Les développements technologiques et scientifiques des dernières années dans le domaine des lasers à impulsions ont permis l'essor d'une toute nouvelle méthode de détection multihétérodyne utilisant deux peignes de fréquence. Un petit nombre de groupes de recherche ont commencé à étudier diverses applications possibles avec ce que l'on appelle aujourd'hui l'interféromètre à peignes de fréquence. Ce mémoire présente différentes mesures de réflectométrie prises avec un interféro-mètre à peignes de fréquence. La première moitié est consacrée à la présentation de la théorie, de l'implémentation en laboratoire de l'instrument et comment il est utilisé en réflectométrie. Par la suite, des mesures d'échantillons montrent les performances épatantes de l'interféromètre à peignes de fréquence pour caractériser des composants optiques à fibre communs dans le domaine des télécommunications. De plus, une série de mesures consécutives montre la capacité de l'instrument de prendre des mesures instantanées permettant ainsi de suivre le profil de déformation mécanique d'un échantillon à fibre dans le temps. L'instrument est par la suite adapté afin de prendre des mesures de type tomographic sur une surface étendue d'un échantillon. Le premier résultat montre la capacité de l'instrument à prendre des mesures en profondeur tandis que le second présente une image en trois dimensions de la surface d'un échantillon. Pour terminer, une brève analyse des performances et limites du montage de l'interféromètre à peignes de fréquence permet d'introduire les améliorations futures de l'instrument.

Cette thèse propose des algorithmes d'acquisition et de traitement de données adaptés aux spectromètres imageurs par transformation de Fourier. L'objectif visé est d'alléger le fardeau de post-traitement, afin que l'usager ait rapidement accès à des spectres étalonnés. La configuration d'instrument étudiée consiste en un interféromètre à balayage continu couplé à une caméra intégratrice à synchronisation externe. Un banc d'essai d'imageur spectral proche/moyen infrarouge fabriqué par la compagnie Telops Inc. a été utilisé pour développer et valider les algorithmes d'acquisition et de traitement de données. Deux thèmes spécifiques ont été étudiés, s'avérant d'intérêt pour cette configuration particulière. Le premier thème concerne l'optimisation du processus de. collection de données. Une nouvelle technique d'échantillonnage d'interférogramme est démontrée pour les spectromètres imageurs par transformation de Fourier. Cette technique permet à la fois de minimiser la quantité de données et de corriger au besoin la gigue d'échantillonnage induite par le retard inhérent au processus de photointégration. Le deuxième thème concerne l'étalonnage spectral de mesures obtenues avec une matrice de détecteurs. Une technique d'intégration de fonction d'appareil est adaptée aux spectromètres imageurs par transformation de Fourier. Des résultats d'étalonnage sont présentés, ainsi que des résultats d'élargissement de champ de vue qui dévoilent un comportement inattendu de l'instrument. Une étude de l'amplitude et de la phase de deux interférogrammes laser est ensuite faite pour scruter certaines contributions instrumentales. L'approche utilisée démontre la présence d'une subtile altération due à l'instrument. Un algorithme de correction est finalement proposé pour compléter le processus d'étalonnage spectral.

Titre de l'écran-titre (visionné le 24 juillet 2023) / Cette maîtrise a pour objectif de développer et implanter un algorithme sur FPGA afin de faire l'acquisition et l'autocorrection d'interférogrammes provenant d'un interféromètre à double peigne de fréquences optiques. Les signaux optiques de chacun des peignes sont asservis au moyen de plateformes FPGA qui effectuent des boucles d'asservissement de phase de type PLL. Les phases résiduelles non corrigées sont transmises à la plateforme de correction. L'algorithme de correction consiste en une étape de précorrection à l'aide des signaux de phase précédemment transmis, puis en une étape d'autocorrection. Cette dernière est basée sur l'extraction des paramètres de correction à partir du signal lui-même, au moyen de corrélations croisées sur les portions centrales des interférogrammes. Les sources optiques étant suffisamment stabilisées, une correction de phase et une troncature sont suffisantes pour moyenner de façon cohérente les interférogrammes à l'intérieur d'un FPGA. Cela permet d'enregistrer plus longtemps et ainsi améliorer le rapport signal sur bruit de la mesure. Des mesures spectroscopiques de H¹²C¹⁴N sont prises an de valider les résultats de l'algorithme. Un SNR de 50923 est atteint avec un temps de mesure de 55.4 secondes. La figure de mérite est calculée à 5.55 × 10⁶ et est à une facteur 5 de la valeur maximale théorique pour les conditions expérimentales. La mesure spectroscopique correspond à la courbe théorique provenant de la base de données HITRAN avec une différence de l'ordre de 0.49%, provenant principalement des asymétries de Fano.

