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Ce travail concerne des guides d'ondes semiconducteurs pour la génération et l'oscillation paramétrique. Dans de tels guides, la conversion de fréquence est accordée en phase grâce à un noyau multicouche biréfringent GaAs/AlOx. Cette technique d'accord de phase a déjà permis la réalisation de plusieurs interactions optiques non linéaires, telles que la génération de seconde harmonique et de différence de fréquence, ainsi que la fluorescence paramétrique. A présent, l'objectif est la réalisation d'un oscillateur paramétrique intégré semiconducteur. Notre travail dans cette direction a porté principalement sur deux points.<br />Le premier point est l'optimisation du processus de fabrication. Le principal inconvénient des guides d'ondes GaAs/AlOx sont les larges pertes par diffusion provoquées par la rugosité des couches oxydées. De telles pertes ont pénalisé l'efficacité de dispositifs nonlinéaires intégrés déjà démontrés et empêché jusqu'à présent l'accomplissement de l'oscillation paramétrique. Dans le but d'améliorer la transmission des guides, un nouveau schéma de fabrication et d'oxydation a été introduit, et les résultats obtenus ont été systématiquement vérifiés par des mesures des pertes. Celles-ci ont été réduites, de manière reproductible, à 0.4 cm-1.<br />Le deuxième point est la caractérisation nonlinéaire des guides. Nous avons démontré la fluorescence paramétrique avec une accordabilité entre 1.7 et 2.7 micron et une efficacité de conversion comparable à celle des meilleurs guides en niobate de lithium. En plus de cela, nous avons exploité les interactions de génération de seconde harmonique et d'amplification paramétrique pour étudier précisément le gain paramétrique dans nos guides. A la dégénérescence nous avons mesuré un coefficient de gain paramétrique ≈ 4 cm-1 W-1/2 et démontré une amplification paramétrique G = Ps(L)/Ps(0) - 1 ≈ 4.5%.<br />Ces résultats sont très encourageants pour la réalisation d'un oscillateur paramétrique intégré. Sur la base de nos valeurs de pertes et de gain paramétrique nous estimons que la réflectivité des facettes requise pour atteindre le seuil d'oscillation, dans une configuration doublement résonante, est inférieure à 90%. Un premier essai de fabrication de miroirs intégrés a été effectué et le travail dans cette direction se poursuit actuellement au sein du laboratoire MPQ.

Ce travail traite principalement de la compréhension des phénomènes d'endommagement laser dans les composants pour l'optique (silice, couches minces...). Afin d'appréhender ces phénomènes, un dispositif expérimental original pour le test de tenue au flux laser de l'UV à l' IR en régime nano-seconde a été développé. Il combine l'utilisation de faisceaux focalisés et d'une métrologie fine; ces deux points permettent d'une part, de réaliser une étude de l'endommagement de manière localisée, et d'autre part, d'accéder aux paramètres de tirs et à l'image de la zone irradiée en temps réel, affinant ainsi la détection des dommages.<br />L'utilisation de ce dispositif a permis de mettre en évidence, grâce au tracé précis de courbes de probabilité d'endommagement, l'existence de sites précurseurs à l'endommagement laser. Un modèle statistique a été proposé pour permettre d'accéder aux densités de ces sites et aux différents types de défauts mis en jeux dans le processus de claquage. L'évolution de ces précurseurs sous irradiations multiples est également étudiée avec ce même modèle. Cette observation sous tirs cumulés permet d'aborder les mécanismes de conditionnement laser et également d'évaluer la durée de vie des optiques en fonction des paramètres de tirs.<br />Un deuxième volet du travail a consisté à mettre en évidence de manière non destructive le rôle des centres initiateurs de l'endommagement. Pour cela deux méthodes photothermiques ont été mises en œuvre: la diffusion induite sous flux laser ainsi que la microscopie photothermique haute résolution couplée au dispositif d'endommagement.<br />Enfin, des échantillons modèles comportant des inclusions métalliques de tailles nanométriques ont été utilisés pour simuler la présence de sites précurseurs. L'utilisation du microscope photothermique sur ces échantillons a permis pour la première fois de révéler non seulement le rôle des précurseurs artificiels, mais également l'existence d'une étape de « pré-endommagement » dans le matériau irradié. Des comparaisons entre simulation numérique et expériences permettent de proposer des hypothèses sur les mécanismes initiateurs conduisant au claquage.

