La première partie de cette thèse est consacrée à l'élaboration théorique de<br />processus adiabatiques permettant l'implémentation de portes logiques<br />quantiques, les constituants élémentaires des ordinateurs quantiques, par<br />l'interaction de champs laser impulsionnels avec des atomes. L'utilisation de<br />techniques adiabatiques permet des implémentations robustes, i.e. insensibles<br />aux fluctuations des paramètres expérimentaux. Les processus décrits dans cette<br />thèse ne nécessitent que le contrôle précis des polarisations et des phases<br />relatives des champs lasers. Ces processus permettent l'implémentation d'un<br />ensemble universel de portes quantiques, autorisant l'implémentation de toute<br />autre porte quantique par combinaisons.<br />La seconde partie de cette thèse concerne les effets de la décohérence par<br />déphasage sur le passage adiabatique. La formule de probabilité de transition<br />d'un système à deux niveaux tenant compte de ces effets décohérents est établie.<br />Cette formule est valable dans les différents régimes, diabatique et<br />adiabatique, et permet d'établir les paramètres de trajectoires elliptiques<br />optimisant le transfert de population.

Ce travail porte sur le comportement à long terme des verres de stockage de déchets nucléaires de type R7T7, et plus particulièrement sur des verres borosilicatés inactifs à 3 ou 5 oxydes. L'autoirradiation des verres actifs est reproduite par des implantations ioniques multiénergétiques qui simulent soit la particule alpha (implantation hélium) soit le noyau de recul (implantation or) créé à l'issue de l'arrêt de la particule alpha. La présence des actinides mineurs, issus du combustible usé des centrales nucléaires, est simulée par l'ajout de terres-rares trivalentes (Nd3+ et Eu3+).<br />Dans un premier temps, les mesures macroscopiques (dureté, gonflement) et à moyenne échelle (Raman, ATR-IR) ont montré que les matrices vitreuses, et en particulier la base borosilicate de sodium, subissent des modifications structurales qui se stabilisent à partir d'une dose 2,3.1013 at.cm-2 correspondant à une durée de stockage estimée à 300 ans dans le cas du verre R7T7.<br />Dans un deuxième temps, nous avons démontré expérimentalement et par simulation que les ions terres-rares sont regroupés dans deux grands types d'environnements à l'intérieur des verres : Le premier environnement clairement identifié comme silicaté, le second attribué à un site riche en bore.

Cette thèse porte sur l'étude spectrale de l'effet laser produit dans une couche mince de polymère dopé par un colorant et excité par plusieurs faisceaux. L'émission laser est créée par un effet de rétroaction répartie (distributed feedback ou DFB) obtenu par le biais d'une modulation longitudinale temporaire du gain induite dans le milieu actif. L'utilisation d'un réseau de Bragg permet des propriétés de sélectivité spectrale tandis que le caractère éphémère de la modulation permet que la cavité, et donc l'émission, n'existe que pendant un intervalle de temps de l'ordre de la durée d'excitation.<br />Les matériaux utilisés sont d'abord caractérisés dans le cadre d'une excitation par un faisceau unique, ce qui permet d'évaluer l'intervalle d'accordabilité dans la courbe de gain ainsi que le caractère transverse de l'émission multimodale dans le guide d'onde. Expérimentalement le laser DFB est obtenu au moyen de l'interféromètre de Lloyd qui permet une accordabilité par variation de l'interfrange. A partir de ces résultats, l'influence du nombre de faisceaux excitateurs est étudiée selon deux paramètres : le retard temporel entre ces faisceaux et l'ordre de réflexion de Bragg utilisé pour favoriser l'émission laser. Cette étude a permis d'expliciter le lien entre ces paramètres et le nombre de raies émises. Ce nombre augmente significativement avec l'ordre de réflexion lorsque la condition de cohérence est vérifiée. La dynamique des réseaux induits a été étudiée en décalant temporellement les faisceaux excitateurs. Deux modèles sont présentés. Le premier est basé sur l'étude géométrique des vecteurs d'onde incidents sur la couche et prend en compte leurs interactions, et le second s'appuie sur un régime de saturation de l'indice de réfraction du milieu. Ces modèles sont en bon accord avec les résultats expérimentaux.