Ce travail présente une caractérisation de la turbulence dans la région du Trapèze de la nébuleuse d’Orion. Les raies observées sont Hα, [OIII] et le doublet du [SII], ce dernier permettant aussi d’obtenir la densité électronique. Le traitement de données d’interférométrie de Fabry-Pérot permet d’obtenir une carte des vitesses radiales dans le gaz pour chaque raie. Une technique d’homogénéisation présentée par Lagrois & Joncas (2011) utilisant un filtre de type Zurflueh a permis de mettre en évidence les fluctuations de vitesse provenant de la turbulence. L’analyse statistique des vitesses à l’aide des fonctions d’autocorrélation et de structure ont permis d’obtenir l’exposant de Kolmogorov γ pour chacun des ions. En Hα et en [OIII], l’exposant (~ 1/2) est typique d’une turbulence supersonique avec ondes de choc tandis qu’en [SII], l’exposant (~ 1/3) est typique d’une turbulence subsonique sans choc. De plus, l’étude de l’histogramme des fluctuations de vitesse a permis de localiser des zones où on retrouve de l’intermittence dans la turbulence.

Un spectromètre imageur pour l'astronomie conçu spécifiquement pour être utilisé au télescope de 1.6 m de l'observatoire du mont Mégantic a été réalisé sur la base d'un interféromètre de Michelson. Un spectre pour chacun des quelques 1.4 millions de pixels que contient l'image peut être obtenu par le calcul de la transformée de Fourier des interférogrammes. Ceux-ci sont recueillis sous la forme d'une série d'images panchromatiques de la scène prises à différentes valeurs équidistantes de différences de parcours optiques dans l'interféromètre. Cette façon de faire confère à l'instrument un caractère distinctif dans l'ensemble des concepts de spectromètres imageurs existants puisque, pour la totalité de la mesure, toute la lumière de la scène dans le champ de vue alloué au détecteur est captée et ce pour la pleine étendue spectrale de celui-ci. Ce pouvoir de collection de lumière inégalé présente à la fois des avantages et des inconvénients qui sont discutés dans le présent document. L'instrument, baptisé SpIOMM, qui résulte de ces travaux est au moment de sa mise en service le premier du genre au monde à produire des résultats scientifiques dans la bande du visible (350 - 900 nm).

L'interaction magnétochirale, qui se manifeste notamment par une modification de l'indice de réfraction d'un milieu chiral soumis à un champ magnétique longitudinal, a été étudiée théoriquement et expérimentalement. D'une part, le modèle d'interaction dipôle-dipôle de l'activité optique a été étendu à la magnétochiralité. D'autre part, pour la mesurer, un interféromètre multi-ondes, actif et en anneau, a été construit. Pour les composés choisis, le limonène, la proline et les tartrates, les valeurs expérimentales obtenues avec cet interféromètre laser sont dans la gamme des 10-10-10-11/T. Elles sont en accord avec le modèle. Des premiers essais de cristallisations orientées par l'interaction magnétochirale, notamment celle des tartrates de Pasteur, sont présentés. Enfin, en utilisant des mélanges, il est montré que le magnétisme des solutions permet de contrôler l'interaction en amplitude et en signe. L'utilisation de ferrofluides est alors envisagée pour doper la magnétochiralité.

