Ce travail de thèse a été consacré à la photostructuration d'une matrice polymère de type acrylate contenant des points quantiques CdSe/ZnS (QDs) par l'enregistrement de réseaux. La diffusion photoinduite des nanocristaux semi-conducteurs a tout d'abord été mise en évidence par l'utilisation d'un montage permettant d'irradier sur une seule ligne, et par l'émission de fluorescence des QDs utilisée ici comme sonde de déplacement. Ensuite, pour comprendre l'augmentation de la modulation d'indice de réfraction, et par conséquent du rendement de diffraction des réseaux enregistrés dans ces matériaux composites, nous avons mis en place une approche physico-chimique. Celle-ci nous a permis de corréler les modifications chimiques et les propriétés physiques du réseau. En effet, nous avons montré que l'ajout de points quantiques influence la cinétique de polymérisation ; la vitesse de consommation du photosensibilisateur et de conversion des monomères diminuent. Cette diminution permet une meilleure diffusion des espèces au sein de la matrice. Donc, le ralentissement de la cinétique de photopolymérisation et la répartition spatiale des QDs contribuent à un accroissement de la modulation d'indice de réfraction des réseaux enregistrés.

La reconstruction de champ source a pour but d’identifier le champ d’excitation en mesurant la réponse du système. Pour l’Holographie acoustique de champ proche (Near-field Acoustic Holography), la réponse du système (pression acoustique rayonnée) est mesurée sur un hologramme bidimensionnel utilisant un réseau de microphones et le champ source (le champ de vitesse acoustique) est reconstruit par une technique de rétropropagation effectuée dans le domaine des nombres d’ondes. L’objectif des travaux présentés est d’utiliser le même type de techniques pour reconstruire le champ de déplacement sur toute la surface d’une plaque en mesurant les vibrations sur des hologrammes à une dimension (lignes de mesures). Dans le domaine vibratoire, l’équation du mouvement de plaque implique la présence de 4 types d’ondes différents, deux étant purement évanescents. Ces derniers peuvent introduire des instabilités dans l’application de la méthode, notamment lorsque les hologrammes sont placés dans le champ lointain des efforts appliqués à la structure. La méthode présentée ici, appelée ”Holographie Vibratoire”, est particulièrement intéressante quand une mesure directe du champ de vitesse est impossible. L’holographie vibratoire permet également de séparer les sources dans le cas d’excitations multiples en les considérant comme des ondes allers ou retours. Il est alors possible d’isoler l’influence de chaque source et de quantifier notamment les champs d’intensités structurales que chacune d’elles génère. L’objectif de cette thèse est de présenter les principes de l’holographie Vibratoire, ses limites, ses applications et de les illustrer par des exemples sur plaque infinie, plaque appuyée et sur des résultats expérimentaux. / The source field reconstruction aims at identifying the excitation field measuring the response of the system. In Near-field Acoustic Holography, the response of the system (the radiated acoustic pressure) is measured on a hologram using a microphones array and the source field (the acoustic velocity field) is reconstructed with a back-propagation technique performed in the wave number domain. The objective of the present works is to use such a technique to reconstruct displacement field on the whole surface of a plate by measuring vibrations on a one-dimensional holograms. This task is much more difficult in the vibratory domain because of the complexity of the equation of motion of the structure. The method presented here and called "Structural Holography" is particularly interesting when a direct measurement of the velocity field is not possible. Moreover, Structural Holography decreases the number of measurements required to reconstruct the displacement field of the entire plate. This method permits to separate the sources in the case of multi-sources excitations by considering them as direct or back waves. It’s possible to compute the structural intensity of one particular source without the contributions of others sources. The aim of this PHD is to present the principles of Structural Holography, its limits, its applications and illustrate them with examples of infinite plate, supported plate and on experimental results.

