La réalisation d’une mémoire quantique pour la lumière met en jeu les aspects les plus fondamentaux de l’interaction matière-rayonnement. Pour capturer l’information quantique portée par la lumière, le matériau doit être capable de se maintenir dans un état de superposition quantique. Le temps de stockage est limité par la durée de vie de cet état, caractérisée par le temps de cohérence. Les premières expériences ont été réalisées dans des vapeurs atomiques froides, bien connues. Plus récemment, les ions de terres rares en matrice cristalline (REIC) ont attiré l’attention par leurs long temps de cohérence, associés à de larges bandes passantes d’interaction. Pour exploiter ces bonnes propriétés, des protocoles spécifiques ont été proposés. Nous nous sommes tournés vers un dérivé prometteur de l’écho de photon, le Peigne Atomique de Fréquences (AFC, proposé en 2008), fondé sur la transmission du champ incident à travers un profil d’absorption spectralement périodique. Les premiers chapitres de ce manuscrit présentent ce protocole et les travaux effectués durant cette thèse pour en améliorer l’efficacité (i.e. la probabilité de capter et de restituer l’information incidente), en augmenter la bande passante et la capacité de multiplexage et en mesurer le bruit. Les chapitres suivants présentent un nouveau protocole, proposé dans notre groupe durant cette thèse, et baptisé ROSE (Revival Of Silenced Echo). Ce protocole, très proche de l’écho de photon, a été démontré et caractérisé expérimentalement. Il semble très prometteur en termes d’efficacité, de bande passante et de bruit. / The development of a quantum memory for light involves the most fundamental aspects of the light-matter interaction. To store the quantum information carried by light, the material has to be able to stay in a state of quantum superposition. The storage time is limited by the lifetime of this state, characterized by the coherence time. The first experiments involved the well-known cold atomic vapors. More recently, Rare Earth Ions doped Crystals (REIC) have drawn attention because of their remarkably long coherence time, combined with a large interaction bandwidth. Specific protocols have been proposed to take the most out of these properties. We have opted for a promising spin-off of the well-known photon echo, named the Atomic Frequency Comb (AFC, proposed in 2008), based on the transmission of the incoming field through a spectrally periodic absorption profile. The first chapters of this manuscript present this protocol and our works aimed at improving its efficiency (the probability for capturing and retrieving the incoming information), increasing its bandwidth and its multiplexing capacity and measuring its noise. The following chapters present a new protocol, proposed in our group during this thesis, and called Revival Of Silenced Echo (ROSE). This protocol, similar to the photon echo, have been demonstrated and characterized experimentally. It seems really promising in terms of efficiency, bandwidth and noise.

Ce travail de thèse concerne le développement de sources femtoseconde de forte puissance moyenne ou de forte énergie avec des matériaux pompés par diodes laser, dopés à l’ytterbium. Plus particulièrement au cours de cette thèse deux types de matrices ont été utilisés, le CALGO (CaGdAlO4) et les fluorures, possédant le potentiel de générer des impulsions courtes (100aine de femtoseconde). Les caractéristiques spectroscopiques et thermiques du CALGO dopés à l’ytterbium permettent d’envisager le développement d’oscillateur femtoseconde court de forte puissance moyenne. Dans ce contexte, la technologie des disques minces permet d’obtenir avec d’autres matrices, des résultats très intéressants. C’est pourquoi durant cette thèse le choix de maitriser cette nouvelle technologie, avec l’utilisation de ce cristal, a été fait. Dans ce cadre, des résultats très prometteurs ont été obtenus. L’oscillateur femtoseconde Yb :CALGO de plus forte puissance moyenne a en effet été développé (28 W), pour une énergie non négligeable, supérieure au µJ et une durée d’impulsions de 300 fs. Des améliorations sont à prévoir avec l’utilisation de nouveaux cristaux plus dopés et plus fins, mais d’hors et déjà les résultats obtenus sont au niveau de l’état de l’art des oscillateurs femtoseconde de forte puissance moyenne.Le cristal de CaF2 quant à lui, possède un grand intérêt pour le développement d’amplificateurs énergétiques courts, puisqu’il a la capacité de stocker beaucoup d’énergie. Deux types d’amplificateurs ont alors été développés, avec des objectifs bien différents. Le premier permet d’obtenir un fort gain (~106), avec une énergie extraite proche du mJ (amplificateur régénératif), alors que le second a pour but d’extraire le maximum d’énergie (amplificateur multipassage), dans notre cas jusqu’à 160 mJ, avec un gain plus faible (~10).Le potentiel de ces matériaux pour la génération d’impulsions courtes et/ou de forte puissance moyenne a alors été démontré. / This work concerns the development of high average power or high energy laser with diode-pumped ytterbium-doped materials. Two host matrices were studied, CALGO (CaGdAlO4) and fluoride, which permit the generation of ultra-short pulses. Spectroscopic and thermal properties of ytterbium doped CALGO crystals are adapted for the development of high average power oscillator. In this area, thin disk technology seems to be particularly interesting for the development of such oscillator. That’s why we choose to master this technology with ytterbium-doped CALGO crystals. Thus, Yb:CALGO oscillator with the highest average power was developed (28 W), with more than µJ energy and pulse duration of 300 fs. Using more doped and thinner crystals should permit to improve our performances, however they are already at the state of the art of high average power oscillator.Ytterbium doped CaF2 has a great interest for short-pulse high energy amplifier, thanks to its capacity to store energy. Two types of amplifier were developed. A regenerative amplifier with high gain (~106), mJ energy level, and a multipass amplifier with lower gain (~10) but permitting to extract really high energy (up to 160 mJ).Potential of these materials for the development of short pulse high average power and/or high energy system was demonstrated.

