Ce travail de thèse à été financé par le projet LICORVE (Développement de garnitures légères, innovantes, recyclables et poly-sensorielles pour les applications de coffres de véhicule). Il consiste à développer une méthodologie de mesure pour localiser et caractériser les sources de bruit dans un coffre de voiture. L'environnement de mesure se caractérise par un petit volume où les réflexions de la source d'intérêt et des sources perturbatrices sur les parois ne peuvent être négligées. La méthode doit donc permettre de séparer les différents contributions pour estimer le plus précisément possible les sources étudiées (déconfinement). Dans un premier temps, deux méthodes de séparation : Double Layer SONAH (Statistically Optimal Near el Acoustical Holography) et Field Separation Method (FSM) sont étudiées numériquement. Les limites et avantages de chacune ont été déterminés dans un environnement de mesure confiné. Cela a permis de choisir la méthode la plus adaptée à notre problématique. Dans un deuxième temps les principales conclusions de l'étude numérique sont validées expérimentalement. Dans ce cadre, un ensemble de mesures sont réalisées dans une maquette avec la méthode FSM pour localiser et caractériser des sources maitrisées. Après avoir validée la fiabilité de la méthode de séparation, FSM a été mise en œuvre dans le coffre d'une Peugeot 508 sw en condition de roulement. Les résultats obtenus ont permis d'orienter le choix des garnitures pour un traitement acoustique optimal.

Nous mettons à profit la dynamique photoréfractive d'un cristal semi-conducteur de GaAs pour la réalisation d'un capteur de vibrations de basses fréquences (<10 kHz) et de grandes amplitudes (plusieurs mm) fonctionnant en régime de vélocimétrie et insensible à l'état de surface de l'objet. Le principe consiste à coupler dans le matériau photoréfractif une onde référence et une onde signal porteuse de l'information vibratoire d'un objet quelconque à étudier. Les deux ondes écrivent un hologramme dynamique qui suit partiellement le déplacement de la figure d'illumination. L'onde référence diffracte sur le réseau créé pour donner naissance à une onde ayant le même profil spatial que l'onde signal transmise et portant une partie de l'information de la modulation de phase. Les deux ondes interfèrent en teinte plate sur une photodiode permettant d'obtenir un signal électronique proportionnel à la vitesse instantanée de la cible en vibration. La réalisation d'un prototype a permis de valider pleinement le modèle théorique développé et montrer l'insensibilité de la réponse à l'état de surface de la cible. Le régime de fonctionnement linéaire du capteur est limité essentiellement par le temps de réponse du matériau holographique. Pour élargir la gamme de fonctionnement de notre système, nous avons montré qu'il était possible d'extraire, par simple traitement optique, la vitesse instantanée de l'objet même lorsque la réponse était non linéaire. Mots-clés : contrôle non destructif, optique non linéaire, milieu holographique, matériaux photoréfractifs

Les contraintes font maintenant partie des “ boosters ” de la microélectronique au même titre que le SOI (silicium sur isolant) ou le couple grille métallique / diélectrique haute permittivité. Appliquer une contrainte au niveau du canal des transistors MOSFETs (transistors à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur) permet d'augmenter de façon significative la mobilité des porteurs de charge. Il y a par conséquent un besoin de caractériser les déformations induites par ces contraintes à l'échelle nanométrique. L'holographie électronique en champ sombre est une technique de MET (Microscopie Électronique en Transmission) inventée en 2008 qui permet d'effectuer des cartographies quantitatives de déformation avec une résolution spatiale nanométrique et un champ de vue micrométrique. Dans cette thèse, la technique a été développée sur le microscope Titan du CEA. Différentes expériences ont été réalisées afin d'optimiser la préparation d'échantillon, les conditions d'illumination, d'acquisition et de reconstruction des hologrammes. La sensibilité et la justesse de mesure de la technique ont été évaluées en caractérisant des couches minces épitaxiées de Si_{1-x}Ge_{x}/Si et en effectuant des comparaisons avec des simulations mécaniques par éléments finis. Par la suite, la technique a été appliquée à la caractérisation de réseaux recuits de SiGe(C)/Si utilisés dans la conception de nouveaux transistors multi-canaux ou multi-fils. L'influence des phénomènes de relaxation, tels que l'interdiffusion du Ge et la formation des clusters de β-SiC a été