Le processus de somme de fréquences optiques est utilisé dans certaines applications pour convertir des signaux de longueurs d’onde infrarouges vers le domaine de longueurs d’onde visibles. Cela permet de bénéficier de technologies plus performantes notamment en terme de détection et de propagation. Les travaux menés dans cette thèse s’intéressent à l’étude de phénomènes optiques parasites générés par ce processus non linéaire dans des cristaux de niobate de lithium périodiquement polarisés (PPLN) pour des applications de conversion de fréquences en régime de comptage de photons. La première partie de ce manuscrit montre l’intérêt du processus de somme de fréquences optiques dans le contexte technologique de la détection infrarouge en régime de comptage de photons, via le concept de détection hybride. Les éléments théoriques et l’état de l’art associés à la détection hybride seront également présentés dans cette première partie. La deuxième partie traite d’une étude comparative entre différents cristaux de PPLN pour la détection hybride à 1550 nm. Pour cela, une analyse expérimentale détaillée des processus parasites est effectuée. Les résultats de cette étude sont utilisés pour des applications en astronomie et en microscopie. Enfin, la troisième partie traite d’une application de la somme de fréquences en interférométrie stellaire. Les résultats de caractérisation des cristaux de PPLN sont mis à contribution dans l’optimisation d’un instrument pour l’astronomie appelé interféromètre à somme de fréquences. Les résultats d’observation sur le site astronomique du Mont Wilson ainsi que les perspectives de cette instrument y sont présentés. / The sum frequency generation process is used in differents applications to convert signals from infrared wavelengths to the field of visible wavelength. This allows to benefit of more efficient technologies in terms of detection and propagation. This thesis describes the study of noise phenomena generated by this process in crystals of periodically poled lithium niobate (PPLN) for frequency up-conversion applications in photon counting regime. The first part of the manuscript shows the advantage of sum frequency generation process in the technological environment of the infrared detection on single photon counting regime, using the concept of hybrid detection. The theoretical elements and the state of the art associated with hybrid detection will also be presented in this first part. The second part deals with a comparative study between different PPLN for hybrid detection at 1550 nm. A detailed experimental analysis of the noise process is performed. The results of this study are used for applications in astronomy and microscopy. The third part deals with an application of the sum frequency in stellar interferometry. The results of PPLN’s characterization are involved in optimizing an instrument for astronomy called sum frequency interferometer. The results of observation on the astronomical site of Mount Wilson and the prospects of this instrument are presented.

As elevadas perdas existentes no setor elétrico tem causado preocupação nas empresas de distribuição, aliadas ainda a necessidade crescente de um desenvolvimento econômico sustentável. Neste cenário a calibração periódica dos instrumentos destinados a medição (entre eles os transformadores de instrumentos) tornam-se essenciais e tais procedimentos encontram-se previstos no novo modelo de operação do setor elétrico. Porém, as dificuldades logísticas e operacionais de transporte a laboratórios metrológicos credenciados dificultam a execução de tais serviços. As técnicas e métodos desenvolvidos nesse trabalho visam a implementação de uma unidade eletrônica capaz de aquisitar e processar dados provenientes de transformadores de instrumentos, de natureza indutiva (denominado de convencional) e ópticos, bem como seus subsistemas de apoio, como ferramentas de medição e calibração portátil, móvel, para execução dos serviços metrológicos in situ nos ambientes das subestações e cabines primárias. Estes serviços, apesar de estarem em estágio incipiente, são de extremo interesse para empresas de energia elétrica. Este projeto está baseado no estado da arte de componentes da eletrônica analógica e digital, onde destacam-se conversores analógico/digital (A/D), microprocessadores, osciladores, FPGA e técnicas computacionais para processamento digital de sinais. São apresentadas as formas de implementação tanto em hardware como em software para esta unidade eletrônica de forma a atender aos requisitos funcionais especificados e às normas do INMETRO e normas internacionais equivalentes para aplicações metrológicas. A validação é baseada em testes comparativos dos fasores na frequência fundamental dos sinais obtidos, analisando os valores de amplitude (para cálculo de erro de relação) e de fase ( para cálculo de erro de fase) entre transformadores ópticos e convencionais, sendo que estes últimos podem ser de referência ou não. / The high losses in the electricity sector have caused concern in distribution companies, together with the growing need for sustainable economic development. In this scenario the periodic calibration of instruments intended for measurement (including instrument transformers) become essential and such procedures are provided