Aim of this thesis is the design of experimental equipment for studying the formation of lubricating films in contacts lubricated machine parts Liquid gases with the following parameters: experimental device to operate on the principle of optical tribometer, the design will be modified so that it can be used to deleting contacts liquid gases.

Die Wechselwirkung intensiver Laserstrahlung mit Festkörperoberflächen ruft oberhalb einer bestimmten Leistungsdichte eine Materialablation hervor und führt schließlich zur Herausbildung sogenannter laserinduzierter Plasmen. In diesem Zusammenhang wird in der Literatur über nichtlinear-optische Phänomene wie Selbstfokussierung und -Kanalisierung der Laserstrahlung, sowie Ausbildung beschleunigter Plasmafragmente berichtet. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Form und der Dynamik solcher laserinduzierten Plasmen an verschiedenen metallischen Targets (Al, Cu, W, Ta) in verschiedenen Umgebungen (Luft, Vakuum, Argon) unter besonderer Berücksichtigung der Vor-pulskonfigurationen des Laserstrahles. Es ist festzustellen, daß sich nach der Einwirkung eines Vorpulses der Energie 10¹²...10¹³ W/cm² auf das metallische Target in Luft und Argon eine Stoßwelle ausbildet, die im Falle von Luft zu einem Plasmakanal der Elektronendichte um 10²º 1/cm³, im Falle von Argon zu mehreren pulsierenden Kanälen führt. In der Arbeitsregime des Lasers mit einigen Vorpulsen wird in Luft und Argon die Herausbildung einer entsprechenden Anzahl von Stoßwellen im Plasma beobachtet. Als Ergebnis der Einwirkung des nachfolgenden Hauptpulses auf die entstandene Stoßwellenstruktur formiert sich ein Plasmakanal. Infolge der komplexen hydrodynamischen Wechselwirkung zwischen dem Hauptpuls und den Stoßwellen, sowie der Einwirkung starker Magnetfelder, erfolgt ein Auswurf von Plasmafragmenten entgegengesetzt dem Vektor der einfallenden Laserstrahlung. Die Fragestellung nach Abhängigkeit der Anzahl der Plasmafragmente von der Anzahl der Stoßwellen und der Pulsenergie des Lasers wird in dieser Arbeit verfolgt. Im Vakuum rufen die Vorpulse dagegen lediglich eine flache Plasmawolke hervor, in der sich als Ergebnis der Einwirkung des Hauptlaserimpulses wiederum eine Stoßwelle bildet. Weiter wird die Herausbildung von Plasmakanälen beobachtet, die in einem stumpfen Winkel zum Vektor des einfallenden Laserausstrahles geneigt sind. Mittels röntgenspektroskopischer Untersuchungen werden für die Plasmakanäle Elektronentemperaturen bis zu 2.7 keV ermittelt, was als Nachweis einer Vorbedingung zur Schaffung eines Röntgenlasers auf der Basis der vorliegenden Effekte gelten kann.

The brightness and proximity of many classical Be stars makes them perfect laboratories for studying the physics of astrophysical disks. They are also among the most popular targets for optical/IR interferometers, which are able to fully resolve their circumstellar disks, to which much of the recent progress in our understanding of these enigmatic objects is owed. The current consensus is that classical Be stars eject material from the stellar surface into Keplerian orbits, thus forming a disk, whose subsequent evolution is governed by turbulent viscosity, which is the basis of the so-called viscous decretion disk (VDD) model. Among the main results of the present work is arguably the best-constrained model of a particular Be star β CMi. The VDD predictions were confronted also with radio observations, which allowed for the first determination of the physical extent of a Be disk. This result subsequently led to the detection of a binary companion, which is truncating the disk by tidal forces. Extending the sample to include five more targets led to revealing a similar outer disk structure in all of them. The range of explanations includes the most plausible scenario, in which the truncation of Be disks by (unseen) companions is much more common than previously thought.

The thesis is aimed at the development of Scanning Probe Microscopes (SPM). It describes design and development of modular controll electronics to be applied eectively on more microscopes SPM. Control electronics consist of stabilized power source, high–voltage amplier and probe signal amplier. The open–source project GXSM has been introduced. It contains a logic control unit which controls scanning, acquiring data and feedback control. GXSM provides a graphical user interface based on linux operation system. Second part of the thesis is aimed at design and development of interferometric deection sensing system for SPM cantilevers and applications at SPM in general. Designed interferometer has been assembled and tested. It can clearly distinguish a signal of amplitude 2 nm. At the end of the thesis the design of interferometric system implementation is presented.