étudiée. Enfin, l'holographie en champ sombre a été appliquée sur des transistors pMOS placés en déformation uniaxiale par des films stresseurs de SiN et des sources/drains de SiGe. Les mesures ont notamment permis de vérifier l'additivité des deux procédés de déformation. / Strain engineering is now considered as one of the most important boosters of microelectronics among other technologies such as SOI (Silicon On Insulator) and high-κ metal gates. By applying a stress in the channel of MOSFET (Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor) devices, the charge carriers mobility can be significantly increased. Consequently, there is now a need for a strain metrology at the nanometer scale. Dark-field electron holography is a TEM (Transmission Electron Microscopy) technique invented in 2008 that allows to map strain with micrometer field-of-view and nanometer spatial resolution. In this thesis, the technique was developed on the CEA Titan microscope. First, different developements were carried out concerning the sample preparation, the illumination/acquisition conditions and the reconstruction of the holograms. The sensitivity and the accuracy of the technique were evaluated through the characterization of Si_{1-x}Ge_{x} layers epitaxied on Si and by comparing the results with mechanical finite element simulations. Then, the technique was applied to the study of annealed SiGe(C)/Si superlattices that are used in the construction of new 3D architectures such as multichannel or multiwires transistors. The influence of the different relaxation mechanisms on the strain especially Ge interdiffusion and β-SiC clusters formation was investigated. Finally, dark-field electron holography was applied to the characterization of uniaxially strained pMOS transistors by SiN liners and recessed SiGe sources and drains. The measurements allowed to confirm the strain additivity of the two processes.

Les nanofils magnétiques suscitent un intérêt considérable depuis une quinzaine d'années en raison de leur utilisation potentielle pour la spintronique. Leur utilisation potentielle dans des dispositifs exige une description détaillée des états magnétiques locaux des nanofils. Dans cette thèse, j'ai étudié qualitativement et quantitativement les états magnétiques à l'état rémanent de nanofils magnétiques par holographie électronique (EH) et simulations micromagnétiques. Une analyse détaillée a été réalisée sur deux types de nanofils : multicouches Co/Cu et nanofils FeCoCu à diamètre modulé. Les deux systèmes ont été synthétisés par électrodéposition dans des membranes. La combinaison des caractérisations magnétiques, structurales et chimiques locales obtenues dans un TEM avec des simulations micromagnétiques ont permis une description complète de ces systèmes. Pour les nanofils multicouches Co / Cu, j'ai analysé l'influence des épaisseurs de cobalt et de cuivre ou de la structure cristalline de Co sur la configuration magnétique de nanofils isolés. Après l'application d'un champs de saturation dans des directions parallèle et perpendiculaire à l'axe des nanofils, j'ai étudié les configurations magnétiques pour les épaisseurs de Co / Cu suivantes : 25nm / 15nm, 25nm / 45nm, 50nm / 50nm et 100nm / 100nm. Trois configurations principales à la rémanence ont été trouvées : (i) un couplage antiparallèle entre les couches Co, (ii) une structure mono-domaine et (iii) un état vortex. Dans les nanofils Co (25 nm) / Cu (15 nm), en fonction de la direction du champ de saturation, les couches de Co peuvent présenter soit un couplage antiparallèle (champ de saturation perpendiculaire) ou un couplage de type vortex (champ de saturation en parallèle) avec un coeur aligné parallèlement à l'axe du fil. Cependant, 10% des nanofils étudié présente un état mono-domaine quel que soit le champ de saturation parallèle et perpendiculaire. Dans le cas Co (50 nm) / Cu (50 nm) et Co (25 nm) / Cu (45 nm), l'épaisseur plus grande de Cu séparant les couches ferromagnétiques réduit l'interaction magnétique entre des couches de Co voisines. L'état rémanent est donc formé de la combinaison de couches de Co monodomaines orientés perpendiculairement à l'axe du fil et de certains états vortex. Enfin pour la configuration Co (100 nm) / Cu (100 nm), un état monodomaine est observé quel que soit la direction du champ appliqué lors de la saturation. Toutes ces configurations magnétiques ont été déterminées et simulées à l'aide des calculs micromagnétiques jusqu'à ce qu'un accord quantitatif avec les résultats expérimentaux aient été obtenus. J'ai ainsi pu expliquer l'apparition et la stabilité de ces configurations en fonction des principaux