La thèse porte sur l’étude des verres d’encapsulation pour des cellules solaires en silicium monocristallin. Deux pistes ont été explorées pour réduire les pertes d’efficacité dues à l’encapsulation : la réduction de la réflexion de verres à base de silice avec des couches antireflets ainsi que l’utilisation de verres fluorés dopés terres rares à conversion de fréquence. Dans le premier cas, des couches antireflets ont été déposées sur des verres à base de silice par la méthode sol-gel. Les caractérisations optiques des verres ont été réalisées par spectrophotométrie et ellipsométrie et l’influence des différents verres sur les caractéristiques densité de courant-tension (J-V) ont été testées sous simulateur solaire dans des conditions standards (AM1.5 et 100 mW/cm2) pour une ou plusieurs cellules de référence. Une autre piste explorée a été celle des verres fluorés dopés terres rares ayant des propriétés de conversion de fréquence (conversion de photons non absorbés vers une énergie proche du gap optique du silicium). Des matrices fluorées de type ZBLA et ZLAG dopées terres rares (Pr3+, Tm3+, Yb3+) ont été utilisées. L’influence du dopage sur les performances électriques des cellules encapsulées a été étudiée en corrélation avec les propriétés physiques et optiques (transfert d’énergie, photoluminescence, transmittance) des verres. Le bénéfice de la conversion de fréquence a pour la première fois été montrée sur les caractéristiques J-V pour des échantillons co-dopés Pr3+-Yb3+. De plus, les caractéristiques des cellules de référence en utilisant ces nouveaux verres d’encapsulation ont été comparées à celles des verres utilisés habituellement dans l’industrie. / The thesis studies the encapsulation glass for monocrystalline silicon solar cells. Two ways were explored to reduce the efficiency loss due to encapsulation: reducing reflection losses of silica based glasses with antireflection layers and the use of rareearth- doped fluoride glass for frequency conversion. On the one hand, antireflection layers have been deposited on the silica glass by sol-gel method. The optical characterizations were carried out by spectrophotometry and ellipsometry and the influence of different encapsulation glasses on the current density-voltage characteristics (J-V) were measured under solar simulator irradiation in standard conditions (AM1.5 and 100 mW/cm2) for various reference cells. On the other hand, the rare-earth-doped fluoride glasses which they can convert frequencies in order to change the energy of photons to energies adapted to the optical gap of the silicon has been investigated. The glasses used are fluorinated matrix ZLAG and ZBLA doped with rareearth elements (Pr3+, Tm3+, Yb3+). The effect of doping on the electrical performance of encapsulated cells was studied correlated with physical and optical properties of glasses (energy transfer, luminescence, transmittance). Frequency conversion was demonstrated by luminescence for all of the rare-earth-doped samples. Then the most promising results for encapsulating was found for codoped Yb3+-Pr3+ ZBLA glass. The benefit of the frequency conversion was shown for the first time in J-V characteristics. Then, characteristics of the reference cells with these new encapsulating glasses were compared to those from glasses commonly used in the photovoltaic modules industry