The existence of other habitable worlds and the possible development of life elsewhere in the Universe have been among mankinds fundamental questions for thousands of years. These interrogations about our origins and place in the Universe are today at the dawn of being answered in scientific terms. The key year was 1995 with the discovery of the first extrasolar planet orbiting around a solar-type star. About 400 extrasolar planets are known today and the possibility to identify habitable worlds and even life among them largely contributes to the growing interest about their nature and properties. However, characterizing planetary systems is a very difficult task due to both the huge contrast and the small angular separation between the host stars and their environment. New techniques have emerged during the past decades with the purpose of tackling these fantastic observational challenges. In that context, infrared interferometry is a very promising technique, since it provides the required angular resolution to separate the emission of the star from that of its environment. This dissertation is devoted to the characterization of extrasolar planetary systems using the high angular resolution and dynamic range capabilities of infrared interferometric techniques. The first part of the present work is devoted to the detection with current interferometric facilities of warm dust within the first few astronomical units of massive debris discs around nearby stars. In order to extend the imaging of planetary systems to fainter discs and to extrasolar planets, we investigate in a second step the performance of future space-based nulling interferometers and make a comparison with ground-based projects. Finally, the third part of this work is dedicated to the impact of exozodiacal discs on the performance of future life-searching space missions, the goal being to characterize extrasolar planets with sizes down to that of the Earth.

In this study, seismic interferometry is used to analyze dynamic processes in the Earth’s shallow subsurface caused by environmental processes and ground shaking. In the first part of the thesis, the feasibility of a passive monitoring with ambient seismic noise at the pilot site for CO2 injection in Ketzin is investigated. Monitoring the expansion of the CO2 plume is essential for the characterization of the reservoir as well as the detection of potential leakage. From June 2008 until August 2013, more than 67000 tons of CO2 were injected into a saline aquifer at a depth of about 650 m. Passive seismic data recorded at a seismic network around the injection site was cross-correlated in a frequency range of 0.5-4.5 Hz over a period of 4 years. The frequency band of 0.5-0.9 Hz, in which surface waves exhibit a high sensitivity at the depth of the reservoir, is not suitable for monitoring purposes as it is only weakly excited. In a frequency range of 1.5-3 Hz, periodic velocity variations with a period of approximately one year are found that cannot be caused by the CO2 injection. The prominent propagation direction of the noise wave field indicates a wind farm as the dominant source providing the temporally stable noise field. This spacial stability excludes variations of the noise source distribution as a spurious cause of velocity variations. Based on an amplitude decrease associated with time windows towards later parts of the coda, the variations must be generated in the shallow subsurface. A comparison to groundwater level data reveals a direct correlation between depth of the groundwater level and the seismic velocity. The influence of ground frost on the seismic velocities is documented by a sharp increase of velocity when the maximum daily temperature stays below 0 C. Although the observed periodic changes and the changes due to ground frost affect only the shallow subsurface, they mask potential signals of material changes from the reservoir depths. To investigate temporal seismic velocity changes due to earthquake-related processes and environmental forcing in northern Chile, 8 years of ambient seismic noise recorded by the Integrated Plate Boundary Observatory Chile (IPOC) are analyzed. By autocorrelating the ambient seismic noise field, approximations of the Green’s functions are retrieved and velocity changes are measured with Coda Wave Interferometry. At station PATCX, seasonal changes of seismic velocity caused by thermal stress as well as transient velocity reductions are observed in the frequency range of 4-6 Hz. Sudden velocity drops occur at times of mostly earthquake-induced ground describing the seismic velocity variations based