paramètres magnétiques tels que l'échange, la valeur et la direction de l'anisotropie et l'aimantation. La comparaison entre les simulations et les résultats expérimentaux ont ainsi servi à déterminer précisément la valeur de ces paramètres. Dans les nanofils FeCoCu à diamètre modulé, une description détaillée de l'influence de la géométrie sur la configuration locale de spins a été réalisée. Les expériences d'holographie électronique montrent une structure magnétique monodomaines avec l'aimantation alignée longitudinalement. Cependant, nous avons trouvé grâce à des simulations micromagnétiques que cette configuration monodomaine est fortement affectée par la variation locale du diamètre. L'étude en particulier du champ de fuite mais aussi du champ démagnétisant à l'intérieur des nanofils a mis en évidence le rôle prépondérant des charges magnétiques aux zones de variation de diamètre. De plus l'aimantation présente une structure plus compliquée qu'un simple alignement le long de l'axe du fil. Enfin les résultats que j'ai obtenus ont abouti à une interprétation différente d'expériences précédentes en MFM. / Magnetic nanowires have raised significant interest in the last 15 years due to their potential use for spintronics. Technical achievements require a detailed description of the local magnetic states inside the nanowires at the remnant state. In this thesis, I performed quantitative and qualitative studies of the remnant magnetic states on magnetic nanowires by Electron Holography (EH) experiments and micromagnetic simulations. A detailed investigation was carried out on two types of nanowires: multilayered Co/Cu and diameter-modulated FeCoCu nanowires. Both systems were grown by template-based synthesis using electrodeposition process. The combination of local magnetic, structural and chemical characterizations obtained in a TEM with micromagnetic simulations brought a complete description of the systems. In the multilayered Co/Cu nanowires, I analysed how different factors such as the Co and Cu thicknesses or the Co crystal structure define the remnant magnetic configuration into isolated nanowires. After applying saturation fields along directions either parallel or perpendicular to the NW axis, I studied multilayered Co/Cu nanowires with the following relative Co/Cu thickness layers: 25nm/15nm, 25nm/45nm, 50nm/50nm, and 100nm/100nm. Three main remnant configurations were found: (i) antiparallel coupling between Co layers, (ii) mono-domain-like state and (iii) vortex state. In the Co(25 nm)/Cu(15 nm) nanowires, depending on the direction of the saturation field, the Co layers can present either an antiparallel coupling (perpendicular saturation field) or vortex coupling (parallel saturation field) with their core aligned parallel to the wire axis. However, 10% of the nanowires studied present a mono-domain-like state that remains for both parallel and perpendicular saturation fields. In the Co(50 nm)/Cu(50 nm) and Co(25 nm)/Cu(45 nm) nanowires, a larger Cu thickness separating the ferromagnetic layers reduces the magnetic interaction between neighbouring Co layers. The remnant state is hence formed by the combination of monodomain Co layers oriented perpendicularly to the wire axis and some tilted vortex states. Finally for the Co(100 nm)/Cu(100 nm) nanowires a monodomain-like state is found no matters the direction of the saturation field. All these magnetic configurations were determined and simulated using micromagnetic calculations until a quantitative agreement with experimental results has been obtained. I was able to explain the appearance and stability of these configurations according to the main magnetic parameters such as exchange, value and direction of the anisotropy and magnetization. The comparison between simulations and experimental results were used to precisely determine the value of these parameters. In the diameter-modulated cylindrical FeCoCu nanowires, a detailed description of the geometry-induced effect on the local spin configuration was performed. EH experiments seem to reveal that the wires present a remnant single-domain magnetic state with the spins longitudinally aligned. However, we found through micromagnetic simulations that such apparent single-domain state is strongly affected by the local variation of the diameter. The study of the leakage field and the demagnetizing field inside the nanowire highlighted the leading role of magnetic charges in modulated areas. The magnetization presents a more complicated structure than a simple alignment along the wire axis. Finally my results have led to a new interpretation of previous MFM experiments.