for in the new model of operation of the electric sector. However, the logistical and operational difficulties of transportation to accredited metrological laboratories make it difficult to perform such services. The techniques and methods developed in this work are aimed at the implementation of an electronic unit capable of acquiring and processing data from instrument transformers of an inductive (conventional) and optical nature, as well as its supporting subsystems, such as portable and mobile measuring and calibration tools for the execution of on-site metrological services in the substations and primary cabins. These services, although in an incipient stage, are of extreme interest to electric energy companies. This project is based on the state-of-the-art components of analog and digital electronics, including analog/digital (A/D) converters, microprocessors, oscillators, FPGA and computational techniques for digital signal processing. The forms of implementation in both hardware and software for this electronic unit are presented in order to meet the functional requirements specified and the standards of the Instituto Nacional de Metrologia (INMETRO) and equivalent international standards for metrological applications. The validation is based on comparative tests of the phasors at the fundamental frequency of the obtained signals, analyzing the amplitude (for ratio error calculation) and phase (for phase error calculation) between optical and conventional transformers, the last one can be reference or not.

No presente trabalho é apresentada uma nova abordagem para medida de potenciais em altos níveis de tensão que utilizam sensores eletro-ópticos Pockels. Também descreve a aplicação da técnica de interferometria de luz branca em sistemas de alta tensão por fibras ópticas. Neste sistema a informação é codificada no espectro da luz, permitindo assim que a medida seja independente da potência óptica transmitida pelo link de fibras ópticas. Um protótipo foi construído e testado sob excitação de tensão a.c. até 20 kV em 60 Hz mostrando boa resposta e demonstrando a viabilidade deste método. / A new approach to perform measurement of potentials in high voltage levels using electrooptical Pockels sensors is presented here. This work describes an application of the White Light Interferometry technique to a high voltage optical fiber measurement system. In this system the information is encoded in the spectrum of the light, allowing the measurement to be independent of the optical power transmitted by the optical fiber link. A prototype was built and tested under excitation of a.c. voltages up to 20 kV in 60 Hz showing good response and demonstrating the feasibility of this method.

Com a crescente disponibilidade de luz síncrotron tem-se utilizado cada vez mais a dispersão anômala (f´) no estudo de materiais. Apesar dos vários métodos já empregados na medida do fator de espalhamento atômico, ainda é pequeno o número de elementos abrangidos. Este trabalho apresenta uma contribuição à ampliação da gama de elementos mensuráveis através de um método interferométrico diferencial para a determinação experimental de f´. A sua demonstração é feita através de medidas em Selênio obtendo-se o mesmo nível de precisão do método &#933-&#933/2 usado em trabalhos anteriores. Esses dois métodos são criticados quanto ao limite de erro atingível devido à sua natureza não-absoluta. Uma técnica de preparação de amostras para materiais de baixo ponto de fusão é explorada, permitindo determinar f´absolutamente, com erro de 0,03 elétron. A medida do fator de espalhamento atômico através do desvio angular entre as reflexões de Bragg e Laue é proposta e testada com resultados de qualidade bastante inferior às técnicas interferométricas. A construção de interferômetros de raios X estáveis e de alto contraste é estudada quanto à seleção dos monocristais de silício e tratamento após o corte do dispositivo, atingindo-se contraste de 80% com estabilidade de uma milifranja por hora. / The use of anomalous dispersion (f\') in the study of materials has been increasing with the availability of synchrotron radiation. Although many methods have been designed for the measurement of the atomic scattering factor, the number of elements the cover is still small. This work presents a contribution to the widening of the range of measurable elements through a Differential interferometric method for the determination of f´. Its demonstration is achieved by measurements on Selenium, reaching the same level of accuracy obtained by the &#933-&#933/2 method used in previous work. These two methods are criticized in terms of the achievable errors due to its non-absolute nature. A technique for the preparation of samples with low melting point materials is developed, allowing the determination of f´ absolutely, with an error of 0,03 electron. The measurement of atomic scattering factor through the angular offset between Bragg and Laue reflections is proposed and tested, with low quality results compared to interferometric methods. The construction of high stability and good contrast X-ray interferometers is studied in terms of silicon single crystal selection and its treatment after device cutting. 80% contrast was achieved with a stability of one milifringe per hour.