Ce mémoire d'habilitation présente mes travaux de recherche, du<br />début de ma thèse jusqu'à présent. Le manuscrit est divisé en deux parties. La première présente mes travaux de thèse et une partie des résultats obtenus pendant mon séjour post-doctoral à l'Université de Hambourg. En particulier, cette partie contient<br />les résultats de ma recherche sur le rôle des cohérences à basse<br />fréquence en spectroscopie laser.<br />Les sujets abordés ont été le piégeage cohérent de population, les résonances brillantes, la préparation et la manipulation d'états quantiques en utilisant des états noirs dépendant du temps, et l'étude des effets de cohérence à basse fréquence dans la spectroscopie de transport des boîtes quantiques couplées par effet tunnel.<br /><br />La deuxième partie de ce mémoire présente mon travail de recherche<br />sur les réseaux d'atomes froids. Le sujet principal de cette recherche a été la dynamique des atomes dans les réseaux optiques. Le mouvement diffusif des atomes, la relaxation de leur énergie cinétique, et leurs modes de propagation ont été étudiés. Les progrès faits dans la compréhension de la dynamique atomique dans les réseaux optiques ont été ensuite exploités pour expliquer l'origine de la résonance Rayleigh dans le spectre d'absorption des atomes piégés dans le réseau. De plus, nous avons utilisé les réseaux optiques comme système modèle pour des phènomènes de physique non-linéaire. Nous avons ainsi étudié la résonance stochastique dans un réseau périodique, et la diffusion dirigée dans un potentiel symétrique.

Cette thèse a pour but de déterminer dans un certain nombre de cas l'importance de la prise en compte des effets transverses dans les modélisations des dispositifs lasers. Dans un premier temps, il est démontré la possibilité de mettre en forme le profil radial d'intensité d'un faisceau laser en utilisant des optiques diffractives de phase dites binaires. Trois applications concrètes seront développées : la « circularisation » d'un faisceau elliptique, la « rectangularisation » d'un faisceau circulaire et la génération d'un anneau de lumière polarisé radialement. Dans un second temps, nous montrons qu'une prise en compte rigoureuse des effets transverses est en mesure d'expliquer le comportement auto-déclenché d'un laser Cr:LiSAF, de justifier la présence d'une zone de bistabilité optique dans la caractéristique puissance de sortie en fonction de la puissance de pompe pour les lasers à base de verres phosphates codopés erbium et ytterbium fortement dopés. De plus, la prise en compte de la diffraction sur le profil de gain a permis d'expliquer l'apparition d'un mode fondamental annulaire dans un laser Nd:YVO4. La dernière partie de la thèse est consacrée à l'étude des lasers déclenchés passivement fonctionnant à 1,5µm. Une base de données expérimentales a été constituée avec un grand nombre d'absorbants saturables de nature différente testés. Cette base de données a permis de tester la fiabilité des modèles intégrant des degrés de complexité croissants dans la prise en compte des effets transverses.