La compréhension de la dynamique de la turbulence de paroi a déjà fait l'objet de nombreuses études expérimentales et numériques depuis des décennies. Le principal intérêt pratique de ces études tient au fait que la contrainte de cisaillement pariétale (et donc le frottement) est étroitement liée à la dynamique des structures à la proximité de la paroi. Les techniques expérimentales en mécanique des fluides ont également fait de grands progrès ces dernières années. Ce travail présente le développement d'une méthode expérimentale visant à fournir des mesures 3D-3C de l´écoulement dans la région de très proche paroi, en vue de mesurer la contrainte de cisaillement à la paroi avec une précision améliorée. Dans ce but, une technique originale de Vélocimétrie Holographique par Images de Particules a été mise au point. Les mesures sont effectuées dans un petit volume à proximité de la paroi dans la soufflerie au Laboratoire de Mécanique de Lille. Des mesures détaillées dans un de l’ordre de 1.5mm3 sont rendues possibles grâce l'utilisation d'un objectif de microscope pour l'agrandissement du champ objet. Les particules sont éclairées par le côté, la lumière diffusée a 90o se recombine avec l'onde de référence pour un enregistrement holographique en ligne de type Gabor. Une procédure d'étalonnage a été développée afin de relier l'espace de reconstruction de l’image holographique aux coordonnées dans le volume de mesure. L'analyse des résultats montre que les images de particules sont reconstruites avec une très bonne résolution axiale, ce qui conduit à penser que la configuration est bien adapté à cette type de mesure. Ces résultats montrent également qu’une optimisation et des ajustements sont nécessaires pour d'améliorer les résultats de suivi de particules / Continuously improving the understanding of wall turbulence dynamics has been the goal of many experimental and numerical studies for decades. The main practical aspect that makes this knowledge so crucial is the fact that the wall shear stress is closely related to the dynamics of the near-wall structures. Experimental techniques in fluid mechanics have also experienced a great amount of advances in recent years. The present work details the development of an experimental configuration aimed at providing 3D-3C flow measurements in the very near-wall region of a large wind tunnel facility, leading to the assessment of the wall shear stress with improved accuracy. With that goal, a technique known as Holographic Particle Image Velocimetry is used, and measurements are made in small volumes close to the wall in the wind tunnel at Laboratoire de Mécanique de Lille. Full measurements in volumes as small as 1.5mm3 are made possible with the use of a microscope objective for magnification of the object field. Particles are illuminated from the side and the 90o scattered field recombines with reference wave for holographic inline recording. A calibration procedure is performed in order to relate reconstruction space coordinates to real measurement volume coordinates. Analysis of resulting particle fields shows that particle images reconstruct with very good axial accuracy, leading to believe that the configuration is indeed suited for this type of measurement. However, some optimization and adjustments are needed in order to improve the particle tracking results

Un des défis majeurs auquel la communauté de la nano-optique aura à répondre dans les années à venir sera de concentrer l'énergie lumineuse à l'échelle du nanomètre de façon à créer une nanosource optique ou thermique intense à même d'alimenter de futurs dispositifs. Les nanoparticules métalliques, supportant une résonance plasmon de surface, sont idéales pour de telles applications. Dans ce contexte, cette thèse a pour vocation d'apporter un élément de réponse aux problématiques d'optimisation thermique aux échelles nanométriques et de proposer une nouvelle technique de nanothermométrie. A l'aide de simulations numériques, nous avons pu mettre en évidence les propriétés de génération de chaleur des nitrures de titane et de zirconium, dépassant celle de l'or, qui en font alors des matériaux de choix pour concevoir et fabriquer des nanosources thermiques dans le visible. Nous avons également obtenu une morphologie de particules induisant un échauffement maximal pour une longueur d'onde donnée : une nanoétoile à trois branches. Nous avons ensuite fabriqué des nanostructures d'or par lithographie électronique afin de les caractériser par holographie photothermique. En utilisant les deux types d'informations accessibles avec cette technique, l'amplitude et la phase optique, nous nous sommes alors efforcés à quantifier l'élévation de température de nanobâtonnets d'or. L'holographie photothermique d'amplitude a permis d'obtenir des mesures de température semi-quantitatives et, la technique de phase, encore préliminaire, se révèle intéressante et innovante pour étudier les propriétés thermoplasmoniques de nanostructures plasmoniques. / Focusing light on the nanoscale in order to create intense optical or thermal nanosources is probably the main challenge facing the nano-optics community, in order to power up future devices. Metallic nanoparticles and their surface plasmon resonance are ideal optical or thermal nanosources.In this context, this thesis aims at providing a possible solution to the issues of thermal optimization at the nanoscale and nanothermometry.By carrying out numerical simulations, we were able to highlight the heat generation properties of titanium and zirconium nitrides, exceeding those of gold, which make them ideally suited in order to conceive and fabricate heat nanosources in the visible. We also managed to obtain a particle morphology inducing a maximum heating at a given wavelength : a three-branchs nanostar.We fabricated gold nanostructures by e-beam lithography in order to characterize them with photothermal holography. By exploiting the two kind of informations available with this far-field optical technique, the amplitude and the optical phase, we strove to quantify the temperature variations of gold nanorods. The photothermal holography setup based on amplitude delivered semi-quantitative temperature measurements, and the phase based-technique, still at a preliminary stage of developpement, proves to be a new and promising tool for the study of optical and thermal properties of plasmonic nanostructures.