Dans cette thèse, nous avons mis en oeuvre un système de mesure de distance absolue (Absolute Distance Measurement, ADM) de haute précision utilisant l'interférométrie à balayage de fréquence (Frequency Sweeping Interferometry, FSI). La technique FSI exige que la plage de réglage de fréquence du laser balayé soit mesurée avec une précision élevée, ce qui est difficile en raison de l'absence d'un moyen simple de mesurer la haute fréquence d'un laser en temps réel. Dans cette thèse, un peigne de fréquence a été utilisé comme règle de fréquence lumière pour mesurer la plage de réglage de la fréquence du laser à balayage. Un peigne de fréquence formé par un laser femtoseconde est constitué de millions de lignes de peigne régulièrement espacées, ce qui permet de le considérer comme une règle de fréquence de la lumière. La calibration de fréquence a été réalisée en filtrant le signal hétérodyne entre le laser à balayage et les lignes de peigne en utilisant un filtre passe-bande étroit. Cette approche nous permet de détecter le signal d'étalonnage lorsque la fréquence du laser à balayage est proche d'une ligne en peigne. Etant donné que l’intervalle de fréquence entre les lignes de peigne peut être mesuré avec précision ou activement verrouillé en phase par rapport à un oscillateur radiofréquence (RF) stable, la plage d ’ accord du laser à balayage peut être mesurée avec une grande précision. En particulier, chacun des deux pics d’étalonnage peut être utilisé dans le calcul de la distance, ce que nous appelons des «sous-mesures» en un seul balayage. Combinée au grand nombre de lignes de peigne, la moyenne des sous-mesures améliore considérablement la précision des mesures sans balayage multiple. Dans la thèse, la condition de détection et les caractéristiques du signal hétérodyne entre le laser à balayage et la ligne de peigne sont présentées. Une conception de filtre pour filtrer le signal hétérodyne est réalisée. Un travail de modélisation concernant l'effet du bruit de phase des lasers sur la distorsion d'enveloppe du pic d'étalonnage a été présenté. Des travaux expérimentaux basés sur les concepts de mesure ont été réalisés. Il montre que l'utilisation du schéma de mesure proposé peut considérablement améliorer la précision de la mesure de distance. Dans l’une des mesures, une précision de 30 nm pour une distance d’environ 0,8 m, correspondant à une incertitude relative de 37 ppm (part-perbillion) a été obtenue. Le résultat a été obtenu sur la base d'une méthode de traitement du signal de comptage de franges. La grande précision a été obtenue grâce au grand nombre de sous-mesures et à la stabilité des lignes de peigne régulièrement espacées. Nous avons constaté que la mesure de vibration de la cible peut également être effectuée en prenant avantage des lignes de peigne denses. Une sensibilité élevée, limitée à 1,7 nm efficace en bruit, de la mesure des vibrations a été atteinte. Ce résultat nous permet de surveiller la vibration de la cible, ce qui est un problème important de la technique FSI. / In this thesis, we implemented a high-precision absolute distance measurement (ADM) system using frequency sweeping interferometry (FSI). The FSI technique requires the frequency tuning range of the swept laser to be measured with high accuracy and precision, which is challenging due to the lack of an easy way to measure the high frequency of a laser in real time. In this thesis, a frequency comb has been used as the light frequency ruler for measuring the frequency tuning range of the sweeping laser. A frequency comb formed by a femtosecond laser consists millions of evenly spaced comb lines so that can be regarded as a light frequency ruler. The frequency calibration was realized by filtering the heterodyne signal between the sweeping laser and the comb lines using a narrow bandpass filter. This approach allows us to detect the calibration signal when the frequency of the sweeping laser is in the vicinity of a comb line. As the frequency interval between the comb lines space can be precisely measured or actively phase-locked against a stable radio-frequency (RF) oscillator, the tuning range of the sweeping laser could be measured with high accuracy. Especially, each two calibration peaks can be used in the calculation of distance, which we call sub-measurements in a single sweeping. Combined with the large number of the comb lines, averaging of the sub-measurements improves greatly the measurement precision without multiple