Les progrès en microtechnologie durant la dernière décennie ont abouti à la réalisation de plans focaux infrarouge (PFIR) de grand format, intégrant une importante densité de détecteurs (ou pixels) au centimètre carré. La caractérisation de ces composants sophistiqués devient alors un véritable défi, en particulier la mesure de la réponse spatiale des détecteurs, décrite par la fonction de transfert de modulation (FTM). Cette mesure nécessite la projection de mires parfaitement connues qui couvrent toute la surface du PFIR et contiennent des détails sub-pixels. Depuis plusieurs années, une technique originale de mesure de FTM est à l'étude à l'ONERA. L'idée initiale était d'utiliser la propriété d'auto-imagerie d'un réseau en transmission éclairé par une onde plane quasi-monochromatique, appelée effet Talbot. Un premier banc de test a été développé et a permis d'effectuer des mesures sur des PFIR fonctionnant dans la bande [1-2,5 µm] et [3-5µm]. Pour le test des composants fonctionnant dans la bande des hautes longueurs d'onde (8-12 µm), la technique se heurte à des limitations physiques (appelées effets non-paraxiaux) et des solutions alternatives ont été proposées, basées sur une classe particulière de faisceaux auto-imageants, appelés les tableaux nondiffractants. L'objet de la thèse est d'étudier de manière quantitative et rigoureuse ces effets non-paraxiaux et de développer les solutions proposées précédemment. En particulier, des techniques originales permettant de générer des tableaux nondiffractants haute-résolution (c'est-à-dire contenant des motifs de taille proche de la longueur d'onde) sont étudiées théoriquement et expérimentalement. Ces techniques exploitent l'éclairage panchromatique du réseau ainsi qu'un nouveau type de réseaux auto-imageants appelés réseaux continûment auto-imageants. Enfin, on montre que pour les mesures de FTM à différentes longueurs d'onde, une somme incohérente d'auto-images monochromatiques enregistrées à différentes distances permet de construire des motifs analogues à ceux obtenus avec un éclairage panchromatique.

Les techniques de génération et de traitement des signaux souffrent des limitations intrinsèques des systèmes électroniques : bande passante limitée, sensibilité aux interférences électromagnétiques, encombrement et coût. Au contraire, les systèmes optiques s’affranchissent naturellement de ces contraintes et sont potentiellement très attractifs pour la génération et le traitement des signaux. Au cours de cette thèse, nous avons étudié un système optique original utilisé pour la photonique micro-onde : les boucles à décalage de fréquence.Les propriétés temporelles de ces boucles présentent un parallèle frappant avec certaines propriétés de l’effet Talbot en optique spatiale. Cette dualité s’est révélée particulièrement riche au cours de ce travail, car elle nous a conduits à démontrer de nombreuses propriétés à la fois en optique temporelle dans les boucles à décalage de fréquence, mais aussi en optique spatiale dans des montages simples de diffraction.Nous avons ainsi mis en évidence la possibilité de calculer analogiquement la transformée de Fourier et la transformée de Fourier fractionnaire d’un signal arbitraire, avec une très bonne résolution spectrale. Ceci nous a permis de mesurer le taux de « chirp » d’un signal à modulation linéaire de fréquence, ou d’améliorer le rapport signal sur bruit de certains signaux. Nous avons également montré la possibilité de générer des trains d’impulsions avec un taux de répétition ajustable, et de faire de la mise en forme spectrale de haute résolution, en amplitude et en phase. Ce résultat permet de générer des signaux arbitraires optiques ou radiofréquences, avec des bandes passantes de plusieurs dizaines de GHz et des durées pouvant aller jusqu’à plusieurs dizaines de ns.La richesse de la dualité entre l’optique spatiale et les boucles à décalage de fréquence nous a conduits à réinterpréter un certain nombre de propriétés de l’effet Talbot (formation des images, auto-réparation des images de Talbot) et à proposer des concepts nouveaux, tels que le contrôle des images de Talbot (période et taille) ou l’amplification d’image. / Signal generation and processing techniques suffer from intrinsic limitations of electronic systems: limited bandwidth, sensitivity to electromagnetic interference, bulk and cost. On the contrary, optical systems naturally overcome these constraints and are potentially very attractive for the generation and processing of signals. During this thesis, we studied an original optical system used for microwave photonics: frequency shifting loops.The temporal properties of these loops have a strong link with some properties of the Talbot effect in spatial optics. This duality has been successful during this work, because it led us to demonstrate many properties both in time optics in the frequency shifting loops, and in spatial optics with simple diffraction setup.We have thus demonstrated the possibility of analogically calculating the Fourier transform and the fractional Fourier transform of an arbitrary signal, with a very good spectral resolution. This allowed us to measure the "chirp" rate of a linearly frequency modulated signal, or to improve the signal-to-noise ratio of some signals. We have also shown the possibility to generate pulse trains with an adjustable repetition rate, and to make spectral shaping of high resolution, in amplitude and phase. This result has been used to generate arbitrary optical or radiofrequency signals with bandwidths of several tens of GHz and durations of up to several tens of ns.The properties of the duality between spatial optics and frequency shifting loops led us to reinterpret a number of properties of the Talbot effect (image formation, self-healing of Talbot images) and to propose new concepts, such as control of Talbot images (period and size) or image amplification.