Ces dernières années, des avancées considérables ont été obtenues dans le domaine des capteurs à fibres optiques, principalement grâce à l’élan des applications industrielles, de plus en plus diverses et nombreuses (monitoring de structures, surveillance, environnement, applications médicales, ….). Cette thèse concerne le domaine des antennes acoustiques SONAR en technologie « tout-optique » Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l’étude d’un capteur de contrainte longitudinale à fibre optique. La modulation de phase optique induite par la contrainte est démodulée par un interféromètre adaptatif basé sur le principe de l’holographie dynamique. Cet interféromètre permet, par essence, (i) le filtrage des perturbations basse fréquence de l’environnement, (ii) un fonctionnement en régime linéaire (iii) la démodulation d’un front d’onde complexe, type speckle issu d’une fibre optique multimode. L’holographie dynamique repose sur l’interaction entre deux ondes optiques dans un milieu non-linéaire. Pour notre application, le milieu non-linéaire retenu est un modulateur spatial de lumière adressé optiquement (OASLM) à 1,55 μm. Nous présentons tout d’abord nos travaux de conception, réalisation et caractérisation de l’interféromètre adaptatif. Nous démontrons ensuite un capteur de contrainte à fibre optique basé sur cet interféromètre. Nous étudions également l’augmentation de sensibilité du capteur par l’utilisation d’une fibre optique multimode. Nous discutons finalement nos résultats et le potentiel de la technologie étudiée au regard de l’application visée. / Fiber optic sensors are a key technology for future developments with a large field of applications ranging from structure health monitoring to medical applications. Due to its high compactness, its electromagnetic immunity and the low transmission losses in the telecom window, optical fibers are very promising for underwater acoustic waves detection. We present a method relying on adaptive holographic interferometry based on two beam coupling in an optically addressed spatial light modulator (OASLM). This method allows filtering the slow phase perturbations coming from the environment directly on the sensing optical fiber. In this work, we will first introduce the OASLM operating at 1,55 μm that we have manufactured and the realization of an adaptive holographic interferometer based on this component. Moreover, we will show that it is possible to associate this demodulation method with a multimode optical fiber to reach a better sensitivity. Finally, we will focus on sensors architectures to evaluate the benefit of this technology compared to conventional techniques.