L'objectif est de développer un guillochage de photographie inspiré de l'holographie numérique en ligne, capable d'encoder la signature issue d'un hachage robuste de l'image (méthode de Mihçak et Venkatesan). Une telle combinaison peut permettre l'authentification de l'image guillochée dans le domaine numérique, le cas échéant après impression. Cette approche contraint le hachage à être robuste au guillochage. La signature est codée en un nuage de formes que l'on fait virtuellement diffracter pour former la marque à insérer (guilloches dites de Fresnel) dans l'image originale. Image dense, cette marque est insérée de façon peu, voire non visible afin de ne pas gêner la perception du contenu de la photographie mais de façon à pouvoir ultérieurement lire la signature encodée en vue de la comparer à la signature de la photographie à vérifier. L'impression-lecture rend la tâche plus difficile. Le guillochage de Fresnel et l'authentification associée sont testés sur une banque (réduite) d'images / This work aims to develop a new type of guilloché pattern to be inserted in a photograph (guillochage), inspired from in-line digital holography and able to encode an image robust hash value (méthode de Mihçak et Venkatesan). Such a combination can allow the authentication of the image including the guilloché pattern in the digital domain and possibly in the print domain. This approach constraints image hashing to be robust to guillochage. The hash value is encoded as a cloud of shapes that virtually produces a diffraction”pattern to be inserted as a mark (named “guilloches de Fresnel“) in the original image. The image insertion results from a trade off : the high-density mark should be quite or even not visible in order to avoid any disturbance in the perception of the image content but detectable in order to be able to compare the decoded hash to the hash of the current photograph. Print and scan makes the task harder. Both the Fresnel guillochage and the associated authentication are tested on a (reduced) image database

In der Arbeit haben wir die Grenzen der weit verbreiteten tomographischen Rekonstruktion von 3D-Proben mittels Transmissionsröntgenmikroskopie charakterisiert. Wir zeigen, dass die 3D-Auflösung mit diesem Ansatz durch die Schärfentiefe begrenzt ist. Zur Untersuchung von Alternativen führten wir Simulationen zur Bildentstehung in einem konfokalen Röntgenmikroskop und einem FIB-SXM durch. Wir zeigen, dass FIB-SXM ein vielversprechender Ansatz ist, der eine isotrope 3D-Aulösung um die 10 nm erreichen kann und zusätzlich ein drastisch verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis bieten könnte. Wir stellen auch eine neue Holographiemethode vor, die sich für Vollfeldabbildungen mit kurzen kohärenten Röntgenpulsen als vorteilhaft erweisen und neue Einsichten in die ultraschnelle Physik liefern könnte. / We have characterized the limitations of the most powerful and widely used 3D X-ray imaging approach, transmission X-ray microscopy with tomographic reconstruction. We show that 3D resolution in this approach is limited by the depth of field. To investigate alternatives, we perform simulations of a confocal transmission X-ray microscope and a FIB-SXM. We show that FIB-SXM is a very promising approach that could o er 3D isotropic resolution at 10 nm with dramatically improved signal to noise. We also introduce a new holography method that could prove bene cial for full eld imaging with short coherent X-ray pulses and yield new insights into ultrafast physics.

Nous présentons dans ce manuscrit une technique d’imagerie basée sur l’holographie numérique. Elle permet d’imager en 3D et dans le temps la circulation sanguine chez une larve de poisson-zèbre. L’information 3D est acquise en une seule image de la caméra, ce qui permet de suivre le mouvement des globules rouges dans le système vasculaire. Nous évoquerons dans un premier temps les techniques de bio-imagerie et d’imagerie du flux sanguin traditionnelles, puis nous rappellerons les principes de l’holographie. Ensuite, nous décrirons la méthode d’imagerie que nous avons développée et les résultats expérimentaux obtenus. Nous compléterons, en présentant les différentes améliorations que nous avons apportées à la technique. Enfin, nous discuterons brièvement de l’application du compressed sensing à l’imagerie de la circulation sanguine dans le poisson-zèbre. / In this manuscript, we present an imaging technique based on digital holography.It enables to image in 3D and in time the blood circulation in a zebrafish larva. The 3D information is acquired in a single frame of the camera, which makes possible to track the movement of red blood cells in the vascular system. We will first discuss the traditional techniques of bio and blood flow imaging, then we will remind the principles of holography. Afterwards, we will describe the imaging method we developed and the experimental results obtained. We will then present the improvements that have been made to the technique. Finally, we will briefly discuss the application of the compressed sensing to the blood flow imaging in zebrafish.