Les travaux décrits dans ce mémoire portent sur l’étude d’un laser à fibre impulsionnel accordable en longueur d’onde. La majorité des lasers accordables actuels utilisent des pièces mécaniques pour réaliser la sélection de la longueur d’onde laser. Le schéma décrit dans ce mémoire est basé sur un contrôle purement électronique de la fréquence d’émission ; la fréquence laser est accordée en insérant une ligne dispersive dans une partie de la cavité à l’air libre et en opérant le laser en régime de synchronisation modale active. Le modulateur d’amplitude produisant la synchronisation modale est activé par un train d’impulsions électriques ; la cadence de ces impulsions règle la fréquence de l’émission laser. La ligne dispersive est constituée d’une paire de réseaux de diffraction qui introduisent une dispersion anomale importante. Le milieu laser est une fibre dopée à l’erbium qui fournit un gain sur une plage spectrale s’étalant de 1500 nm à 1600 nm. Des dispositifs interférométriques ont été insérés dans la partie à l’air libre afin de simuler une modulation périodique du délai et des pertes pour un trajet dans la cavité en fonction de la fréquence laser. Nous avons déterminé la relation entre la puissance laser et la puissance pompe ainsi que la sensibilité à l’alignement de la paire de réseaux. Le laser a été accordé sur une plage continue allant de 1524 nm à 1564 nm. Des caractéristiques de la cavité ont été analysées, dont la dispersion induite par la paire de réseaux ainsi que la forme et la durée des impulsions émises. Le réglage du signal de modulation électrique permet une accordabilité rapide de la fréquence laser et l’ajustement de la durée des impulsions entre 40 et 100 ps. En insérant un interféromètre de Gires-Tournois, nous avons constaté l’impact d’une modulation du délai en fonction de la fréquence optique sur l’accordabilité du laser. L’accordabilité n’est plus continue, mais elle ressemble à un escalier comportant des sauts plutôt réguliers. Cette modulation a aussi un impact négatif sur la puissance crête, la forme et la durée de l’impulsion qui ne sont plus stables dans le temps. Nous présenterons une solution qui corrige ces instabilités par une optimisation du signal électrique de modulation, dont la durée doit descendre à quelques centaines de picosecondes ou moins.

Ce mémoire présente une nouvelle méthode permettant de caractériser la phase spectrale d'impulsions courtes se propageant dans de la fibre optique. L'information sur la phase des impulsions est extraite de l'analyse du signal temporel généré par l'interférence entre deux bandes spectrales sélectionnées par un réseau de Bragg. L'accord du réseau de Bragg, par l'application d'une contrainte sur la fibre optique, permet de déterminer la phase relative de toutes les composantes spectrales. Afin d'obtenir une bonne résolution spectrale, le réseau de Bragg est constitué d'une structure de type Fabry-Perot distribué qui transmet deux bandes spectrales distinctes selon la polarisation du signal indicent. Nous traitons le cas d'une modulation en amplitude périodique du signal analysé, avec une validation expérimentale, et nous menons des simulations pour une modulation en amplitude pseudoaléatoire. Nous discutons des limites de cette méthode de caractérisation et nous mettons en évidence l'importance de bien contrôler la polarisation du signal incident. Finalement, nous expliquons pourquoi cette méthode ne s'applique pas à une modulation en amplitude pseudo-aléatoire.

Le centre de la Galaxie abrite un trou noir supermassif nommé Sgr A*. Grâce à l'instrument GRAVITY, les capacités de haute résolution angulaire du VLTI permettront pour la première fois l'observation directe de l'environnement immédiat d'un tel trou noir. Pour atteindre ce but astrophysique, il est nécessaire d'obtenir des observables interférométriques de grande précision et d'appliquer des techniques de reconstruction d'images. Dans ce contexte, j'ai pu dans une première partie de ma thèse, employer différentes méthodes d'imagerie interférométrique en infrarouge suite à l'observation de la supergéante rouge Alpha Orionis (Bételgeuse) avec l'interféromètre à trois télescopes IOTA. Ces travaux ont pu notamment conduire à la mise en évidence de structures asymétriques brillantes à la surface de l'étoile qui sont très probablement de nature convective.<br /><br />La précision des observables interférométriques conditionne la qualité de la reconstruction d'image. Dans une deuxième partie, j'ai pu pratiquer une étude des performances interférométriques simulées de GRAVITY afin d'estimer la précision sur les phases et visibilités qu'il délivrera. Afin d'optimiser les futures observations de GRAVITY, il est essentiel d'avoir une idée des caractéristiques spatiales et temporelles de son objectif scientifique majeur qu'est Sgr A*. Pour cela, j'ai pu finalement participer à une campagne d'observation multi-longueurs d'onde de l'environnement de ce trou noir. A cette occasion, j'ai utilisé le mode BURST du spectro-imageur VISIR pour obtenir une haute résolution angulaire et une grande sensibilité au rayonnement de Sgr A*. Ceci m'a conduit à obtenir une limite supérieure la plus basse jamais enregistrée à 8,6 microns. Autre fait marquant, ces observations ont révélé la présence d'un sursaut d'intensité lumineuse en proche infrarouge. Si le processus de rayonnement n'est pas encore parfaitement modélisé, ces observations tendent à confirmer que les sursauts tirent leur origine d'un mouvement orbital de matière à quelques rayons de Schwarzschild de Sgr A*.<br /><br />Grâce à sa précision astrométrique de 10 micro-secondes d'angle, correspondant à un rayon de Schwarzschild à la distance du Centre Galactique, GRAVITY sera en mesure de résoudre le mouvement orbital de ces spots de matière et de comprendre la nature d'un tel rayonnement. De plus, il permettra la mesure directe de la métrique d'espace-temps et l'étude de la relativité générale en champ fort.