Cette thèse porte sur l'étude de la photofragmentation des molécules adsorbées sur des surfaces solides: la photoionisation, la photodésorption et l'influence du taux de couverture d'adsorbat. Dans la première partie, la rotation empêchée de l'adsorbat et la rétrodiffusion des photoélectrons sont présentées. Elles modifient les spectres de photoionisation, car la rotation empêchée change l'orientation de l'axe moléculaire et la rétrodiffusion donne naissance à des effets d'interférence entre les ondes directe et réfléchie par la surface. Ces deux phénomènes vont au-delà du modèle de la molécule orientée dans l'espace connu dans la littérature. Les distributions angulaires des électrons excités d'une orbital 4 sigma de CO pour les systèmes physisorbé (CO/Ar) et chimisorbé (CO/Ni(100)) sont calculées incluant la rotation empêchée. Pour CO/Ar, les résultats sont fortement influence's par la rotation empêchée. Pour CO/Ni(100) elle joue un rôle mineur apparaissant surtout comme élargissement des structures de la distribution angulaire des électrons éjectés. Une recette permettant d'estimer l'angle d'inclinaison de l'adsorbat par rapport à la normale à la surface incluant la rotation empêchée est discutée. La rétrodiffusion, calculée pour le système CO/Ni, est importante pour l'ionisation d'un électron 5 sigma de CO, mais négligeable pour 4 sigma. Dans la seconde partie, l'influence du taux de couverture pour le système CO/Ar(100) étudiée par des méthodes de dynamique classique et quantique, apparaît comme rigidification du mouvement angulaire de précession. Pour une couverture dense, les premiers états rotationels sont dominés par quatre géométries de l'adsorbat presque dégénérés en énergie ce qui n'implique pas une précession libre mais des directions équivalentes sur la surface. La troisième partie traite de la photodésorption en régime nonthermique des adsorbats moléculaires. Pour une énergie photonique de 2 a' 7 eV, l'adsorbat est d'abord excité électroniquement. La désexcitation transfère une partie de l'énergie électronique dans les modes nucléaires et particulièrement dans le mode associé à la désorption. Un modèle multidimensionnel de désorption qui couple les mouvements nucléaires et appliqué à CO adsorbé sur des sites linéaire d'une surface de Cu(111) est analysé. La rotation empêchée est fortement couplée au mode de désorption, mais découplée de la vibration interne de CO et de la translation empêchée. Dans l'interprétation de l'expérience, la distribution translationnelle bimodale a été attribuée à la présence des désorptions thermique et nonthermique. Les résultats du modèle présent montrent que cette distribution peut aussi être uniquement de nature nonthermique.

Les propriétés intrinsèques de la fibre optique utilisée comme milieu à gain en font un candidat idéal pour le développement de sources laser de haute puissance, aujourd'hui capable de rivaliser avec les lasers à état solide, tout en apportant ses avantages propres : robustesse, efficacité, qualité de faisceau potentielle, gestion de la thermique, compacité et tenue à l'environnement. Les domaines d'application sont nombreux : industrie (usinage, marquage), défense (télémétrie, imagerie), environnement (lidar), communications en espace libre, recherche fondamentale... Cependant, certaines applications nécessitent des puissances ou énergie encore supérieures à ce que peut délivrer une seule fibre associée à une bonne qualité de faisceau. Pour contourner cette difficulté, l'approche abordée ici est de répartir l'amplification sur plusieurs fibres lasers, puis de recombiner les faisceaux en espace libre. Ce travail est préparatoire à une nouvelle génération de lasers hyper-intenses et a été réalisé dans le cadre du projet ANR CAN, collaboration entre LOA, IOGS, Thales R&T et Onera. Suivant le dimensionnement défini par l'étude théorique de la combinaison cohérente de faisceaux laser, un toron de 64 fibres collimatées chacune par une petite lentille est conçu puis réalisé technologiquement. Par extension de l'idée de l'interféromètre à décalage quadri-latéral, une méthode de mesure collective et auto-référencée de la phase des fibres est mise au point. Enfin, une technique originale et auto-adaptative de mise en phase par holographie numérique est présentée et validée expérimentalement.