Es wird ein "off-axis" Aufbau zur digitalholographischen Mikroskopie in Durchlicht- und Auflichtanordnung vorgestellt, der gleichzeitig hoch aufgelöste "full-field" Amplituden- und quantitative Phasenkontrastmikroskopie ermöglicht. Dabei werden verschiedene Algorithmen zur numerischen Rekonstruktion der komplexen Objektwelle bzgl. ihrer Eignung für die mikroskopische Anordnung miteinander verglichen. Durch Kombination eines beugungsfreien räumlichen Phasenschiebeverfahrens, das die Rekonstruktion ohne "Twin-Image" und nullte Beugungsordnung ermöglicht, und der Auswertung des Fresnel-Kirchhoff''schen Beugungsintegrals mit der Faltungsmethode werden die besten Ergebnisse erzielt. Die gleichzeitige Rekonstruktion der Amplitude und der Phase der Objektwelle aus einem einzigen Hologramm erfordert die mathematische Beschreibung der räumlichen Phasenverteilung in der Hologrammebene. Zur Bestimmung der Modellparameter wurde ein effizienter Algorithmus entwickelt und hinsichtlich seiner Genauigkeit getestet. Darüber hinaus wurde der Zusammenhang zwischen axialer Probenposition und dem Rekonstruktionsabstand, dessen Kenntnis zur quantitativen Auswertung und für eine rein numerische Fokussierung notwendig ist, hergeleitet. Anhand von Untersuchungen an technischen Objekten werden die laterale Auflösung und die Phasenauflösung des Systems quantifiziert und weitere experimentelle Parameter optimiert. Transparente biologische Proben, wie lebende Zellen, werden in Durchlichtanordnung analysiert. Dabei ist zur Bestimmung der Zelldicke die Kenntnis der Brechungsindizes von Zelle und Medium erforderlich. Hierfür wird ein experimentelles Verfahren vorgestellt, das die Abschätzung des integralen Brechungsindexes von Einzelzellen anhand ihrer rekonstruierten räumlichen Phasenverteilung ermöglicht. Exemplarisch wird Zelldifferenzierung aufgrund morphologischer Eigenschaften nachgewiesen und es werden Ergebnisse dynamischer Untersuchungen an lebenden Zellen gezeigt und diskutiert. / An off-axis setup for digital holographic microscopy in incident and transmission light arrangement for simultaneous high resolution full field amplitude and quantitative phase contrast microscopy is presented. Different kinds of algorithms for numerical reconstruction of the complex object wave are compared concerning their applicability to the microscopy arrangement. By combining a non-diffractive spatial phase shifting algorithm that performs reconstruction without the disturbing terms twin image and zero order with the numerical evaluation of the Fresnel-Kirchhoff diffraction integral by a convolution method we achieve best results. The simultaneous reconstruction of the object wave''s amplitude and phase from a single hologram requires a mathematical model of the spatial phase distribution within the hologram plane. An efficient numerical algorithm has been developed for determining the model''s parameters automatically and tested concerning its accuracy. Furthermore, the relation between the axial position of the object and the distance of reconstruction which is required for the quantitative evaluation of the reconstructed images and the application of a pure numerical focus is derived. Technical objects were used to quantify the lateral resolution and the phase resolution of the system and to optimize several parameters of the setup. Biological probes such as living cells are analyzed in transmission light arrangement. As a result the knowledge of the refractive index of the medium and the cell is required to derive the cell''s thickness from the reconstructed phase. Thus a special experimental method for the approximation of the integral refractive index of single cells from the reconstructed phase has been developed. Finally results of cell differentiation by morphological varieties as well as results of stimulated dynamic morphological changes are presented and discussed.