on continuous observations of the local ground acceleration. The model assumes that not only the shaking of large earthquakes causes velocity drops, but any small vibrations continuously induce minor velocity variations that are immediately compensated by healing in the steady state. The shaking effect is accumulated over time and best described by the integrated envelope of the ground acceleration over one day, which is the temporal resolution of the velocity measurements. In the model, the amplitude of the velocity reduction as well as the recovery time are proportional to the strength of the excitation. The increase of coseismic velocity change and recovery time with increasing excitation is confirmed by laboratory tests with ultrasound. Despite having only two free scaling parameters, the model fits the data of the shaking-induced velocity variation in remarkable detail. Additionally, a linear trend is observed that might be related to a recovery process from one or more earthquakes before the measurement period. A clear relationship between ground shaking and induced velocity reductions is not visible at other stations. The outstanding sensitivity of PATCX to ground shaking and thermal stress can be attributed to the special geological setting of the station, where the subsurface material consists of a relatively loose conglomerate with high pore volume leading to stronger nonlinearity compared to the other IPOC stations. / In dieser Studie werden mit Hilfe von seismischer Interferometrie kleinste dynamische Prozesse in der Erdkruste beobachtet, welche beispielsweise durch umweltbedingte oder anthropogene Einflüsse sowie Bodenerschütterungen hervorgerufen werden können. Im ersten Teil der Arbeit werden Änderungen in der seismischen Geschwindigkeit am Pilotstandort für CO2-Speicherung in Ketzin untersucht. In einer Tiefe von 650m wurden dort zwischen Juni 2008 und August 2013 über 67000 Tonnen CO2 eingelagert. In einem Frequenzbereich vom 0,05-4,5 Hz wurden Kreuzkorrelationen des seismischen Hintergrundrauschens an einem kleinräumigen Netzwerk über einen Zeitraum von 4 Jahren berechnet. Der Frequenzbereich zwischen 0,5 und 0,9 Hz weist eine hohe Sensitivität von Oberflächenwellen in der Tiefe des Reservoirs auf, ist aber nur sehr schwach angeregt und eignet sich deswegen nicht für die Analyse. In einem Frequenzbereich von 1,5-3 Hz zeigen sich periodische Geschwindigkeitsänderungen mit einer Periode von einem Jahr, welche nicht durch die Einlagerung von CO2 erzeugt werden können. Eine Analyse des seismischen Hintergrundrauschens zeigt, dass dieses über den gesamten Zeitraum hinweg hauptsächlich aus der Richtung eines Windparks kommt. Durch die Stabilität des Wellenfeldes können Änderungen in den Quellpositionen, welche sich in scheinbaren Geschwindigkeitsänderungen zeigen können, ausgeschlossen werden. Eine Amplitudenabnahme der Geschwindigkeitsänderungen hin zu späteren Zeitfenstern in der Coda lässt auf oberflächennahe Prozesse als Ursache schließen. Ein Vergleich zwischen den jährlichen Geschwindigkeitsänderungen mit Schwankungen im Grundwasserspiegel zeigt eine direkte Korrelation. Ein sprunghafter Anstieg in der Geschwindigkeit zeigt sich im Winter, wenn die Tageshöchsttemperaturen unter den Gefrierpunkt sinken und der Boden zufriert. Obwohl Bodenfrost und Änderungen im Grundwasserspiegel nur einen sehr oberflächennahen Bereich betreffen, so überdecken sie dennoch mögliche Signale durch die Einlagerung von CO2. Im zweiten Teil der Arbeit werden Geschwindigkeitsänderungen in Nordchile untersucht, welche durch erdbebeninduzierte Prozesse und umweltbedingte Einflüsse hervorgerufen werden. Dazu wurden über einen Zeitraum von 8 Jahren Autokorrelationen des seismischen Hintergrundrauschens des IPOC Netzwerkes (Integrated Plate Boundary Observatory Chile) berechnet und mit seismischer Interferometrie ausgewertet. An der Station PATCX können in einem Frequenzbereich von 4-6 Hz periodische Geschwindigkeitsänderungen beobachet werden, welche durch thermisch induzierte Dehnung hervorgerufen werden. Außerdem treten transiente Geschwindigkeitsabnamen nach Bodenerschütterungen auf, welche hauptsächlich von Erdbeben verursacht werden. Die seismische Geschwindigkeit kehrt daraufhin langsam wieder auf ihr vorheriges Niveau zurück. Für die Geschwindigkeitsänderungen wurde ein empirisches Modell entwickelt, welches auf Messungen der lokalen Bodenerschütterung basiert. Dabei wird angenommen, dass nicht nur große erdbebeninduzierte, sondern auch kleinste Bodenerschütterungen einen Abfall der Geschwindigkeit erzeugen, welche wiederum innerhalb kürzester Zeit durch Heilung in den