Dans ce mémoire, nous avons approché l'étude du diagramme de phase (T,p) des cuprates à travers l'étude des effets du dopage sur les propriétés électroniques de deux systèmes La2-xSrxCuO4 et Bi2Sr2Ca1-xYxCu2-yZnyO8+d.  Dans un premier temps, la conductivité optique de deux échantillons La2-xSrxCuO4 a été analysée, dans les plans et perpendiculairement aux plans : un composé sous-dopé (x = 0,08) et le composé optimalement dopé (x = 0,15). Suivant l'axe c et à faibles fréquences, nous avons observé une diminution de la conductivité optique en diminuant la température pour l'échantillon sous-dopé. Dans les plans et pour le même composé, nous avons montré que le taux de diffusion diminuait et que la masse effective augmentait, lorsque la température diminue et à faibles fréquences. Puisque ces résultats ne sont obtenus que sur l'échantillon sous-dopé, ils peuvent correspondre à une signature de la phase de pseudo-gap.<br /> Dans le but de comparer et d'étudier le comportement du cuprate Bi-2212, nous avons synthétisé des échantillons de composition Bi2Sr2Ca1-xYxCu2-yZnyO8+d. La substitution à l'yttrium modifie la concentration des porteurs et la substitution au zinc conduit à la suppression de la supraconductivité. Nous avons d'abord analysé des échantillons céramiques. Deux voies d'élaboration ont été confrontées : la voie solide et la voie citrate modifiée. Cette dernière a montré une meilleure cristallinité et un caractère monophasé des poudres, caractéristiques importantes pour la croissance cristalline. Les mesures de transport ont montré que les céramiques évoluaient d'un régime métallique vers un comportement semi-conducteur, à haute température, en fonction de la substitution à l'yttrium mais également au zinc.<br /> Finalement, nous nous sommes intéressés à la croissance de monocristaux de Bi2Sr2Ca1-xYxCu2-yZnyO8+d dans un four à image. Les expériences ont montré que la croissance était délicate. Après avoir optimisé les paramètres de la fusion pour la composition non-dopée, nous avons fait croître des monocristaux de taille 15 x 5 x 0,2 mm3. Pour les substitutions, l'yttrium empêche la croissance de larges monocristaux qui n'excèdent pas la taille de 3 x 1,5 x 0,2 mm3. La limite de solubilité du zinc sur site cuivre a été définie à 0,03. A partir de ces résultats, des monocristaux de composition Bi1,99Sr2,01Ca0,76Y0,3Cu1,9Zn0,03O8+d ont été synthétisés et caractérisés.

L'étude électrochimique des interfaces semi-conducteur - électrolyte peut-être un élément fondamental d'une méthode d'investigation adaptée à la connaissance de l'état solide. En effet, pour les solutions solides d'oxyde de lithium dans l'oxyde de nickel, l'ensemble de nos résultats sont reproductibles et caractéristiques de chaque oxyde étudié. En outre, les mesures potentiométriques confirment le mécanisme proposé pour l'introduction du lithium (concentration en dopant supérieure à 0,1 atome %).La calcination des mélanges d'hydroxyde de nickel et de lithium se faisant à 660°C, sous air, il s'introduit un atome d'oxygène excédentaire pour deux atomes de lithium, dans le réseau des solutions solides. Le mécanisme proposé fait apparaître trois hypothèses différentes suivant la concentration en dopant. Dans chacun des cas, l'évolution de certaines propriétés physicochimiques du solide s'explique par le sens de variation du nombre de lacunes et de trous d'électrons. En outre, il ressort que la plupart des ions lithium se placent en substitution du nickel. Le potentiel d'électrode de nos solutions solides est fonction du pH de la solution ; nous notons la présence d'une couche adsorbée sur l'électrode, en équilibre avec les protons de l'électrolyte. A partir de mesures de potentiel Zêta, nous avons montré que : (¤) la chute de potentiel dans la région de charge d'espace, à l'intérieur du semi-conducteur, est une fonction décroissante de la concentration en lithium dans l'oxyde, (¤) la chute de potentiel dans l'électrolyte est une fonction croissante de la teneur en dopant. Nous proposons, comme suite à ce travail, de caractériser le solide par des méthodes potentiocinétiques. Au cours de chaque polarisation, nous évaluerons la contribution apportée par le lithium sur la modification de structure électronique du solide.

Les sources laser bleues possèdent des applications nombreuses et varies (shows laser, affichage, médecine, spectroscopie, communications sous-marines, stockage de données). Lors de cette thèse, nous avons démontré qu'avec de nouveaux concepts, il est possible de réaliser des sources bleues originales à base de cristaux dopés néodyme. Nous avons dans un premier temps proposé une alternative au laser à Argon en concevant une source basée sur la somme de fréquence de deux raies du néodyme émettant autour de 1060 nm et 910 nm. Afin de choisir le cristal optimal, nous avons mené une étude comparative sur certaines caractéristiques physiques et les performances laser sur la transition 4F3/2-4I9/2 des cristaux de Nd:GdVO4 et Nd:YVO4. Nous avons ensuite conçu et réalisé quatre architectures laser émettant en continu à 491 nm, toutes à base de somme de fréquence intracavité. Les deux premières étaient basées sur des laser bi-longueur d'onde à un seul ou deux cristaux laser. La troisième était composée de deux lasers dont les cavités étaient imbriquées, le cristal non linéaire étant inséré dans la partie commune. Finalement, nous avons réalisé un laser émettant à 1064 nm pompé intracavité à 912 nm. Sur le même principe, nous avons conçu une source en régime déclenché à 491 nm grâce à un nouveau concept d'extraction de puissance par interaction non linéaire. La somme de fréquence a alors lieu intracavité à 912 nm mais extracavité à 1063 nm. Finalement, nous avons étudié et réalisé un laser fonctionnant sur la transition à trois niveaux de l'ion néodyme. Par génération de second harmonique, nous avons ainsi réalisé des sources bleues de longueur d'onde inférieure à 450 nm.

Le cadre général de cette thèse est l'étude de nouvelles sources laser solides, pompées par diode, émettant un rayonnement continu monomode longitudinal dans le proche infrarouge (1000 nm) et dans le bleu-vert par doublement de fréquence, particulièrement à 501,7 nm. Ces sources laser visent des applications métrologiques telles que la spectroscopie de l'iode (127I2) à ultra-haute résolution et la mise en pratique du mètre, domaines dans lesquels les lasers à argon sont actuellement utilisés.<br />Le premier chapitre de ce travail présente le contexte de cette étude, à travers un état de l'art des sources laser autour de 500 nm, les solutions retenues et explorées, ainsi que des éléments théoriques pour la génération de seconde harmonique. Le principe commun des deux voies est de produire une émission laser monomode spectrale à 1000 nm qui est ensuite doublée en fréquence.<br />Le deuxième chapitre traite de la solution utilisant des cristaux dopés ytterbium émettant à 1000 nm, dont l'émission est doublée en fréquence intracavité dans un cristal non linéaire de KNbO3. Deux cristaux laser sont utilisés : le Yb:YSO et le Yb:KYW. Dans les deux cas, à 501,7 nm, nous démontrons des puissances en régime monofréquence comprises entre 35 et 60 mW pour une puissance de pompe de 4W à 980 nm.<br />Le troisième chapitre concerne la seconde voie étudiée utilisant un milieu amplificateur semiconducteur à puits quantiques de type VCSEL. La structure active, formée d'un miroir de Bragg et de puits quantiques, est montée en cavité étendue et pompée optiquement. L'émission autour de 1000 nm est doublée en fréquence pour produire 60 mW en régime monomode spectral à 500 nm, à partir d'une puissance de pompe de 6,5 W à 808 nm.