In dieser Dissertation stellen wir moderne analytische Methoden zur Untersuchung von konformen Feldtheorien (CFTs) in mehr als zwei Dimensionen vor. Mit Hilfe dieser Methoden können das Spektrum der Theorie und die Operatorprodukt-Koeffizienten (OPE-Koeffizienten) ermittelt werden. Zunächst untersuchen wir das Spektrum lokaler Operatoren in CFTs auf einem Defekt mit Kodimension größer eins. Wir zeigen, dass für großen transversalen Spin s das Spektrum jeder Theorie abzählbar unendlich viele Häufungspunkte aufweist. Der Spin s ist die Quantenzahl, die zu der Untergruppe der Lorentzgruppe gehört, welche den Defekt invariant lässt. Des Weiteren finden wir die OPE-Koeffizienten und die anomalen Dimensionen der zu den Häufungspunkten gehörenden Operatoren in einer Entwicklung in 1/s mit Hilfe von Lichtkegel-Bootstrap-Techniken. Außerdem leiten wir aus der Diskontinuität der kausalen Zweipunktfunktion die Operatordimensionen und OPE-Koeffizienten als analytische Funktionen von s her. Im zweiten Teil dieser Arbeit führen wir die Mellindarstellung von konformen Korrelationsfunktionen ein. In dieser Darstellung sind das Spektrum und die OPE-Koeffizienten manifest enthalten. Wir legen den Fokus auf die Beschreibung von Vierpunktfunktionen in drei Dimensionen von entweder ausschließlich Spin 1/2 Operatoren oder einer Mischung aus Spin 1/2 und skalaren Operatoren. Nachdem wir für diese Vierpunktfunktionen die Mellinamplituden definieren, untersuchen wir die Polstruktur dieser genauer. Im Anschluss illustrieren wir die Analyse an konkreten Mellinamplituden von fermionischen Wittendiagrammen und konformen fermionischen Feynmandiagrammen. Im letzten Teil untersuchen wir die OPE im Kontext der Holographie. Hierbei leiten wir theorieunabhängige Beziehungen zwischen den OPE-Koeffizienten der Weltflächen-CFT einer Stringtheorie in Anti-de-Sitter-Raumzeit und der dualen CFT her. / In this thesis, we discuss some modern analytical approaches to studying conformal field theories (CFTs) in dimensions greater than two. The results thus derived pertain to the dynamical data that define a generic CFT, namely the spectrum of operators and the coefficients in the operator product expansion (OPE). We begin with an investigation of the spectrum of local operators supported on conformal defects of codimension greater than one and establish the existence therein of a countably infinite number of universal accumulation points at large transverse spin s. Here, s is a quantum number associated with the symmetry under the Lorentz transformations that preserve the defect. Using lightcone bootstrap techniques, we calculate the anomalous dimensions and OPE coefficients of the operators that populate these accumulation points in a large s expansion. Furthermore, we derive an integral formula to obtain the CFT data associated with the defect theory from the discontinuity in the causal two-point function of scalar operators in the ambient theory, thereby inverting the expansion of this correlator in the defect channel. This formula extracts the operator dimensions and OPE coefficients in an analytic function in s and also enables us to resum the large s expansion obtained using lightcone bootstrap. Thereafter we move on to a discussion of the Mellin representation of fermionic conformal correlators. The dynamical data in CFTs is manifest in the analytic properties of Mellin amplitudes. We define, concretely for three spacetime dimensions, the Mellin amplitudes associated with the four-point function of spin-half operators and the mixed four-point function of spin-half and scalar operators. We analyze the pole structure of these Mellin amplitudes and illustrate the general features thus unraveled with some explicit computations of Mellin amplitudes associated with Witten diagrams and conformal Feynman integrals with fermionic legs. Finally we look at the OPE in the context of holography and derive a set of theory independent relations between OPE coefficients in the worldsheet CFT of a string theory in anti-de Sitter spacetime and those in the dual CFT.

Ce travail porte sur la caractérisation optique du silicium poreux et son application à la réalisation de structures à modulation d'indice (superréseaux). Une première étude de la diffusion optique a montré l'homogénéité de ce matériau à l'échelle de la lumière, justifiant une description par un indice de réfraction moyen. Si la formation électrochimique du silicium poreux permet l'obtention de couches minces d'épaisseurs parfaitement définies, en revanche des fluctuations du front de dissolution entraînent une diffusion à l'interface silicium poreux/ silicium cristallin. Cet effet a nécessité de développer une analyse des mesures optiques dans le cas d'interfaces rugueuses. La détermination des constantes optiques a été réalisée par une mesure à basse température de la transmission par photoconduction dans le silicium cristallin et par ajustement des spectres de réflectivité des couches minces. D'une manière générale, alors que la dispersion de l'indice est assez faible, l'absorption du silicium poreux se caractérise par une dépendance exponentielle sur une grande plage en énergie. Cette étude a permis la réalisation de structures à modulation d'indice telles que des réflecteurs de Bragg, des filtres Fabry-Perot ou des microcavités luminescentes. La mise en évidence de différences entre la formation des couches simples et enterrées a compliqué la caractérisation de ces structures. La très bonne qualité optique et le fort rendement quantique intrinsèque au silicium poreux de type p ont permis d'obtenir des microcavités luminescentes très efficaces. Enfin, en combinant l'holographie et la photochimie, un nouveau type de gravure en profondeur a été développé permettant d'obtenir des structures à modulation d'indice latérale de périodicité submicronique. La photodissolution localisée du matériau a été mise en évidence après et pendant la formation de la couche poreuse et ce pour tout type de silicium poreux y compris le macroporeux.