Le niobate de lithium (LN), en raison de ses propriétés, électro-optiques, optiques non linéaires et photoréfractives (PR), s'impose comme un matériau de choix pour des applications en modulation, filtrage, stockage holographique ou conversion de fréquence optique. L'effet PR est gouverné à la fois par les centres profonds extrinsèques (Fe2+ et Fe3+ le plus souvent) et par les antisites niobium en site lithium (NbLi5+), qui constituent des pièges préférentiels pour les électrons arrachés aux donneurs profonds et forment ainsi des polarons liés NbLi4+, caractérisables par une large bande d'absorption photo-induite (API) s'étendant dans le rouge et le proche infrarouge, ainsi que par une bande de photoluminescence (PL) légèrement décalée en longueur d'onde par rapport à la précédente. Nous présentons ici une étude expérimentale de la PL polaron dans le LN congruent dopé fer, en fonction de la température et de l'intensité lumineuse excitatrice, en régime continu et en régime pulsé, ainsi qu'un modèle phénoménologique à trois centres permettant d'interpréter toutes les caractéristiques observées. Nous montrons que la PL permet en principe de doser les donneurs profonds dans le LN congruent en quantité infime, quelle que soit leur nature. Pour les ions Fe2+, la détectivité est typiquement de 0,25 ppm à l'ambiante, ce qui est bien meilleur que la spectroscopie d'absorption. La PL résolue spatialement permet en outre, contrairement aux autres techniques, de cartographier la concentration de donneurs profonds à l'échelle micrométrique, d'où son potentiel pour la caractérisation de guides d'onde, de composants optiques intégrés ou autres microstructures.

<p>A trapped Fermi gas near a collisional resonance provides a unique laboratory for testing many-body theories in a variety of fields. The ultracold Fermi gas produced in our lab is comprised of the lowest two spin states of $^6$Li. At 834 G there is a collisional or Feshbach resonance between the two spin states. The scattering length between trapped atoms of opposing spins far exceeds the interparticle spacing of the gas. On resonance, a strongly interacting, unitary, Fermi gas is created which exhibits universal behavior. The unitary Fermi gas is a prototype for other exotic systems in nature from nuclear matter to neutron stars and high temperature superconductors.</p> <p>For magnetic fields less than 834 G the scattering length is positive, and pairs Fermi atoms can form molecular dimers. These dimers, comprised of two fermions, are bosons. At ultracold temperatures the molecular bosons populate the lowest energy level and form a Bose Einstein Condensate (BEC). For magnetic fields greater than 834G the scattering length between fermions in opposing spin states is negative, like Cooper pairs formed between electrons in a superconductor. The Bardeen, Cooper, and Shriefer (BCS) theory was developed to describe the pairing effect in the context of superconductors. In our experiment we produce an ultracold unitary gas. By tuning the magnetic field to either side of the Feshbach resonance we can transform the gas into a weakly interacting BEC or BCS superfluid. Therefore, the region near a Feshbach resonance is called the BEC-BCS crossover.</p> <p>This dissertation presents a precision measurement of the hydrodynamic sound velocity in an ultracold Fermi gas near a Feshbach resonance. The sound velocity is measured at various magnetic fields both above and below resonance. Moreover, we are able compare our measurements to theoretical descriptions of hydrodynamic sound propagation. Further, our measurement of sound velocity exactly reproduces the non-perturbative case, eliminating the need to consider nonlinear effects. At resonance the sound velocity exhibits universal scaling with the Fermi velocity to within 1.8\% over a factor of 30 in density. In a near zero temperature unitary gas the average sound velocity at the axial center was measured, $c(0)/v_F$ = 0.364(0.005), as well as the universal constant, $\beta$ = -0.565(0.015). The measurement of sound velocity in an ultracold gas throughout the BEC-BCS crossover provides further evidence of the continuous connection between the physics of the BEC, unitary, and BCS systems.</p> / Dissertation

The calculations of the viscosity coefficient of a gas become very complicated when the density of particles increases.<br />These calculations become very complicate because of the possibility of occurrence of more than two particles collisions. But the hypothesis of the “molecular chaos” cannot always be valid and the correlations between the particles become more important with increasing density.<br />The introduction of a micro-irreversibility process in the collision between two particles compatible with the H-theorem, cannot assure the definition of the band of dissipation on the basis of dynamics and statistical models. We need the theory of the intermolecular forces and the electromagnetic theory.<br />In order to overcome this difficulty, we define by simulation a relation between the relaxation of the pair distribution function and the collision time of two particles. In this way, we get a band of dissipation in the attractive part of a realistic potential as Lennard-Jones or Hanley-Klein potential. It is the space where the acceleration variations are negative