La matrice de transmission permet de décrire les effets produit par un milieu multi-diffusant sur une onde monochromatique incidente. L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est de développer le concept de matrice de transmission d'un milieu multi-diffusant au cas plus général d'une onde polychromatique impulsionnelle ultra-brève. Dans ce manuscrit nous présentons et mesurons la matrice de transmission multi-spectrale d'un milieu complexe. Cette nouvelle matrice nous donne l'information fondamentale sur le couplage spatio-temporel et spatio-spectral que le milieu engendre au passage d'une onde ultra-brève. Elle permet aussi de contrôler une source monochromatique et polychromatique, après avoir traversé un milieu complexe, de manière déterministe. Nous exploitons ainsi cette connaissance du milieu pour compenser les distorsions du champs en focalisant, façonnant et contrôlant spatialement, spectralement et temporellement un laser ultra-bref grâce à la seule mesure d'une matrice de transmission multi-spectrale. Cette méthode ouvre les portes de plusieurs applications d'imagerie à travers des milieux complexes, ainsi que pour l'interaction lumière-matière en milieux diffusants. / The transmission matrix allows to describe the effects generated by a multiple scattering medium on an incident monochromatic wave. The aim of the work presented in this dissertation is to develop the concept of transmission matrix of a multiple scattering medium to the more general case of a polychromatic ultra-fast pulsed light. In this dissertation we present and measure the multi-spectral transmission matrix of a complex medium. This new matrix describes the spatio-temporal coupling and the spatio-spectral coupling induced by the medium on a polycrhomatic illumination passing through it. The measurement of the multi-spectral transmission matrix allows us to control a monochromatic as well as a polychromatic source, after being scattered by the medium, in a deterministic way. We exploit this knowledge about the medium to compensate the distortions of the optical field by focusing, shaping and controlling spatially, spectrally and temporally an ultra-fast laser, thanks to the knowledge of the multi-spectral transmission matrix. This method paves the way towards many applications in the domain of imaging and light-matter interaction of light through complex media.

Il est intuitif qu'avec de nouveaux outils, il devient possible d'explorer de nouveaux domaines de la physique. Les champs électromagnétiques ultra-rapides sont l'un de ces outils, ils permettent de sonder la matière à de nouvelles échelles de temps, à la fois pour développer de nouvelles applications et pour la recherche fondamentale. Néanmoins, ces champs constituent en eux-mêmes un phénomène méritant d'être analysé et étudié. Le travail présenté ici est divisé en deux parties, dont la première s'occupe de la génération et amplification de lasers ultracourtes. L'amplification paramétrique optique est discutée dans les différentes configurations, notamment dans le cas où le signal a une dérivé angulaire spectrale. On discute aussi deux oscillateurs à blocage de mode en phase. Ont présente aussi une nouvelle manière d'étudier son comportement en fonction des dimensions de la sous-cavité. La mesure de ces phénomènes représente également un défi en raison de l'échelle temporelle extrêmement réduite à laquelle ces phénomènes se produisent, échelle bien trop petite pour des méthodes de mesure traditionnelles. Dans ce manuscrit, nous avons abordé deux techniques de mesure bien connues: l'autocorrélation interférométrique (IAC) du second ordre et la corrélation croisée du 3ème ordre (TOCC). Avec l'IAC et une mesure de la puissance spectrale du champ, il est possible de reconstruire intégralement le champ électrique tandis que le TOCC associé à l'autocorrélation en intensité détermine le profil en intensité de manière unique, et ont présente des algorithmes que font la reconstruction avec un haut contraste. Nous avons par ailleurs étudié la réalisation d'une nouvelle configuration de corrélateur croisé monocoup.