Les automates cellulaires, composes d'un grand nombre de processeurs élémentaires, permettent un traitement rapide et efficace de certaines algorithmes. Le présent travail étudie la possibilité d'une implantation parallèle d'un tel automate sur un circuit intégré avec des entrées optiques en utilisant des photodiodes intégrées et un illuminateur de tableaux et des sorties optoélectroniques avec des modulateurs a puits quantiques multiples. Différents composants ont été étudiés et réalisés dans ce but: illuminateur de tableaux réalisé sur un hologramme en utilisant l'effet d'imagerie de talbot. Une amélioration des aberrations chromatiques est proposée en changeant les conditions d'enregistrement; circuit électronique intégrée VLSI contenant un seul processeur élémentaire avec des photodiodes intégrées pour les entrées optiques et les plots de sortie spéciaux pour les modulateurs; modulateurs opto-électroniques a puits quantiques multiples. Un montage expérimental a été réalisé en éclairant une photodiode avec une diode laser a 999 nm. L'estimation des performances de l'automate propose montre sa haute capacité de calcul et de connexion.

La demande en constante progression de sources laser compactes et efficaces conduit à rechercher des architectures nouvelles pour accroître la puissance des diodes laser. La solution la plus prometteuse consiste à utiliser plusieurs lasers identiques de puissance modérée en parallèle. Pour conserver la qualité spatiale du faisceau, il est nécessaire d'induire une relation de phase constante entre les lasers. Nous présentons une étude théorique et expérimentale de la mise en phase passive d'une barrette de diodes laser de puissance. Pour cela, nous exploitons les propriétés de filtrage angulaire et spectral des réseaux de Bragg volumiques dans une cavité externe. Deux solutions ont été étudiées : la première exploite l'effet d'auto-imagerie Talbot et la seconde effectue un filtrage sélectif des composantes angulaires de l'émission de la barrette. Un modèle théorique permettant de déterminer le comportement modal de chacune de ces cavités a été réalisé. Dans le cas de la cavité Talbot, en collaboration avec l'Université de Nottingham, la cavité a également été modélisée en prenant en compte les propriétés internes des diodes laser. Expérimentalement, plusieurs architectures adaptées à des géométries de barrettes différentes ont été étudiées, qui ont toutes donné lieu à une émission cohérente. Nous montrons que l'utilisation d'un réseau de Bragg volumique intra-cavité permet à la fois d'améliorer la cohérence entre les lasers et de stabiliser le spectre d'émission. Enfin, nous présentons une solution originale utilisant des filtres de phase permettant de convertir le faisceau cohérent multilobe provenant de la cavité laser en un faisceau de profil gaussien.

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale d'atomes piégés<br />et refroidis dans plusieurs types de structures lumineuses. Nous avons utilisé pour caractériser ces milieux des techniques de temps de vol, d'imagerie directe du nuage atomique et de spectroscopie pompe-sonde, afin d'obtenir des informations sur la température et la diffusion spatiale des atomes ainsi que sur leur mouvement dans les puits de potentiel.<br /><br />Nous avons d'abord étudié la dynamique d'atomes de césium dans des<br />réseaux optiques tri-dimensionnels brillants en présence d'un champ<br />magnétique, et nous avons en particulier montré que les réseaux optiques fonctionnant en régime sautant donnent lieu à un refroidissement et un piégeage efficaces, et qu'un mécanisme de rétrécissement par le mouvement y conduit à des raies vibrationnelles étroites sur les spectres de transmission pompe-sonde. Avec des atomes de césium, nous avons également créé et<br />caractérisé un réseau optique tri-dimensionnel brillant obtenu avec<br />seulement deux faisceaux laser grâce à l'effet Talbot, puis un milieu aléatoire engendré à partir d'un champ de tavelures.<br /><br />Enfin, nous avons étudié un ``moteur brownien'' pour des atomes de $^(87)$Rb dans un réseau gris asymétrique. Les résultats de l'étude<br />expérimentale sont en bon accord qualitatif avec des simulations numériques Monte-Carlo semi-classiques.