Ce mémoire est dédié à l’imagerie par diffraction cohérente. Dans un premier temps, nous présentons la conception et à la mise en oeuvre expérimentale d’un système d’imagerie compact fonctionnant sur ce principe. Il est composé d’unediode UV (λ = 400 nm), d’une caméra CCD, et d’une plate-forme pour placer l’échantillon à observer. Le faisceau cohérent issu de la diode éclaire l’échantillon, et la figure de diffraction est enregistrée par la caméra. La rétro-propagation du champ détecté permet, en principe, de déterminer le profil de l’échantillon. Néanmoins, la phase du champ, perdue lors de la détection, nous contraint à employer desméthodes de « reconstruction de la phase », cette quantité étant nécessaire à l’opération d’inversion. Plusieurs techniques ont été utilisées. L’holographie par Transformée de Fourier, par exemple, est une méthode déterministe qui consiste à utiliser une référence circulaire (ou rectangulaire) gravée à côté de l’échantillon. La phase est encodée dans la figure de diffraction, sous la forme de franges d’interférences issues de l’objet et de la référence. Une simple Transformée de Fourier du signal permet alors de retrouver le profil de l’échantillon. Uneméthode itérative a également été mise en oeuvre, basée sur un jeu de contraintes dans les espaces réel et réciproque. En particulier, l’objet éclairé doit être « isolé », i.e. plus petit que le faisceau incident. Bien que cette méthode soit non-déterministe, nous verrons toutefois qu’elle est plus robuste et permet d’obtenir de meilleures résolutions spatiales qu’en holographie. Cette étude est un point de départ à l’observation d’objets tridimensionnels. Nous présentons une première méthode déterministe, basée sur l’holographie par Transformée de Fourier. Pour ce faire, une « pupille holographique » est utilisée et sert de support à une première reconstruction 2D du champ. Celui-ci est ensuite rétro-propagé vers l’échantillon placé à proximité, afin de réaliser une mise au point entièrement numérique de ce dernier. La contrainte « d’isolation » de l’objet est alors levée par l’utilisation de cette pupille. Avec cette méthode, le champ latéral est toutefoislimité par le diamètre de la pupille. Pour l’observation d’échantillons plus larges, la technique d’holographie « en ligne » a également été exploitée. Elle consiste à éclairer l’objet avec une onde sphérique et à enregistrer les franges d’interférences (ou « hologramme »). Une rétro-propagation est ensuite effectuée pour faire la mise au point sur l’échantillon. Le caractère divergent du faisceau permet de disposer d’un champ latéral de plusieurs millimètres. Le problème de « l’image jumelle », inhérent à cette configuration, est résolu via unalgorithme itératif couplé à la rétro-propagation. Des reconstructions tridimensionnelles ont été effectuées sur divers échantillons, avec cesdeux méthodes — reconstruction pupillaire et holographie en ligne. Pour chacune d’entre elles, des interfaces de reconstruction ont été mises au point et fonctionnent pendant la détection, afin d’observer l’objet en temps réel. Nous disposons alors d’un prototype d’imagerie sans lentille compact et complet. Enfin, nous présentons l’application d’une technique de reconstruction de la phase, appelée LIFT (pour LInearized Focal plane Technique), appliquée à un analyseur de front d’onde Shack-Hartmann. Usuellement, de tels capteurs ont une résolution spatiale limitée par le pas des micro-lentilles : seules les pentes locales (tip/tilt) sont déterminées. Le LIFT consiste à déterminer la phase à l’échelle de chaque micro-lentille, en exploitant le profil du spot correspondant. Des matrices d’interaction sont calculées afin de linéariser la relation entre l’espace réel (micro-lentilles) et l’espace réciproque (matrice CCD), et une boucle itérative permet d’étendre cedomaine de linéarité. Un gain de résolution spatiale de l’ordre de 3, au niveau de chaque micro-lentille, est attendu avec cette technique. / This dissertation is dedicated to coherent diffractive imaging. Firstly, we present the conception and experimental implementation of a compact imaging system, working on this principle. It is made of an UV laser diode (λ = 400 nm), a CCD camera,and a platform to place the sample. The coherent beam coming from the diode illuminates the sample, and the diffraction pattern is recorded by the camera. Back-propagating the detected field should allow, in principle, to derive the sample’s profile. Nevertheless, the field’s phase, lost during the detection, forces us to use “phase retrieval” methods, this quantity being necessary to the inversion process. Several techniques have been used for that purpose. Fourier Transform Holography (FTH), for example, is a deterministic method thatconsists in using a circular reference, closely drilled nearby the sample. The phase is encoded in the diffraction pattern, in the form of interference fringes coming from the object and the reference. Then, a simple inverse Fourier Transform of the signal leads the profile of the sample. An iterative method has also been implemented, based on a set of constraints in the real and reciprocal spaces. In particular, the illuminated object must be “isolated”, i.e. smaller than the