Le contrôle des ondes électromagnétiques joue un rôle fondamental dans les technologies photoniques actuelles. De nos jours, on assiste à une demande croissante de composants agiles capable d'absorber efficacement les ondes électromagnétiques dans divers gamme de fréquences. Habituellement, ces absorbeurs s'appuient sur les résonances plasmoniques qui apparaissent dans les métaux nobles dans la gamme visible. Cependant, l'extension des propriétés plasmoniques aux spectres infrarouge et THz nécessite des matériaux adéquats ayant un comportement métallique à ces fréquences. Dans ce travail, nous étudions numériquement et expérimentalement les structures métal-isolant-métal (MIM) réalisées à partir de semi-conducteur hautement dopé Si: InAsSb qui a un comportement métallique dans la gamme infrarouge. Dans la deuxième partie, nous avons amélioré l'efficacité des résonateurs MIM en utilisant des métamatériaux hyperboliques qui miniaturisent les résonateurs. Dans la dernière partie, nous proposons un design universel ultra-mince qui permet de dépasser les contraintes associées au choix des matériaux et permettant la réalisation d'un absorbeur fonctionnant sur une gamme spectrale allant de l'infrarouge aux micro-onde. / The control of light absorbance plays a fundamental role in today's photonic technologies. And the urge to design and develop flexible structures that can absorb electromagnetic waves is very growing these days. Usually, these absorbers relies on plasmonic resonances that arise in noble metals in the visible range. However, the extension of the plasmonic properties to the infrared and THz spectra requires adequate materials that have a metallic behavior at these frequencies. In this work, we study numerically and experimentally the metal-insulator-metal (MIM) structures realized from highly doped semiconductor Si:InAsSb that has a metallic behavior in the infrared range. In the second, part we improved the efficiency of the MIM resonators by using hyperbolic metamaterials that also miniaturize the resonators. In the last part, we propose an ultra-thin universal design that overcomes the material barrier so that the total absorption can be achieved for different spectral ranges without changing the material.

Les ressources renouvelables sont considérées comme des alternatives durables, et parfois moins chères, aux matières premières d'origine pétrochimique. Dans cette thèse, on a utilisé du tanin provenant d’écorces de Mimosa comme précurseur de matériaux carbonés. La synthèse de ces nouveaux matériaux carbonés comprend un processus en deux étapes: la première étape est un traitement hydrothermal à des températures modérées, de 180 à 200°C, ce qui permet l'enrichissement en carbone ainsi que la fixation des hétéroatomes et la production de différentes morphologies: microsphères ou gels. La deuxième étape est une carbonisation à une température plus élevée, à savoir 900°C, ce qui permet d'augmenter la surface spécifique, la porosité ainsi que la conductivité électrique. La préparation d’un carbone poreux présentant des mésopores parfaitement définis en taille et dans leur organisation a été réalisée en associant le tanin, précurseur de carbone, à un tensio-actif structurant de la porosité, le copolymère Pluronic F127. Ces nouveaux matériaux carbonés ont été testés comme des électrodes de supercondensateur / Renewable resources are considered as sustainable, and sometimes cheaper, alternatives to substitute raw materials of petrochemical origin. We used tannins extracted from Mimosa barks. Tannin is an attractive precursor to synthesize new organic porous materials due to the presence of highly reactive phenolic molecules. The synthesis of these new carbon materials from tannin comprises a two-step process: the first step is a hydrothermal carbonization at moderate temperatures, 180-200°C, which allows obtaining a hydrochar, richer in carbon, and fixing other heteroatoms. These hydrochars present different morphologies as powder or gel. The second step is a carbonization at higher temperature (900°C), which allows increasing surface area (SBET), porosity as well as improving conductivity. The preparation of a porous carbon presenting mesopores perfectly defined in size and in their organization was realized by associating tannin, as carbon precursor, with a surfactant for porosity templating, the copolymer Pluronic F127. These new carbon materials were tested as electrodes of supercapacitor

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une étude systématique des propriétés physico-chimiques de polyphosphates à l'argent permettant d'avancer sur de nouvelles voies pour les dispositifs tels que l'éclairage, les lasers accordables dans le visible, la radiophotoluminescence. L'objectif de ce travail vise la compréhension des mécanismes de luminescence de l'ion Ag+ dans les composés Na_1-xAg_xLn(PO₃)₄ (Ln = La et Y) dont la structure a été parfaitement déterminée. La luminescence des monocristaux provient des ions Ag⁺, dans des sites isolés et proches de lacunes positives (Ag²⁺) résultant de la photosensibilité aux UV pour les cristaux au lanthane. La luminescence des verres Na_1-xAg_xLa(PO₃)₄ (seuls vitrifiables) a été élucidée grâce à une étude après irradiation et à celle des verres Na_2-xAg_xZnP₂O₇. Elle est due aussi aux ions Ag⁺ dans des sites isolés.