The primary target of this paper is to fabricate bidirectional transceiver modules based on Si-bench technology. The bidirectional transceiver modules were formed by hybrid integration of single mode lens fibers and ultra-thin thin-film filters (TFF) on silicon bench as using V-groove and U-groove techniques. The output light at 1.31 £gm was launched into the input lens fiber of the module. After passing through the TFF, the light was received by the output lens fiber of the module. The insertion loss of the module at the 1.31 £gm light was -0.68 dB. On the other hand, incoming lights at 1.49£gm and 1.55£gm were received from the output lens fiber. Lights at 1.49£gm will pass through the filter, and was received by the output lens fiber of the module. The insertion loss of the module at the 1.49 £gm light was -0.65 dB. The 1.55£gm wavelength lights received from the lens fiber are reflected by the filter and collected by the multimode fiber to the photo diode. The insertion loss of the module at the 1.55 £gm light was -0.58 dB.

The primary target of this thesis is to fabricate an optical transceiver base on Si-bench technology for High Definition Multimedia Interface (HDMI). The HDMI transceivers were formed by hybrid integration of the semiconductor laser, photo detectors, multi-mode fibers (MMF) on Si optical bench using V-groove and U-groove structures. Using V-groove structures, we were able to passively align semiconductor lasers to MMFs and MMFs to photo detectors with accurate precision. The measured optical losses between transmitting module and receiving module were less than 6dB with a speed of 4 ¡Ñ 1 Gb/sec.

The objective of this thesis is to fabricate a triplexer module based on Si-bench technology for High Definition Multimedia Interface (HDMI). Using V-groove and U-groove structures, the triplexer modules were formed by hybrid integrating the semiconductor laser, photo detectors, C-lenses, multi-mode fibers (MMF) and thin film filter (TFF) on si optical benches. C-lens were need in the modules to obtain effect optical coupling from light sources to MMF and photo detectors. In addition, C-lens and TFFs were passively integrated into the optical bench using V-groove and U-groove structure. The packaging cost can be greatly reduced. The measured optical losses between node-end sub-module and user-end sub-module are -13.03 dB, -13.98dB, and -11.55db for 850nm, 1310nm and 1550nm light sources, respectively.

The GMT-Consortium Large Earth Finder (G-CLEF) is an echelle spectrograph with precision radial velocity (PRV) capability that will be a first light instrument for the Giant Magellan Telescope (GMT). G-CLEF has a PRV precision goal of 40 cm/sec (10 cm/s for multiple measurements) to enable detection of Earth-like exoplanets in the habitable zones of sun-like stars'. This precision is a primary driver of G-CLEF's structural design. Extreme stability is necessary to minimize image motions at the CCD detectors. Minute changes in temperature, pressure, and acceleration environments cause structural deformations, inducing image motions which degrade PRV precision. The instrument's structural design will ensure that the PRV goal is achieved under the environments G-CLEF will be subjected to as installed on the GMT azimuth platform, including: Millikelvin (0.001 K) thermal soaks and gradients 10 millibar changes in ambient pressure Changes in acceleration due to instrument tip/tilt and telescope slewing Carbon fiber/cyanate composite was selected for the optical bench structure in order to meet performance goals. Low coefficient of thermal expansion (C 1E) and high stiffness-to-weight are key features of the composite optical bench design. Manufacturability and serviceability of the instrument are also drivers of the design. In this paper, we discuss analyses leading to technical choices made to minimize G-CLEF's sensitivity to changing environments. Finite element analysis (FEA) and image motion sensitivity studies were conducted to determine PRV performance under operational environments. We discuss the design of the optical bench structure to optimize stiffness to -weight and minimize deformations due to inertial and pressure effects. We also discuss quasi-kinematic mounting of optical elements and assemblies, and optimization of these to ensure minimal image motion under thermal, pressure, and inertial loads expected during PRV observations.

