaux sont en très bon accord avec les calculs numériques issus du modèle analytique.<br />Enfin, nous revenons sur le critère de distinction entre réseaux minces (en régime de Raman-Nath) et réseaux épais (régime de Bragg) dans le cas de réseaux intracavité. Nous établissons que le seuil en épaisseur au delà duquel un réseau est épais est nettement abaissé lorsqu'on l'insère en cavité de Fabry-Perot. Le domaine d'application du modèle que nous avons établi est donc très vaste.

Le comportement d'un empilement multicouche interférentiel soumis à une sollicitation extérieure, de type thermique ou mécanique, est devenu un point critique, au regard des exigences de stabilité de plus en plus sévères exprimées aujourd'hui sur les performances des empilements. Afin de prédire de manière rigoureuse et précise l'évolution de ces performances optiques sous sollicitation, quelle que soit la formule de l'empilement, il est nécessaire de connaître les variations de l'indice de réfraction n et de l'épaisseur e de chaque couche, de chaque matériau, de l'empilement. Cela implique la connaissance des paramètres permettant de décrire ces variations, à savoir le coefficient d'expansion thermique a, le coefficient de Poisson n, le coefficient de dépendance de l'indice de réfraction avec la température b, et enfin les coefficients élasto-optiques p11 et p12. Cependant, si l'effet global d'une sollicitation est mesurable sur un empilement complet, ces coefficients sont quasi inconnus au niveau d'une couche mince individuelle tant le même effet devient faible sur une couche de quelques centaines de nanomètres d'épaisseur. Pour mesurer ces paramètres à ce niveau élémentaire, nous présentons une méthode optique basée sur l'utilisation d'un interféromètre de Fabry-Perot comportant une couche du matériau à caractériser, soumis à un échelon de température. L'étude se scinde selon deux axes. Le premier, purement optique, s'intéresse particulièrement au principe de la mesure et à la stabilité de la méthode face aux erreurs et aux bruits de mesures. Le second, purement mécanique, montre comment s'affranchir des inévitables déformations mécaniques des lames de l'interféromètre soumis à la sollicitation thermique, ce qui est indispensable pour parvenir à la mesure des coefficients recherchés. La réunion de ces deux axes a permis de finaliser la méthode de mesure et de concevoir puis réaliser un banc expérimental ayant une résolution en longueur d'onde inférieure au picomètre, dédié à l'extraction de ces paramètres avec la précision requise. Nous en présentons les premiers résultats expérimentaux dédiés à montrer la faisabilité de la mesure.

Le processus de diffusion ``CARS'' (Coherent anti-Stokes Raman scattering) est une technique de spectroscopie qui donne accès à une information sur les modes vibrationnels intramoléculaires de l'échantillon étudié. L'introduction de ce processus de diffusion en microscopie a été pour la première fois proposée en 1982. Elle a été par la suite mise en œuvre dans une configuration colinéaire en 1999. La génération du signal en microscopie CARS a dès lors été étudiée sur des exemples simples. Dans ce mémoire de thèse, nous étendons l'analyse du signal en microscopie CARS en utilisant un formalisme purement vectoriel. En particulier, nous introduisons dans cette étude le coefficient de dépolarisation Raman du mode vibrationnel étudié et analysons son influence sur les diagrammes de rayonnement en champ lointain du signal CARS. Dans une seconde partie, nous nous intéressons à la génération du signal CARS au voisinage d'interfaces transverses et axiales. D'une part, nous présentons une méthode très simple pour obtenir des spectres CARS affranchis de tout fond non-résonant (c'est-à-dire similaires à des spectres Raman purs) au voisinage d'interfaces transverses, en utilisant une excitation conventionnelle. D'autre part, nous présentons une étude expérimentale et théorique de la modification du contraste d'une interface axiale en fonction du désaccord spectral des lasers d'excitation autour d'une résonance vibrationnelle. Ces effets sont intrinsèquement liés à la nature à la fois cohérente et résonante du processus de diffusion CARS. Enfin, dans le but de d'augmenter la sensibilité de la microscopie CARS, nous proposons de générer le signal CARS au voisinage d'une structure résonante. A cet effet, nous menons des études théorique et expérimentale de la génération du signal CARS dans une cavité Fabry-Perot. Nous démontrons des effets intéressants pour des applications en microscopie CARS, qui incluent une exaltation du signal, une augmentation de sa directivité ainsi qu'une symétrisation des signaux générés en avant et en arrière de l'objet émetteur. Cette dernière étude illustre l'influence de l'environnement électromagnétique sur la génération de lumière.