sweeping. In the thesis, the condition of detecting and the characteristics of the heterodyne signal between the sweeping laser and the comb line are presented. A filter design for filtering the heterodyne signal is performed. A modeling work concerning the effect of the phase noise of lasers on the envelope distortion of the calibration peak has been presented. Experimental works based on the measurement concepts have been carried out. It shows that using the proposed measurement scheme can greatly improve the distance measurement precision. In one of the measurements, a precision of 30 nm for a distance around 0.8 m, corresponding to 37 ppb (part-per-billion) relative uncertainty has been achieved. The result was obtained based on a fringe counting signal processing method. The high precision was obtained thanks to the large number of sub-measurements and the stability of the evenly spaced comb lines. We have found that vibration measurement of the target can be also performed taking the advantage of the dense comb lines. A high sensitivity, limited by 1.7 nm noise RMS, of vibration measurement has been achieved. This result allows us to monitor the vibration of the target, which is an important issue of FSI technique.

Ce travail de thèse est une contribution au développement des méthodes d’acoustique non linéaire pour le contrôle non destructif et l’imagerie de défauts de type contact dans les solides.Dans ce travail, des modifications sont proposées pour deux méthodes récentes de contrôle non destructif par acoustique non linéaire : l’interférométrie de coda couplée au retournement temporel, et l’imagerie non linéaire par ultrasons aériens. Le principal avantage de la première méthode est sa sensibilité extrême liée à l’accumulation des effets induits par des changements, même faibles, des propriétés de l’échantillon durant la formation de la coda. La deuxième méthode apporte une approche complémentaire en permettant de réaliser un contrôle sans contact. Les techniques développées ont été testées sur des échantillons présentant des défauts artificiels à des emplacements connus. Les performances de chacune des méthodes ont été étudiées.La deuxième partie de ce travail porte sur la description théorique des non-linéarités acoustiques de contact et leur utilisation pour le développement d’une boite à outils numériques permettant la simulation d’ondes acoustiques dans des structures complexes contenant des contacts internes. Un model physique décrivant le décalage tangentiel de deux corps en contact en présence de friction est proposé. Il aboutit à une solution analytique pour la relation présentant une hystérésis entre les déplacements de contact normal et tangentiel et les chargements. Ce modèle est utilisé comme condition aux frontières pour les surfaces de contact internes (défauts) dans un modèle de propagation d’ondes acoustiques utilisant un logiciel d’éléments finis commercial / This PhD thesis work contributes to the development of nonlinear elastic methods for non-destructive testing and imaging of contact-type defects in solids.In this work, two modifications of recent nonlinear nondestructive testing methods are suggested: the coda wave interferometry combined with the nonlinear time reversal principle and air-coupled nonlinear ultrasonic imaging. The principal advantage of former technique is in its extremely high sensitivity owing to the fact that weak changes in sample's parameters are accumulated and finally greatly amplified during the formation of the coda wave. The other technique has a complimentary strength and offers a possibility of a remote detection. The developed techniques are tested on samples with artificially fabricated defects at known locations. The performance of each method is accessed and the potential for obtaining robust nonlinear images is demonstrated.The second part of the work is concerned with a theoretical description of contact acoustical nonlinearity and its use for creating of a numerical toolbox capable of simulating wave propagation in complex structures containing internal contacts. A physical model describing the tangential shift of two contacting bodies in the presence of friction has been proposed. Its result is an analytical computer-assisted solution for hysteretic relationships between normal and tangential contact displacements and loads. The contact model and derived load-displacement relationships are used as boundary conditions posed at the internal boundaries (contact surfaces) in a finite element wave propagation model programmed via commercial software