Gleichgewichtszustand zurückkehrt. Dabei summieren sich die Effekte durch die Bodenerschütterungen mit der Zeit auf und werden am besten mit dem Integral der lokalen Bodenbeschleunigung über die Messwerte eines Tages beschrieben. Die Diskretisierung von einem Tag entspricht der zeitlichen Auflösung in der Messung der Geschwindigkeitsänderungen. Sowohl die Amplitude der Geschwindigkeitsabnahme als auch die Zeit bis der Gleichgewichtszustand wieder erreicht ist (Heilungszeit) werden im Modell als proportinal zur Größe der Anregung angenommen. Eine Korrelation der Heilungszeit und der Amplitude der koseismischen Geschwindigkeitsabnahme mit der Größe der Anregung konnte mit Hilfe von Laboruntersuchungen mit Ultraschall bestätigt werden. Mit nur zwei Parametern beschreibt das Modell die transienten Geschwindigkeitsänderungen in bemerkenswerter Genauigkeit. Desweiteren beinhaltet das Modell einen linearen Verlauf in den Geschwindigkeitsänderungen, welcher vermutlich durch einen Heilungsprozess hervorgerufen wird, der auf ein oder mehrere Erdbeben vor dem Messzeitraum folgte. Eine Beziehung zwischen Bodenerschütterung und Geschwindigkeitsänderung ist an anderen Stationen des IPOC Netzwerkes nicht erkennbar. Die herausragende Sensitivität von PATCX im Hinblick auf Bodenerschütterung und thermische Dehnung kann den speziellen geologischen Gegebenheiten an der Station zugeschrieben werden. Bei dem dort vorliegenden Material handelt es sich um ein relativ loses Konglomerat mit großem Porenvolumen, welches ein starkes nichtlineares Verhalten aufweist, was an anderen IPOC Stationen nicht zu erwarten ist.

Le but de cette thèse est centré sur la détection et la surveillance de la déformation de surface dans le nord-ouest de la Turquie, induite par une variété de phénomènes naturels (telles que l'activité tectonique, les glissements de terrain lents, etc.) et anthropiques (extraction des eaux souterraines, activités de construction, etc.), et sur l’analyse des mécanismes de déformation associés et de leurs conséquences pour l’environnement. Ce travail est basé sur le calcul de séries temporelles de déplacement du sol par interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR) afin d'analyser l'évolution des déplacements du sol, pour trois cas d’études associés à différents phénomènes géophysiques et processus sous-jacents. L’objectif de cette thèse est double : (1) révéler et quantifier les caractéristiques spatio-temporelles du glissement asismique le long de la rupture du séisme d’Izmit du 17 août 1999, et discuter de leur relation potentielle avec les propriétés de la faille (lithologie, géologie); (2) étudier la subsidence du sol dans des zones urbaines ou des zones exploitées par l'homme, induite par divers facteurs, et discuter des rôles relatifs de la tectonique, de la lithologie et des activités anthropiques dans ce mouvement du sol.Dans la première étude de cas, j’ai combiné des mesures InSAR, à partir d’images radar TerraSAR-X (bande X) et Sentinel-1 AB (bande C) acquises sur la période 2011-2017, à des mesures GPS en champ proche, effectuées tous les six mois à partir de 2014 jusqu'en 2016, ainsi qu’à des mesures de creepmeter, pour analyser le champ de vitesse en surface autour de la NAF, après le tremblement de terre d'Izmit de 1999. Les champs de vitesse moyenne horizontale InSAR révèlent que le taux de fluage (« creep ») sur le segment central de la rupture d'Izmit continue de décroître, plus de 19 ans après le séisme, ce qui concorde globalement avec les modèles de décroissance logarithmique des glissements post-sismiques de type « afterslip ». Le long de la section de la faille rompue à une vitesse « supershear » lors du séisme d'Izmit, le fluage se poursuit à une vitesse pouvant atteindre 8 mm / an. Un événement transitoire significatif, avec un fluage en accélération, est également détecté en décembre 2016 sur la série temporelle Sentinel-1, en accord avec les mesures d’un creepmeter installé près de la zone où la vitesse de fluage est maximum. Il est associé à un déplacement de surface total de 10 mm accumulé en un mois seulement.La deuxième cas d’étude porte sur l'identification et la mesure de la déformation du sol long-terme à Istanbul à partir d'une série InSAR couvrant près de 25 ans d'observations radar par satellite (1992-2017). Cette série temporelle InSAR a été calculée à partir d'images radar de plusieurs satellites (ERS-1, ERS-2, Envisat, Sentinel-1 A, B) afin d'étudier l'étendue spatiale et le taux de subsidence du sol dans la mégapole d'Istanbul.Dans le troisième cas d’étude, une série InSAR est calculée pour quantifier la subsidence de la plaine de Bursa (sud de la région de Marmara en Turquie), auparavant interprétée comme d’origine tectonique. Dans cette étude, StaMPS est utilisé pour traiter des séries d'images radar Sentinel 1 A-B acquises entre 2014 et 2017 le long d’orbites ascendantes et descendantse. Le champ de vitesse verticale obtenu après décomposition des champs de vitesse en ligne de visée sur deux traces complémentaires révèle que la plaine de Bursa s'affaisse à des vitesses allant jusqu'à 25 mm / an. A l’est, le signal de subsidence le plus important dans le bassin forme une ellipse allongée est-ouest et est limité par une plaine alluviale Quaternaire subsidant à environ 10 mm / an. Ces observations indiquent que l'accélération récente de la subsidence est principalement due aux activités anthropiques plutôt qu'aux mouvements tectoniques régionaux. / The aim of this thesis is centered on the detection and monitoring of surface deformation in northwest Turkey induced by a variety of natural (such as tectonic activity, slow moving-landslides, etc.) and anthropogenic (ground water extraction, construction activities, etc.) hazards and on the analysis of the related deformation mechanisms and their environmental consequences. In this work, I computed Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) time series to examine ground deformation evolution for three different case studies associated to different geophysical phenomena and underlying processes. The focus of this thesis is two-fold : (1) to reveal and monitor the spatio-temporal characteristics of aseismic slip along the August 17, 1999 Mw 7.4 Izmit earthquake rupture, and discuss its potential relationship with lithology and geology (2) to investigate ground subsidence in urban or human-exploited areas induced by various factors, and discuss the relative roles of tectonics, lithology and anthropogenic activities in such ground motion.In the first case-study, I combined InSAR measurements, based on X-band TerraSAR-X and C-band Sentinel-1 A-B radar images acquired over the period 2011-2017, with near field GPS measurements, performed every 6 months from 2014 to 2016, as well as creep meter measurements to examine the surface velocity field around the NAF after the 1999 Izmit earthquake. In this study, the Stanford Method for Persistent Scatterers InSAR package (StaMPS) was employed to process series of Sentinel 1 A-B (acquired along ascending and descending orbits) and TerraSAR-X (ascending orbits) radar images. The InSAR horizontal mean velocity fields reveal that the creep rate on the central segment of the 1999 Izmit fault rupture continues to decay, more than 19 years after the earthquake, in overall agreement with models of postseismic afterslip rate decaying logarithmically with time. Along the fault section that experienced a supershear velocity rupture during the Izmit earthquake, creep continues with a rate up to ~ 8 mm/yr. A significant transient event with accelerating creep is detected in December 2016 on the Sentinel-1 time series, consistent with creepmeter measurements, near the maximum creep rate location. It is associated with a total surface slip of 10 mm released in one month only. The second case study deals with the identification and measurement of secular ground deformation in Istanbul from a long-term InSAR time-series spanning almost 25 years of satellite radar observations (1992-2017). This InSAR time series was computed from radar images of multiple satellites (ERS-1, ERS-2, Envisat, Sentinel-1 A, B) in order to investigate the spatial extent and rate of ground subsidence in the megacity of Istanbul.In the third case study, InSAR time-series analysis is calculated for quantifying the subsidence of the Bursa Plain (southern Marmara region of Turkey), which has been interpreted as resulting from tectonic motions in the region. In this study, the StaMPS is employed to process series of Sentinel 1 A-B radar images acquired between 2014 and 2017 along both ascending and descending orbits. The vertical velocity field obtained after decomposition of line-of-sight velocity fields on the two tracks reveals that the Bursa plain is subsiding at rates up to 25 mm/yr. The most prominent subsidence signal in the basin forms an east-west elongated ellipse of deformation in the east, and is bounded by a Quaternary alluvial plain undergoing average vertical subsidence at ~10 mm/yr. The InSAR time series within the observation period is well correlated with changes in the depth of the ground water. These observations indicate that the recent acceleration of subsidence is mainly due to anthropogenic activities rather than tectonic motion.