La prise en compte et la correction des effets induits dans les images par les détecteurs du plan focal (CCD) a été identifié comme étant un point essentiel pour remplir les objectifs scientifiques de la collaboration LSST- Dark Energy Science Collaboration. Le groupe de travail SAWG a été crée, et des bancs optique ont été mis à contribution dans certains laboratoires de la collaboration (UC Davis, SLAC, BNL et LPNHE) afin d'adresser le problème. LSST fait partie d'une nouvelle catégorie de télescopes : les grands plans focaux. Depuis une dizaine d'années que ceux-ci sont équipés de CCD à haute résistivité, un certain nombre de nouveaux effets ont été identifiés. Une attention toute particulière est portée sur la compréhension des distorsions électrostatiques inhérentes aux propriétés du CCD qui ont un impact sur les mesures de science. Le travail de cette thèse est centré sur l'étude de l'effet brighter-fatter et des tree-rings. Il a été démontré qu'avec certains types d'illuminations, il était possible de caractériser ces effets avec précision. C'est dans le but de produire ces illuminations qu'un projecteur de franges a été développé sur le banc optique du LPNHE. Dans ce document sont ainsi présentés : une nouvelle méthode de caractérisation des tree- rings testée sur des simulations ; une nouvelle méthode de mesure de l'effet brighter-fatter basée sur la projection de profils de Ronchi ; une étude complète des différentes propriétés de l'effet brighter-fatter dans laquelle a été mis en place un modèle électrostatique simplifié. Enfin, l'efficacité d'une méthode de correction, dite de descrambling est évaluée. / The removal of the sensor signature in the science images has been identified by the LSST Dark Energy Science Collaboration as a mandatory path to fullfill its scientific goals. The SAWG working group has been put together to perform this task for the collaboration. It has access to optical benches in some of the laboratories of the collaboration (UC Davis, SLAC, BNL and LPNHE) for this purpose. LSST belongs to a new category of telescopes equiped with large focal planes. For the decade that they have been equipped with thick, high resistivity Charge Coupled Devices (CCD), new effects have been identified. A particular attention is given to the understanding of the electrostatic distortions that are inherent to the CCD properties. These electrostatic distortions have an impact on science measurements. My PhD work is centered on the study of the brighter-fatter effect and the tree-rings. It has been shown that with different kind of illuminations, it was possible to accurately characterize these effects. A fringe projector has been developed on the optical bench of the LPNHE in order to produce these particular illuminations. In this document, we present : a new method, tested on simulations, to characterize the tree-rings; a new method to measure the brighter-fatter effect based on the projection of Ronchi profiles; a complete study of the different properties of the brighter-fatter effect, where we developped a simplified electrostatic model. Finally, the efficiency of a correction method, called descrambling, is evaluated.

Ce travail propose l’utilisation d’un nouveau matériau, appelé PMN-PT, qui continue aider la miniaturisation des systèmes complexes, utilisés dans des différentes technologies. Le travail est présenté dans le cadre de collaboration entre deux projets, MIOP et ADMAN. Les besoins tient compte que les actionneurs soient capables de délivrer de haute déplacement tout en conservant la simplicité et la fiabilité du système. L’accent est mis sur la polyvalence de ce matériau piézo-électrique, PMN-PT, en raison de ses propriétés électro-mécanique. Le travail comprend un aperçu sur quoi influence les propriétés électro-mécaniques du PMN-PT. L’accent est mis sur deux différentes, mais très puissants coupes: anisotrope [011] et longitudinale [001], choisi pour grand déplacement et haute dynamique avec un volume petit. Pour le PMN-PT[001], une structure de type poutre a été étudié, avec un modèle amélioré pour prendre en compte les spécificités de matériel. Les déplacements et forces ont été trouvés d’ être supérieur `a un actionneur en PZT, similairement dimensionnée, tandis que avoir des non-linéarités réduites. Ceci est illustré avec une micro pince avec 6DDL. L’étude de PMN-PT [001] coupé longitudinal suit. Cette étude a été fait en utilisant PMNPT comme un actionneur avec une structure simple, facile à intégrer. Les résultats démontrent les améliorations PMN-PT peut apporter à micro-spectrométrie et la correction d’image avec des micromiroirmobiles. Un micro actionneur PMN-PT a été intégré dans une structure compatible avec des MOEMS et présenté. / This work proposes the use of a novel material, called PMN-PT, that futher aids the miniaturizationof complex systems used in different technologies. The work is presented within the collaborativeframework of two projects, MIOP and ADMAN. The end-needs account for actuators capable ofdelivering high displacement, while maintaining system simplicity and reliability. The focus is onthe versatility of the PMN-PT piezoelectric material, due to its electro-mechanical properties. Thework includes an overview on what influences the electro-mechanical properties focusing on twodifferent, though very potent cuts: anisotropic [011] and longitudinal [001]. They were chosen forgenerating large displacement and high dynamics with small volume. For PMN-PT[001] a cantileverstructure was studied, for which the model was improved taking into account the material specificities.Displacements and forces were found to be superior to a similarly dimensioned PZT actuator, whilsthaving reduced non-linearities. This is exemplified with a 6 DoF capable microgripper. The PMNPT[001] longitudinal cut based actuator study follows. This is done by using PMN-PT as a simple,easy to integrate, bulk actuator. The findings demonstrate the improvements PMN-PT can bringto micro-spectrometry and image correction with micro-mirror displacement. A bulk PMN-PT microactuator was integrated into a MOEMS compatible structure and presented.

This paper contains a basic overview and description of optical lenses. It introduces different types of optical lenses and shows how they influence the passing of light beams. It deals with the production of optical lenses and their practical use. It describes types of optical blemishes that exist in real optical systems. Particular attention is given to parameters of optical lenses and their measurement in practice. It includes a Matlab program to calculate parameters of optical lenses derived from the measurements.