L"étude de la transition entre les disques proto-planétaires riches en gaz et les disques de débris, dans lesquels le gaz a disparu au bout de quelques millions d'année, est essentielle pour contraindre les mécanismes de formation planétaire. De plus en plus de disques de débris riches en gaz sont détectés. Certains de ces disques possèdent même des caractéristiques qui laissent présumer que le gaz y est d'origine primordiale à la différence de la poussière. C'est à ces diques hybrides que je m'intéresse tout particulièrement dans cette thèse. Grâce aux interféromètres ALMA et NOEMA, j'ai pu observer en détails le disque de débris autour de l'étoile HD 141569, de type spectral A0V, âgée d'une dizaine de millions d'années. Mes observations révèlent un disque de gaz d'origine primordiale en cours de dissipation, ce qui fait de ce disque un système hybride. La poussière millimétrique y a aussi évolué, puisque son émission est faible et possède un indice spectral caractéristique de grains qui ont grossi. Afin de détecter de nouveaux disques hybrides, j'ai observé le gaz CO dans 25 disques de débris avec APEX et de 30 m de l'IRAM. Autour de HD 23642, le gaz semble être détecté à 4 sigma et pourrait correspondre à un disque singulier, puisqu'il entoure une binaire de l'amas Pléiades, dont l'âge est estimé à 125-130 millions d'années. Pour différents stades d'évolution des disques, l'émission du gaz et de la poussière est corrélée sauf pour les disques hybrides dont le rapport de flux est plus élevé, peut-être à cause une évolution rapide de la poussière. Il reste à savoir si cette phase est généralisable à tous les disques pour comprendre les imolications de ce phénomène. / The study of the transition between proto-planetary gas-rich disks and debris disks, where gas has disappeared in a few millions years, is crucial to constrain the planet formation mechanisms. More ans more gas-rich debris disks are detected. I have studied some of those disks where observations suggest that gas is still primordial. Thanks to radio interferometers suche as ALMA and NOEMA, i have observed in details the debris disk around the ten millions year okd HD 141569 star, of spectral type A0V. My observations reveal the gas disk is primordial and is dissipating, which makes the disk a hybrid system. The milimeter dust has also evolved, since its emission is weak and has e spectral index beta typical of large grains. To detect more hybrid disks, i have observed th CO gas in 25 disks with APEX and the IRAM 30 m. Around HD 23642, CO emission is detected at 4 sigma and coukd correspond to a peculiar disk, since it surrounds binary stars in the Pleiades cluster, which age is estimate around 125-130 millions years. The emission of the gas and dust is correlated for all types of disks but hybrids, where the high flux ratio might be due to a rapid dust evolution. It remains to know whether this phase is common to all disks to understand the implications of this phenomenon.

Atominterferometer erlauben es, Beschleunigungen mit bisher nicht erreichter Präzision zu messen. Anwendungen in der Grundlagenforschung beinhalten Gravitationswellendetektoren, die Bestimmung von Naturkonstanten oder Tests des schwachen Äquivalenzprinzips. Die Sensitivität eines Sensors für Tests des schwachen Äquivalenzprinzips skaliert quadratisch mit der Zeit der freien Entwicklung der Atome während der Interferometersequenz. Durch die Verwendung von Bose-Einstein-Kondensaten mit stark reduzierter Ausdehnungsgeschwindigkeit sowie dem Betrieb in Schwerelosigkeit kann die Sensitivität um Größenordnungen verbessert werden. Das QUANTUS-2 Experiment stellt die zweite Generation eines mobilen Atominterferometers dar, welches am Fallturm in Bremen zum Einsatz kommt und dient als Wegbereiter für zukünftige Experimente mit kalten Atomen auf Satelliten. Durch differentielle Messung der Beschleunigung von Rubidium und Kalium mit Hilfe der Atominterferometrie soll das schwache Äquivalenzprinzip getestet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das auf mikro-integrierten Diodenlasern sowie einer kompakten Elektronik basierende Rubidiumlasersystem aufgebaut und qualifiziert. Nach erfolgter Integration in die QUANTUS-2 Kapsel, wurden über 200 Abwürfe und Katapultflüge am Fallturm absolviert. Diese demonstrieren die Robustheit des Experimentes unter Beschleunigungen von bis zu 43 g