L'holographie électronique "off-axis" est une technique de MET sensible à la densité locale de porteurs, elle permet facilement une cartographie 2D du potentiel électrostatique et, par son large champ de vue, une analyse des profils de dopants actifs, directement utilisables pour le calibrage des outils de simulation des procédés. Les travaux de cette thèse (convention CIFRE entre le CEA-LETI et STMicroelectronics) ont pour objet, d'une part l'établissement de protocoles de préparation des échantillons, d'acquisition des données en holographie électronique, et d'autre part la comparaison entre les résultats de la mesure et ceux de la simulation à l'aide des outils TCAD. Pour mener cette étude, nous avons, dans un premier temps, étudié l'influence des paramètres du MET sur la résolution spatiale et le niveau de bruit de l'holographie. Puis, sur des échantillons élémentaires, nous avons prouvé la présence d'une couche inactive et mis en évidence les effets de charges induits par le faisceau de mesure. Ces artefacts ont été observés aussi bien dans les échantillons préparés par polissage mécano-chimique que lors de l'usinage des échantillons par FIB. Notre étude montre d'une part que la couche inactive cristalline induite par les défauts ponctuels générés par cette technique est contrôlée par l'énergie du faisceau FIB, et d'autre part, que les charges électriques de l'échantillon créent une sous-estimation du potentiel mesuré, inversement proportionnelle à la concentration de dopants. Enfin, la maitrise des artefacts de la technique nous ont permis de caractériser des transistors nMOS sur film mince de silicium, avec comme objectif le calibrage de l'implantation et la diffusion de l'arsenic. Les limitations d'une utilisation pratique de l'holographie électronique ont été étudiées par la comparaison de cartographies de potentiel électrostatique mesurées par cette technique et simulées par TCAD.

Le but de cette thèse a été à la fois de mieux comprendre les mécanismes de croissance de nanofils de silicium fait par le procédé Vapeur Liquide Solide, et aussi de contrôler la structure cristalline, la composition chimique et les propriétés électroniques grâce à la microscopie électronique en transmission (MET). Un premier sujet de recherche a été le comportement du catalyseur d'or pendant la croissance. Nous avons démontré que pendant la croissance, l'or peut diffuser sur les flancs des nanofils. Ensuite nous avons trouvé les paramètres de croissance pour contrôler cette diffusion : la pression partielle du silane et la température. Selon les paramètres de croissance les propriétés des flancs des nanofils sont modifiées lorsque le silane est absorbé sur les flancs, ce qui empêche ensuite l'or de diffuser. Il y a également un effet de taille sur le phénomène de diffusion. Dans un deuxième temps, une étude des propriétés cristallographiques des nanofils a été menée. Nous avons étudié la direction de croissance et l'apparition de facettes sur les flancs. En général, peu de défauts sont présents dans les fils catalysés par or avec le silane comme précurseur. Lorsque d'autres métaux catalyseurs ou gaz précurseurs sont introduits, la densité des défauts, surtout celle des macles verticales, peut augmenter considérablement. Pour cette raison des grains différents présents dans le cristal peuvent se superposer dans l'image MET ou cliché de diffraction, ce qui est interprété dans la littérature comme étant une phase hexagonale. Grâce à une tranche de fil préparée par FIB nous démontrons clairement qu'il n'y a pas de phase hexagonale. Néanmoins une haute densité de macles peut immiter une phase hexagonale sur quelques plans atomiques. Enfin, une étude des dopants actifs par holographie électronique a été réalisée. Nous montrons pour la première fois un contraste de dopants dans les nanofils fins avec une modulation du dopage axial. Le but de ces mesures est de déterminer la concentration en dopants. La mesure des dopants d'une concentration de 10^18 at. cm-3 par rapport au silicium intrinsèque est possible dans des fils de 60 nm de diamètre. La comparaison entre expériences et simulations du potentiel montre que l'état de surface, et plus précisément la quantité de charge sur ou proche de la surface, sont extrêmement importants pour la distribution du potentiel dans une telle structure. La quantité de charge sur l'interface fils-oxyde est de l'ordre de -1x10^12 e.c. (charge électronique) cm-2, ce qui s'accorde parfaitement avec la quantité de charge trouvée par mesures du transport.