L'expérience nommée femto-FT-CEAS a été mise en place durant ce travail. Elle<p>combine une source d'absorption laser femto-opo, une cavité optique haute finesse<p>et un interféromètre à transformée de Fourier. Ce montage instrumental a permis<p>d'enregistrer des spectres sur un domaine de 100 cm−1 avec un coefficient d'absorption<p>minimal détectable de 5 10−10cm−1 pour des paramètres de résolution spectrale de<p>2 10−2cm−1 et un temps d'enregistrement d'une heure. Le coefficient d'absorption<p>equivalent par moyenne quadratique par élément spectral correspondant est de 1.2<p>10−12cm−1 Hz−1/2. Un chemin optique équivalent de 13 km a été obtenu dans une<p>cellule de 77 cm de long. La gamme spectrale accessible est de 6000 − 6700 cm−1 et<p>7800 − 8300 cm−1.<p>Les spectres enregistrés à l'aide du montage femto-FT-CEAS ont permis d'attribuer<p>plus de 1000 transitions rovibrationelles d'échantillons de CO2 enrichis en 17O,<p>d'OCS, CS2, H12C13CD, et CH3CCH. Les bandes suivantes ont été enrégistrées :<p>pour 12C17O2, les bandes 30013e, 30012e, 30011e, 31113e, 31113f, 31112e, 31112f,<p>et 31111e; pour 17O12C18O, les bandes 30013e, 30012e, et 30011e; pour 16O12C32S,<p>les bandes 540, 0, 501, 0, 511, 1e, 511, 1f, 601, 0, 460, 0, 421, 0, 431, 1e, 431, 1f,<p>521, 0, 341, 0, 351, 1e, 351, 1f, 302, 0, 312, 1e, 312, 1f, 402, 0, 322, 2e, et 322, 2f;<p>pour 16O12C34S, les bandes 501, 0 et 302, 0; pour 16O13C32S, la bande 302, 0 ;pour<p>16O12C33S, la bande 302, 0; pour 12C32S2, les bandes 0403, 0114, 3003 et 2203; pour<p>32S12C34S, la bande 3003. Les conventions de notation vibrationelles utilisées ici sont<p>pour CO2, ν1 ν2 l ν3 n où les bandes vibrationelles perturbées par la résonance de<p>Fermi ν1 2ν2 sont ordonnées selon n par ordre décroissant d'énergie. Pour l'OCS,<p>les conventions de notation sont ν1 ν2 ν3, l et pour le CS2, ν1 νl2 ν3. Leur analyse<p>spectrale a été réalisée, aboutissant à de nouvelles constantes rovibrationelles ou des<p>constantes améliorées par rapport à celles de la littérature. Les raies rovibrationnelles<p>attribuées sont données. L'analyse des spectres de H12C13CD et de CH3CCH a étéréalisée par l'équipe du Pr. L. Fusina (Université de Bologne, Italie).<p>L'expérience a aussi été installée autour d'un jet supersonique, enregistrant les<p>structures rotationnelles des bandes vibrationelles ν5 + ν9 de C2H4, 3ν3 de N2O et<p>ν1 + ν3 de H12C13CH en abondance naturelle, toutes avec une température rotationelle<p>inférieure à 35 K.<p>Finalement, un programme de simulation de ligne de base a été écrit. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished