Étude de la propagation lumineuse dans un cristal liquide en phase nématique.

Les nouvelles applications de la commutation optique nécessitent des composants de très hautes performances, c'est-à-dire un faible temps de commutation combiné avec une diaphotie très faible entre branches et un courant de commutation de quelques dizaines de milliampère. Cette combinaison est extrêmement délicate, mais le problème devient redoutable dès qu’on exige, en plus, des pertes fibre à fibre compatibles avec une intégration, c'est-à-dire de l’ordre du décibel.Notre travail de thèse se place dans cette perspective. Il fait suite aux différents travaux de l’IEMN dans ce domaine. Nous avons d’abord mis au point une structure de guide optique à multipuits quantiques pour augmenter les mécanismes de variation d’indice. Puis, nous avons optimisé des commutateurs de très faible diaphotie et des interféromètres de Mach-Zehnder. Ces composants ont ensuite été fabriqués en salle blanche puis caractérisés. Les résultats de cette étude ont déçu nos attentes à cause des pertes excessives des guides optiques.En parallèle, nous avons conçu d’autres guides de type dilué à cœur très fin. Ces guides on ensuite été fabriqué puis caractérisés. Nous avons finalement obtenu des pertes de couplage de 1,6 dB/face sans couche anti-réfléchissante, ce qui donnerait 0,1 dB avec une telle couche. Ce résultat très intéressant doit être lié au fait que la variation d’indice de réfraction obtenue sur ces guides est très importante, montrant un effet de porteurs libres bien plus élevé que dans les guides semi-conducteur classique. Tous ces aspects font de notre guide un excellent candidat pour fabriquer des commutateurs intégrés de très hautes performances. / New applications of optical switching require very high performance devices, i.e. a low switching times combined with very low crosstalk between two arms and a switching current of the order of a few tens of milliamps. This combination is extremely delicate to obtain, but the problem becomes more complicated with the addition of fiber to fiber losses used for integration, which is of the order of one decibel.The work described in this thesis concerns the above mentioned problem. It follows the different work in IEMN in this area. Here we first developed a multiple quantum well waveguide structure to increase mechanisms of index variation. Then, we optimized switches with very low crosstalk and also Mach-Zehnder interferometers. Then these devices were manufactured in a clean room and characterized. The results of this study were not as per our expectations due to excessive losses in optical waveguides.In parallel, we have designed, fabricated and characterized other types of diluted waveguides with a very thin core. We finally obtained coupling losses of 1.6 dB/face without anti-reflective coating, which would give 0.1 dB with such a coating. This very interesting result should be related to the fact that the refractive index variation obtained on these guides is very important, showing an effect of free carriers much higher than in conventional semiconductor guides. All these aspects make our waveguide an excellent candidate for high performance optical switches.

Experimental observation of the 1D Kerr-Type cavity soliton Temporal cavity solitons constitute a remarkable family of light pulses. They don’t spread nor suffer losses and circulate indefinitely, round-trips after round-trips, along the closed path of a nonlinear cavity. To maintain their shape and power, they simply draw some energy from a continuous-wave external beam. Being robust attracting states, they can be easily written by an external pulse and naturally provide reshaping and wavelength conversion functionalities. We experimentally demonstrated the generation of such solitons. We were able to provide precise temporal and spectral characterization along with long-term observation. We also wrote the solitons in pairs and in data streams, showing that our fiber cavity could potentially be used as an all- optical buffer capable of storing 45,000 bits at 25G bits/s. These results have been recently published in Nature Photonics High repetition-rate pulse train generation through dissipative modulation instability in a passive fiber resonator In the early 90’s, a cavity configuration which allows for the generation of stable pulse trains through dis- sipative modulational instability was proposed. The experimental implementation of the so-called MI laser was demonstrated a few years later. Although the ideal parameters for the generation of a pulse train with a repetition rate in the THz range are easily deduced from the theory, no realization in that frequency range has been reported due to practical issues. Thanks to the tuning of the overall cavity dispersion based on the use of special fibers, we recently demonstrated the generation of a 1.6 THz repetition-rate optical pulse-train. Theoretical and experimental study of nonlinear symmetry breaking induced by the order dispersion in a passive fiber resonator In the regime of dissipative modulational instability, the repetition-rates of the generated pulse train can be tuned by changing the group-velocity dispersion (GVD) of the fiber. To reach the THz range, one has to drastically reduced the total GVD in the cavity. In that case, the next order of dispersion has to be included in the theoretical model describing the evolution of the intracavity field (here the mean field model). The third-order dispersion induces a drift of the pattern and an asymmetry in the spectrum. Both these effects can be precisely calculated by a multi-scale model describing the field evolution above threshold. This theoretical work has been confirmed by experimental measurements of the spectral asymmetry.

Thèse de doctorat : Sciences et techniques : Metz : 1999. / 1999METZ044S. 113 ref.

Th. 3e cycle--Optique et trait, du signal--Besançon, 1982. N°: 384.

Nous présenterons dans ce mémoire un composant à cristaux liquides électriquement variable pouvant présenter différentes fonctions optiques interchangeables en temps réel. Il peut être utilisé comme une lentille sphérique variable, puis commuté en un prisme variable, pouvant également commuter sous des formes de lentilles atypiques comme une lentille de Powell ou encore un axicon, etc. Cette cellule est réalisée en utilisant une couche faiblement conductrice dans l’approche dite de "contrôle modal" avec une électrode périphérique segmentée. La conception proposée permet d’accéder à des contrôles supplémentaires en choisissant les valeurs de fréquence et de tension appliquées aux différentes électrodes périphériques. Bien que le composant n’ait pas d’électrodes dans la zone d’ouverture, il permet de générer une grande variété de fronts d’ondes et de faisceaux (tels que gaussien, Bessel, Airy, etc.). Ce composant est un puissant dispositif permettant l’optique adaptative pouvant être utilisé dans de nombreuses applications photoniques. / An electrically variable liquid crystal component is presented that can perform various optical functions that are interchangeable in real time. It can be used as a variable spherical lens, then may be switched into a variable prism, axicon, etc. This is achieved by the use of a weakly conductive layer in the so called “modal control” lens approach with a segmented peripheral electrode. The proposed design enables important additional control tools via the choice of the frequency and voltage values that are applied to peripheral electrode segments. Despite the fact that the component has no electrodes in the clear aperture area, it allows the generation of rich variety of wavefronts and beams (such as Gaussian, Bessel, Airy, etc.) transforming it into a powerful adaptive optical device that can be used in many photonic applications.

Ce projet de recherche vise à caractériser l'influence de divers traitements de passivation de surface de l'arséniure de gallium (GaAs) sur les propriétés électriques et optiques de ce matériau. Les procédés de passivation étudiés sont les traitements au soufre (NH[indice inférieur 4])[indice inférieur 2]S et les dépôts de nitrure de silicium SiN[indice inférieur x] et trois types de substrat ont été utilisés à titre comparatif, un type N (10[indice supérieur 16]), un type N+ (10[indice supérieur 18]) et un non dopé. Dans ce dernier cas, un système de déposition chimique en phase vapeur assistée par plasma (PECVD) a été utilisé et l'influence de la fréquence de la source d'alimentation AC du plasma a été étudiée. Des techniques de caractérisation électrique, optique et électro-optique ont été utilisées pour l'étude. Des structures métal-isolant-semiconducteur (MIS) ont été réalisées pour les mesures AC et DC de capacité à plusieurs fréquences. L'analyse des mesures électriques a permis de démontrer un plus grand détachement du niveau de Fermi pour les échantillons passivés avec un dépôt de nitrure de silicium SiN[indice inférieur x] à basse fréquence plutôt qu'à haute fréquence. Des mesures optiques en continu et résolue en temps ont été effectuées sur une série d'échantillons de GaAs présentant différents niveaux de dopage et différents traitements de surface. Les mesures de photoluminescence en continu et les mesures résolues en temps montrent que les propriétés optiques des dispositifs dépendent grandement du type de substrat utilisé. Plus d'information sur le champ surfacique des dispositifs est nécessaire pour conclure sur l'efficacité de la passivation. Pour obtenir cette information, des mesures de photoluminescence, continues et résolues en temps, ont aussi été effectuées sur les structures MIS en présence d'un champ électrique. Ces mesures n'ont pas permis de mettre en évidence l'influence de la modification du champ de surface sur l'intensité du signal de luminescence, et ce peu importe le procédé de traitement de surface utilisé. Finalement, des antennes THz ont été fabriquées sur un substrat de SI-GaAs passivé par le traitement PECVD à basse fréquence. Ces antennes émettent un champ THz plus intense et avec un plus grand contenu fréquentiel que celle fabriquée sans traitement de passivation.

Dans les systèmes de vidéosurveillance, les algorithmes de vision assistée par ordinateur ont joué un rôle crucial pour la détection d’événements liés à la sûreté et la sécurité publique. Par ailleurs, l’incapacité de ces systèmes à gérer plusieurs scènes de foule est une lacune bien connue. Dans cette thèse, nous avons développé des algorithmes adaptés à certaines difficultés rencontrées dans des séquences vidéo liées à des environnements de foule d’une ampleur significative comme les aéroports, les centres commerciaux, les rencontres sportives etc. Nous avons adopté différentes approches en effectuant d’abord une analyse globale du mouvement dans les régions d’intérêt de chaque image afin d’obtenir des informations sur les comportements multimodaux de la foule sous forme de structures spatio-temporelles complexes. Ces structures ont ensuite été utilisées pour détecter des événements de surveillance inhabituels au sein-même de la foule. Pour réaliser nos expériences, nous nous sommes principalement appuyés sur trois ensembles de données qui ont suscité notre réflexion. Les résultats reflètent à la fois la qualité et les défauts de ces approches. Nous avons également développé une distance pseudo-euclidienne.Pour démontrer son utilité, une méthodologie qui lui est propre a été utilisée pour la détection de plusieurs événements de surveillance standards issus de la base TRECVID2008. Certains résultats montrent la robustesse de cette méthodologie tandis que d’autres soulignent la difficulté du problème. Les principaux défis portent, entre autres, sur le flux massif de personnes, l’importance de l’occlusion, la réflexion, les ombres, les fluctuations, les variations de la taille de la cible, etc. Cependant, nos idées et nos expériences de ces problèmes d’ordre pratique ont été particulièrement utiles. De plus, cette thèse développe un algorithme permettant de suivre une cible individuelle dans le cadre de plusieurs scènes de foule. Les séquences vidéo de la base de PETS2009 Benchmark ont été prises en compte pour évaluer les performances de cet algorithme. Si on analyse ses avantages et ses inconvénients, celui-ci fait toujours preuve d’une grande exactitude et sensibilité vis-à-vis des effets de variationde la lumière, ce qui atteste de sa grande efficacité même lorsque la luminosité baisse, que la cible entre ou sort d’une zone d’ombre ou en cas de lueur soudaine. / Computer vision algorithms have played a vital role in video surveillance systems to detect surveillance events for public safety and security. Even so, a common demerit among these systems is their unfitness to handle divers crowded scenes. In this thesis, we have developed algorithms which accommodate some of the challenges encountered in videos of crowded environments (e.g., airports, malls, sporting events) to a certain degree. We have adopted approaches by first performing a global-level motion analysis within each frame’s region of interest that provides the knowledge of crowd’s multi-modal behaviors in the form of complex spatiotemporal structures. These structures are then employed in the detection of unusual surveillance events occurred in the crowds. To conduct experiments, we have heavily relied on three thought-provoking datasets. The results reflect some unique global excellences of the approaches. We have also developed a pseudo Euclidian distance. To show its usage, a methodology based on it has been employed in the detection of various usual surveillance events from theTRECVID2008. Some results report the robustness of the methodology, while the rest gives evidence of the difficulty of the problem at hand. Big challenges include, but are not limited to, massive population flow, heavy occlusion, reflection, shadow, fluctuation, varying target sizes, etc. Notwithstanding, we have got much useful insights and experience to the practical problems. In addition, the thesis explores an individual target tracking algorithm within miscellaneous crowded scenes. Video sequences from the PETS2009 Benchmark data have been used to evaluate its performance. Viewing its pros and cons, the algorithm is still highly accurate and its sensitivity to the effects of diversity in noise and lighting, which ascertains its high-quality performance on disappearances, targets moving in and out of the shadow, and flashes of light.

Cette thèse a pour objectif principal de fournir une analyse de distribution et de la variabilité des aérosols en Asie à partir des observations satellitaires de PARASOL au-dessus des continents. Nous avons d’abord comparé les épaisseurs optiques en aérosols (AOD pour aerosol optical depth) PARASOL à celles du mode fin (particules de rayon ≤ 0.30 µm) calculées à partir des inversions des mesures photométriques de 14 sites AERONET. La qualité des corrélations obtenues démontre la bonne sensibilité des restitutions de PARASOL à la plus fine fraction des aérosols, qui proviennent principalement de sources anthropiques. Nous avons analysé les caractéristiques des distributions en aérosols à partir de quatre années de données PARASOL (mars 2005 à février 2009). Notre étude a montré que la distribution spatiale des aérosols du mode fin en Asie était étroitement liée à celle des activités humaines. Nous avons également mis en évidence une forte variabilité saisonnière de l’AOD du mode fin qui diffère selon les zones géographiques. Enfin, nous avons analysé la variabilité interannuelle sur la période 2003-2009 en été au nord de la Chine, en particulier dans la région de Beijing, et dans le contexte des réductions d’émissions des jeux olympiques de l’été 2008. Nous avons montré que les AOD du mode fin sont relativement élevées au cours des étés 2003, 2007 et 2008. Les variations interannuelles des AOD moyennes mensuelles ont montré que la variabilité était maximale en juin et similaire à celle de juillet, à la différence de celle observée en août. Dans cette étude, les AOD mesurées par AERONET dans la région de Beijing en été sont utilisées comme références et également analysées. / This thesis is devoted to analyze aerosol distribution and variability over East Asia based on PARASOL aerosol products over land. We first compared PARASOL Aerosol Optical Depth (AOD) with fine mode AOD (particles radius ≤ 0.30 μm) computed from AERONET (Aerosol Robotic Network) inversions over 14 sites. The rather good correlation observed over land demonstrates the remarkable sensitivity of PARASOL retrievals to the smaller fraction of fine particles, mostly originating from anthropogenic sources. We analyzed the characteristics and seasonal variation of aerosol distribution over East Asia considering four years of PARASOL Level 2 data (March 2005 to February 2009). Our study shows that the spatial distribution of fine-mode aerosols over East Asia, as retrieved from PARASOL, is highly associated with human activities. Our work also evidenced a strong variability of seasonal fine-mode AOD patterns with geographical locations. Finally, the inter-annual variation during 2003-2009 periods of summer fine-mode AOD over North China, in particular the Beijing City region, was analyzed for the contribution to evaluating the regional impact of emission reduction enforced in Beijing during the 2008 Olympic Summer Games. We found that summer average of fine-mode AOD exhibited relatively higher values in 2003, 2007 and 2008. The inter-annual variation patterns of monthly averaged AOD (June to August) shows that June generally exhibits the strongest variation and varies similar to July, but differs from August. As reference, measured total AOD and fine mode AOD computed from AERONET inversions in summer are also discussed for the Beijing City region.

De nos jours, dans des domaines tels que la sécurité et la santé, une forte demande consiste à pouvoir analyser le comportement des personnes en s'appuyant notamment sur l'analyse faciale. Dans cette thèse, nous explorons de nouvelles approches à destination de systèmes d’acquisition peu contraints. Plus spécifiquement, nous nous intéressons à l'analyse des expressions faciales en présence de variation d'intensité et de variations de pose du visage. Notre première contribution s'intéresse à la caractérisation précise des variations d'intensité des expressions faciales. Nous proposons un descripteur innovant appelé LMP qui s'appuie sur les propriétés physiques déformables du visage afin de conserver uniquement les directions principales du mouvement facial induit par les expressions. La particularité principale de notre travail est de pouvoir caractériser à la fois les micro et les macro expressions, en utilisant le même système d'analyse. Notre deuxième contribution concerne la prise en compte des variations de pose. Souvent, une étape de normalisation est employée afin d'obtenir une invariance aux transformations géométriques. Cependant, ces méthodes sont utilisées sans connaître leur impact sur les expressions faciales. Pour cela, nous proposons un système d'acquisition innovant appelé SNaP-2DFe. Ce système permet de capturer simultanément un visage dans un plan fixe et dans un plan mobile. Grâce à cela, nous fournissons une connaissance du visage à reconstruire malgré les occultations induites par les rotations de la tête. Nous montrons que les récentes méthodes de normalisation ne sont pas parfaitement adaptées pour l'analyse des expressions faciales. / Facial expression recognition has attracted great interest over the past decade in wide application areas, such as human behavior analysis, e-health and marketing. In this thesis we explore a new approach to step forward towards in-the-wild expression recognition. Special attention has been paid to encode respectively small/large facial expression amplitudes, and to analyze facial expressions in presence of varying head pose. The first challenge addressed concerns varying facial expression amplitudes. We propose an innovative motion descriptor called LMP. This descriptor takes into account mechanical facial skin deformation properties. When extracting motion information from the face, the unified approach deals with inconsistencies and noise, caused by face characteristics. The main originality of our approach is a unified approach for both micro and macro expression recognition, with the same facial recognition framework. The second challenge addressed concerns important head pose variations. In facial expression analysis, the face registration step must ensure that minimal deformation appears. Registration techniques must be used with care in presence of unconstrained head pose as facial texture transformations apply. Hence, it is valuable to estimate the impact of alignment-related induced noise on the global recognition performance. For this, we propose a new database, called SNaP-2DFe, allowing to study the impact of head pose and intra-facial occlusions on expression recognition approaches. We prove that the usage of face registration approach does not seem adequate for preserving the features encoding facial expression deformations.