incident beam. Although this method is non-deterministic, we will see thatit is more robust and gives better resolutions than the holographic cases. This study is the starting point of three-dimensional imaging. We present a first deterministic method, based on FTH. For this purpose, a “holographic pupil” is used and serves as a support for a first 2D reconstruction of the field. The latter is then back-propagated towards the sample closely placed, in order to realize an entirely numerical focusing on it. The “isolation constraint” is then removed by the use of this pupil. However, with this method, the field of view is limitedby the pupil’s diameter. In order to observe larger samples, the “in-line holography” technique has been exploited as well. It consists in illuminating the object with a spherical wave and recording the interference fringes (or “hologram”). A back-propagation is made after the fact in order to do the focusing on the sample. The divergent nature of the beam allows for reaching several millimeters for the lateral field of view. The “twin image problem”, inherent to this configuration, is solved via an iterative algorithm coupled to the back-propagation process. Three-dimensional reconstructions have been made on varied samples, with these two methods — pupil reconstruction and in-line holography. In both cases, reconstruction interfaces have been implemented and work during the detection, in order to observe the object in real time. We then have a compact and complete lens-less imaging prototype. Finally, we present the application of a phase retrievaltechnique, named LIFT (LInearized Focal plane Technique), applied to a Shack-Hartmann wavefront sensor. Usually, such sensors have a spatial resolution that is limited by the micro-lenses size : only the local slopes, i.e. tip and tilt, are retrieved. The LIFT consists in determining the phase at the scale of each micro-lens, by exploiting the corresponding spot profile. Interaction matrices are calculated in order to linearize the relation between the real space (micro-lenses) and the reciprocal space (CCD chip), and an iterative loop allows for increasing this linearity domain. With this technique, a gain in spatial resolution by a factor 3 is expected.

Tomographic electron holography combines tomography, the reconstruction of three-dimensionally resolved data from multiple measurements with different specimen orientations, with electron holography, an interferometrical method for measuring the complex wave function inside a transmission electron microscope (TEM). Due to multiple scattering and free wave propagation conventional, ray projection based, tomography does perform badly when approaching atomic resolution. This is remedied by incorporating propagation effects into the projection while maintaining linearity in the object potential. Using the Rytov approach an approximation is derived, where the logarithm of the complex wave is linear in the potential. The ray projection becomes a convolution with a Fresnel propagation kernel, which is considerably more computationally expensive. A framework for such calculations has been implemented in Python. So has a multislice electron scattering algorithm, optimised for large fields of view and high numbers of atoms for simulations of scattering at nanoparticles. The Rytov approximation gives a remarkable increase in resolution and signal quality over the conventional approach in the tested system of a tungsten disulfide nanotube. The response to noise seems to be similar as in conventional tomography, so rather benign. This comes at the downside of much longer calculation time per iteration. / Tomographische Elektronenholographie kombiniert Tomographie, die Rekonstruktion dreidimensional aufgelößter Daten aus einem Satz von mehreren Messungen bei verschiedenen Objektorientierungen, mit Elektronenholographie, eine interferrometrische Messung der komplexen Elektronenwelle im Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Wegen Mehrfachstreuung und Propagationseffekten erzeugt konventionelle, auf einer Strahlprojektion basierende, Tomography ernste Probleme bei Hochauflösung hin zu atomarer Auflösung. Diese sollen durch ein Modell, welches Fresnel-Propagation beinhaltet, aber weiterhin linear im Potential des Objektes ist, vermindert werden. Mit dem Rytov-Ansatz wird eine Näherung abgeleitet, wobei der Logarithmus der komplexen Welle linear im Potential ist. Die Strahlen-Projektion ist dann eine Faltung mit dem Fresnel-Propagations-Faltungskernel welche rechentechnisch wesentlich aufwendiger ist. Ein Programm-Paket für solche Rechnungen wurde in Python implementiert. Weiterhin wurde ein Multislice Algorithmus für große Gesichtsfelder und Objekte mit vielen Atomen wie Nanopartikel optimiert. Die Rytov-Näherung verbessert sowohl die Auflösung als auch die Signalqualität immens gegenüber konventioneller Tomographie, zumindest in dem getesteten System eines Wolframdisulfid-Nanoröhrchens. Das Rauschverhalten scheint ähnlich der konventionallen Tomographie zu sein, also eher gutmütig. Im Gegenzug braucht die Tomographie basierend auf der Rytov-Näherung wesentlich mehr Rechenzeit pro Iteration.

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.