La mission BepiColombo est une des pierres angulaires du programme scientifique de l'ESA. Elle permettra l'étude de la planète Mercure grâce à deux sondes mises en orbite autour de la planète. Une des deux sondes, Mercury Planetary Orbiter (MPO) développée par l'ESA, sera dédiée à l'étude de la surface et de l'intérieur de la planète. La mission est prévue pour un lancement en 2016 et une arrivée sur Mercure en janvier 2024. L’IAS est responsable de l’étalonnage de l'ensemble d'imageurs SIMBIO-SYS (Spectrometer and Imagers for MPO BepiColombo-Integrated Observatory SYStem) composé d’une caméra haute résolution (HRIC), d’une caméra stéréoscopique (STC) et d’un imageur hyperspectral visible et proche-infrarouge (VIHI). Ces instruments devraient profondément modifier nos connaissances de la composition et de la géomorphologie de la surface de Mercure. Ma thèse a consisté à participer à la définition et à la mise en place des caractéristiques et des fonctionnalités du dispositif expérimental d'étalonnage qui se compose principalement d’une cuve à vide contenant les instruments, d’un banc optique rassemblant les sources d'étalonnage et les éléments optiques qui reconstituent les conditions d'observation de Mercure, des interfaces mécaniques permettant le positionnement de l'expérience à l'intérieur de la cuve, des interfaces thermiques visant à explorer les températures de fonctionnement des différentes parties des expériences, des interfaces informatiques assurant la communication avec l'expérience et le pilotage du dispositif d'étalonnage en fonction des tests à réaliser. J’ai modélisés et validé expérimentalement certaines performances du dispositif. Enfin, j’ai défini en étroite collaboration avec les équipes italiennes co-responsables des trois instruments les différentes séquences d’étalonnage qui seront utilisées lors de l’étalonnage. / BepiColombo is one of the cornerstones of the scientific program of ESA. It will study the planet Mercury with two spacecrafts in orbit around the planet. One of the two spacecrafts, the Mercury Planetary Orbiter (MPO), will be dedicated to the study of the surface and interior of the planet. The mission is scheduled for launch in 2016 and arrival at Mercury in January 2024. IAS is responsible for the calibration of the imaging system SIMBIO-SYS (Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory-SYStem) which consists of a high-resolution camera (HRIC), a stereoscopic camera (STC) and a visible and near-infrared hyperspectral imager (VIHI). These instruments should deeply change our understanding of the composition and geomorphology of Mercury surface. My research subject allowed me to participate in all the activities concerning the definition, implementation and validation of the calibration facilities at the IAS. These facilities are divided into different sub-systems: a thermal vacuum chamber containing the instrument during all the calibration campaign that shall simulate the environmental conditions (temperature and pressure), an optical bench with optical components and radiometrically calibrated sources reproducing the observational conditions as it will be seen by the instrument once placed in Mercury’s orbit, mechanical interfaces allowing the positioning and guidance of the instrument when placed inside the vacuum chamber with the required precision and accuracy, thermal interfaces facilitating the thermal excursion of the detectors, software interfaces so as to automatize and control the entire system. I developed a radiometric model of the calibration system and instrument to refine the calibration sources. In parallel, I performed several measurements of some subsystems so as to validate the optical assembly and to improve its control. Finally as a result of a close collaboration with the three Italian scientific teams of the instrument, I elaborate the fully package of the calibration sequences and the detailed instrument configuration that will be used during the calibration campaign.

La thèse propose l’utilisation d’une pince active instrumentée en force pour automatiser l’assemblage des MOEMS 3D hybrides. Chacun des doigts de la pince instrumentée est composé d’un actionneur piézo-électrique et d’un capteur de force piézorésistif intégré. Le capteur de force intégré présente des performances innovantes par rapport aux capteurs existants dans l’ état de l’art. Cette pince offre la possibilité de mesurer les forces de serrage appliquées par la pince pour saisir un micro composant et d’estimer les forces de contact entre le micro composant et le substrat de micro-assemblage.Un modèle dynamique et non linéaire est développé pour la pince instrumentée. Une commande hybride force/position est utilisée pour automatiser le micro-assemblage. Dans cette commande, certains axes sont commandés en position et les autres sont commandés en force. Pour les axes commandés en force, une nouvelle commande fondée sur une commande en impédance avec suivi de référence est proposée selon un principe de commande non linéaire par mode glissant avec estimation des paramétres en lignes. En utilisant le schéma de commande hybride force/position proposé, une automatisation de toutes les tâches de micro-assemblage est réalisée avec succès, notamment sur un composant flexible à guider dans un rail. / This work proposes the use of an active microgripper with sensorized end-effectors for the automationof the microassembly of 3D hybrid MOEMS. Each of the two fingers of the microgripper is composedof a piezoelectric actuator with an integrated piezoresistive force sensor. The integrated force sensorpresents innovative performances compared to the existing force sensors in literature. The forcesensors provide the ability to measure the gripping forces applied by the microgripper to grasp a microcomponentand estimated the contact forces between the microcomponent and the substrate ofmicroassembly. A dynamic nonlinear model of the microgripper is developed. A hybrid force/positioncontrol is used for the automation of the microassembly. In the hybrid force/position control formulation,some axes are controlled in position and others are controlled in force. For the force controlledaxes, a new nonlinear force control scheme based on force tracking sliding mode impedance controlis proposed with parameter estimation. Using the proposed hybrid force/position control scheme, fullautomation of the microassembly is performed, notably for the guiding of a flexible component in arail.