während eines Katapultfluges. Die Dynamik des Kondensates wurde in Schwerelosigkeit untersucht und die Ausbreitungsgeschwindigkeit in allen drei Raumrichtungen mit Hilfe einer magnetischen Linse verringert. Die dabei erreichten Ausbreitungsgeschwindigkeiten entsprechen effektiven Temperaturen von unter 120 pK eines thermischen Ensembles. Dieser stellt den niedrigsten in allen drei Raumrichtungen erreichten Wert dar. Die gezeigten Ergebnisse demonstrieren somit die Verfügbarkeit wichtiger Schlüsselkonzepte zukünftiger hochpräziser Quantensensoren auf Satelliten. / Atom interferometers offer the possibility to measure accelerations with unprecedented precision. Applications in fundamental research include gravitational wave detectors, the determination of physical constants, or tests of the weak equivalence principle. The sensitivity of an atom interferometer testing the weak equivalence principle scales quadratically with the time of free evolution of the atoms during the interferometer sequence. By using Bose-Einstein condensates with ultra-low expansion rates as test masses and operating the experiment in microgravity, one can enhance the sensitivity by orders of magnitude. QUANTUS-2 is the second generation mobile atom interferometer to be operated at the drop tower in Bremen and serves as a pathfinder for future cold atom experiments in space. It is envisaged to test the weak equivalence principle by a differential measurement of the acceleration of rubidium and potassium by means of atom interferometry. Within this thesis, the rubidium laser system was set up and qualified. It is based on micro-integrated laser modules and compact electronics. After integration into the QUANTUS-2 capsule, 200 drops and catapult flights were conducted at the drop tower. These are demonstrating the robustness of the complete experiment when being subjected to accelerations of up to 43 g during a catapult flight. The dynamics of the condensate were analyzed and the mean kinetic energy was reduced in all three dimensions by means of a magnetic lens. Expansion rates equivalent to a thermal ensemble having a temperature below 120 pK have been reached and represent the lowest value ever achieved in all three dimensions. The results prove the availability of relevant key concepts for future high-precision quantum sensors on a satellite platform.

Die vorliegende Arbeit ist der Verbesserung der Carrier-Envelope Phasenstabilisierung von ultrakurzen Laserimpulsen gewidmet. Zur Realisierung von Fortschritten auf diesem Gebiet werden die grundlegenden Rauschquellen identifiziert, die das erzielbare Restphasenrauschen limitieren, und geeignete Maßnahmen zu deren Verringerung vorgeschlagen. Es wird gezeigt, dass sowohl die Messung der Carrier-Envelope Phase (CEP) als auch deren Kontrolle durch verschiedene Rauschbeiträge beeinträchtigt wird. Der Detektionsprozess ist dabei einerseits durch technische Rauschquellen beeinflusst, die vor allem in den verwendeten nichtlinearen Interferometern auftreten. Andererseits repräsentiert das Detektionsrauschen während der elektro-optischen Wandlung eine fundamentale Limitierung, da das optische Schrotrauschen sowie das Rauschen des Lichtdetektors die Messung der CEP unausweichlich beeinträchtigen. Es wird demonstriert, wie solche Beschränkungen durch geeignete Wahl der Interferometertopologie, bzw. durch Optimierung des spektralen Verbreiterungsmechanismus verringert werden können. Experimentell gelingt es dadurch den Signal-Rauschabstand der Phasenmessung um 20 Dezibel zu steigern. Hinsichtlich der CEP Kontrolle von Oszillatoren wird in dieser Arbeit ein neuartiges Doppelstabilisierungskonzept vorgestellt, welches eine feed-forward Stabilisierung, die auf einem akustooptischen Frequenzschieber beruht, mit einer klassischen Feedback Regelung kombinert. Mit diesem Konzept gelingt eine Reduzierung des Phasenrestrauschen auf beispiellose 20 Milliradian. Darüber hinaus werden weitere neue Stabilisierungskonzepte vorgestellt, die ohne Feedback zu dem Laseroszillator auskommen. Bei einem dieser Konzepte, handelt es sich um eine gepulste feed-forward Stabilisierung, die speziell für das Zusammenwirken mit einer Verstärkerstufe konzipiert ist. Erste experimentelle Ergebnisse zeigen, dass Phasenrestrauschen von weniger als 100 Milliradian auch für Verstärkersysteme erreichbar sind. / The present thesis is dedicated to improvements of the carrier-envelope phase stabilization of ultrashort laser pulses. In order to realize such improvements, the fundamental noise sources are identified, and suitable measures for their reduction are proposed. It is shown that both, the measurement of the carrier-envelope phase (CEP) as well as its control are corrupted by different noise contributions. On the one hand, the detection process is influenced by technical noise sources, which arise especially in the used nonlinear interferometers. On the other hand, the detection noise in the electro-optic conversion represents a fundamental limitation, since the optical shot noise as well as the noise induced by the light detector inevitably influence the measurement of the CEP. It is demonstrated how such limitations can be minimized by a suitable choice of the interferometer topology and by an optimization of the spectral broadening process in a micro-structured fiber. This way an enormous improvement of the signal-to-noise ratio by 20 dB is obtained experimentally, which significantly reduces the limitation of detection noise. For controlling the CEP of mode-locked oscillators, a novel double stabilization scheme is introduced in this thesis, which combines a feed-forward stabilization based on an acousto-optic frequency shifter, with a classical feedback loop. This method enables a reduction of the residual phase jitter to an unprecedented value of 20 milliradian. Beyond that, several further concepts are introduced that are capable of stabilizing the CEP without any feedback to the laser oscillator. One of these concepts, represents a pulsed feed-forward stabilization, which is specifically designed for the use in combination with a subsequent amplification stage. First experimental results indicate that residual phase jitters of less than 100 milliradian are within reach also for amplified laser systems.

La recherche développée durant cette thèse constitue la première étape de développement d’une nouvelle méthodologie de détection sans marquage à l’échelle d’une goutte : un nouveau mécanisme de transduction est développé, basé sur l’actuation par électromouillage bi-fréquence d’un réseau d’ondes capillaires à la surface d’une goutte. La résonance capillaire de la goutte est étudiée par détection interférométrique de son apex en mouvement.La faisabilité de cette méthodologie est prouvée en caractérisant la cinétique d’évaporation de la goutte par glissement spectral des ondes capillaires.La deuxième partie de la thèse porte sur la modélisation du transport de biomolécules tensioactives dans une goutte : le transport diffusif, les processus d’ad/désorption aux surfaces, la condition cinématique d’un rayon variable(évaporation) ainsi qu’une quantité molaire finie de biomolécules sont pris en compte. Un nouveau nombre adimensionnel est proposé pour rendre compte de la taille finie d’une goutte. Puis le transport chimique associé au courant de dérive induit par les ondes capillaires (excitées par électromouillage oscillatoire)est pris en compte à l’aide de simulations numériques. Finalement,l’électromouillage haute et basse fréquence est appliqué au cas d’une goutte enrichie par des molécules d’albumine de sérum bovin. En utilisant conjointement l’interférométrie optique et l’imagerie, et en considérant la loi de Lippmann-Young, le vieillissement biochimique de la surface solide mouillée par la goutte est détecté. / This PhD research is thought of as a first step towards label freedigital biosensing. A novel transduction mechanism is developed, based on thegeneration of capillary waves along a drop surface induced by dual-frequencyelectrowetting. Acapillary resonance is measured by interferometry at the movingdrop apex. Aproof of concept of this electro-optical methodology for furtherintegration in a digital microsystem is given with characterization of drop evaporationkinetics. A second part focuses on modeling and numerical calculationsof the transport of surface active biomolecules in the drop. The model includesdiffusion, ad-/desorption phenomena together with a kinematic condition of avariable drop radius (evaporation) as well as a finite molecular amount of surfaceactive biomolecules. A dimensionless number is suggested to take into accountfinite size effects. Drop steady streaming due to oscillating electrowetting isfinally taken into account. Low- and high-frequency electrowetting is appliedto a drop laden with bovine serum albumin. By jointly using interferometry andimaging, enhancement of surface ageing is made evident under electrowetting.