La Synthèse d'Ouverture Optique permet d'obtenir la résolution d'un instrument de grand diamètre en faisant interférer les faisceaux issus de plusieurs sous-pupilles de diamètre inférieur. Néanmoins, la difficulté principale de cette méthode réside dans le cophasage de l'instrument, c'est-à-dire dans la mesure puis la correction des aberrations différentielles présentes entre les pupilles. Dans ce contexte, les techniques de type plan focal présentent un avantage certain. Ainsi, le phase retrieval et la diversité de phase (basés respectivement sur l'acquisition d'une ou d'au moins deux images dans des conditions de phase différentes) sont aujourd'hui couramment employés avec des instruments monolithiques; leur applicabilité au cophasage de systèmes multipupilles a également été démontrée en laboratoire. Toutefois, ces estimateurs présentent l'inconvénient d'être itératifs donc potentiellement coûteux en temps de calcul. Nous nous proposons dans ce manuscrit de développer de nouveaux estimateurs de cophasage qui soient analytiques, permettant ainsi une estimation en temps-réel des aberrations sur objet étendu. Pour cela, nous démontrons qu'en exprimant le critère à minimiser sous forme quadratique nous aboutissons à une estimée simple de la phase recherchée. Nous montrons également que nous pouvons parvenir à l'expression de ce nouveau critère en considérant une approximation affine de la fonction de transfert optique. Les performances obtenues en simulation révèlent qu'il est possible de fermer une boucle de cophasage à faible flux et par la même occasion de restaurer l'objet observé dans un but d'imagerie. La mise en oeuvre expérimentale de l'ensemble des algorithmes (itératifs et analytiques) dans le cadre de différents projets permet d'affirmer que l'approche plan focal peut désormais être utilisée pour cophaser des systèmes multipupilles complexes.

Ce travail de these presente les premiers resultats d'optique quantique, plus particulierement de statistique de photons, sur des boites quantiques uniques de la famille des semiconducteurs II-VI.<br />La motivation premiere de ces travaux est la recherche d'une source de photons uniques indiscernables adequate pour etre utiliser dans le cadre de l'information quantique, et plus particulierement de l'ordinateur quantique.

Cette thèse se découpe en deux volets complémentaires, orientés sur la formation planétaire dans les disques autour d'étoiles jeunes. Dans une première partie je présente les résultats obtenus avec des données spectroscopiques du satellite Spitzer. Ces spectres (5-35 µm) montrent un grand nombre de raies en émission, attribuées à des poussière silicatées, amorphes ou cristallines. Sur un large échantillon, j'ai mené deux analyses statistiques complémentaires sur la minéralogie des grains de poussière. Je montre tout d'abord que les silicates cristallins sont très présents dans les disques proto-planétaires, et je mets en évidence un paradoxe de cristallinité sur la distribution radiale de ces cristallins, avec moins de cristaux dans les régions internes (lieu de leur formation préférentiel) que dans les régions externes. Des processus d'amorphisation peuvent être responsables de cet écart. Par la suite, j'ai montré qu'un applatissement des distributions en taille de grain a lieu dans les disques (ce qui était souvent interprété comme un grossissement de grains). Cela peut s'expliquer soit par un changement d'équilibre entre les processus de fragmentation et de coagulation, soit par une évacuation des petits grains par la pression de radiation ou les vents stellaires. Dans une seconde partie, je présente les résultats d'observations pionières, par la méthode d'interférométrie dans le proche infrarouge, avec l'instrument AMBER, pour deux étoiles TTauri. Ces observations ont permis de confirmer deux modèles existants dans la litérature : i) la présence d'un sillon dans un disque en transition, avec un disque interne proche de l'étoile, ii) l'importance de la lumière diffusée dans l'interprétation de données interférométriques. Ces travaux permettent de mieux connaître les régions de formation planétaire.