Les semi-conducteurs transparents de type A$^{II}$ B$^{IV}$,<br />continuent à susciter une attention considérable du point de vue<br />fondamental et application, principalement en raison de leurs<br />propriétés très exploitées. Une considération particulière a été<br />portée sur l'oxyde de zinc qui est un semi-conducteur de type n<br />possédant d'excellentes propriétés électriques, catalytiques et<br />optiques, qui lui confèrent la possibilité d'être exploité dans de<br />nombreux domaines tel que l'optoélectronique. Dans cette<br />perspective, nous avons étudié l'influence du dopage, des<br />températures de dépôt et de recuit, la nature du substrat et des<br />techniques de dépôt sur la réponse optique non linéaire du ZnO.<br />Nous avons constaté que la réponse non linéaire dépend énormément<br />de ces paramètres. En particulier, nous avons démontré que la<br />réponse non linéaire dépend de la qualité structurale et optique<br />des couches minces.

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit a consisté à explorer les possibilités d'associations d'émetteurs compatibles silicium efficaces à température ambiante avec des cavités à modes de galerie intégrées sur silicium.<br />La première partie de l'étude concerne le développement de matériau émetteur utilisant l'erbium. Différentes matrices sont utilisées afin d'aboutir à une émission efficace à 1,54 µm à température ambiante : silice, silicium sur isolant (SOI) et silice non-stoechiométrique (SRO : nanoclusters de silicium en matrice de silice). Les émetteurs retenus pour l'étude, le silicium sur isolant et l'erbium associé au SRO, sont ensuite intégrés à des cavités de type microdisque par des procédés de lithographie et gravure dérivés de ceux utilisés en microélectronique. Dans le cas des disques à base de silice, un recuit au laser CO2 permet de s'affranchir des rugosités résiduelles par fusion des bords du disque conduisant à la formation de tores.<br />Les structures obtenues sont ensuite étudiées au moyen d'un banc de photoluminescence spécifique développé au laboratoire tenant compte des caractéristiques de l'émission dans les modes de galerie et permettant leur évaluation fine. Le couplage de l'émission du silicium et du SRO dopé erbium à des modes de galerie possédant des facteurs de qualité de plusieurs milliers (jusqu'à Q ≈ 90000) est ainsi observé à température ambiante. Ces résultats, associés à la possibilité de coupler les cavités à des guides démontrée pour les disques SOI, ouvrent des perspectives particulièrement intéressantes du point de vue de la recherche appliquée (sources intégrées) comme de la recherche fondamentale (effets CQED sur les terres rares).

Le principal objectif de cette thèse a été de mettre en œuvre des lasers solide à base de verre phosphate codopé Yb3+:Er3+ pompés par diode afin d'étudier leur comportement lorsqu'ils sont soumis à une rétroinjection optique. Ces lasers présentent comme principaux avantages par rapport à d'autres sources une très grande sensibilité à la rétroinjection compte tenu des propriétés de l'ion Er3+ favorisant les oscillations de relaxation du laser. D'autre part, la longueur d'onde d'émission 1,535 µm appartient au domaine de sécurité oculaire.<br /> En premier lieu, nous avons établi les équations d'évolution temporelle de l'inversion de population et du champ électrique d'un laser à 3 niveaux (Yb:Er) soumis à un retour optique décalé en fréquence. Nous avons ensuite réalisé une étude comparative de l'influence du milieu à gain (système à 3 niveaux Yb:Er ou à 4 niveaux LNA:Nd) et des paramètres de cavité sur la sensibilité à la rétroinjection optique. <br /> Les lasers réalisés ont été ensuite mis en œuvre dans divers expériences de rétroinjection optique permettant des mesures originales de vitesse, de distance ou de vibration pour la restitution d'un son. <br /> La quatrième partie de ce mémoire est consacrée à la mise en œuvre d'un laser bi-fréquence. Un tel laser oscille simultanément sur deux états propres de polarisation orthogonaux dont les fréquences optiques sont légèrement décalées. On peut alors utiliser le battement entre ces deux états propres en rétroinjection optique pour réaliser une détection hétérodyne ou self-hétérodyne.

Le développement rapide des lasers ultrabrefs constitue le moteur des progrès remarquables réalisés dans l'étude de la matière soumise à une irradiation intense. La génération de rayonnement X bref, mis en évidence dans ce type d'interaction, fait l'objet d'une attention particulière en raison de son intérêt pour mener des expériences d'imagerie. La courte longueur d'onde des rayons X (0,1 à 100 Å) permet en effet de sonder par diffraction la matière avec une résolution de l'ordre de la distance interatomique et de fournir ainsi une information directe sur la structure atomique d'un matériau. Délivrés de façon pulsée, ils permettent à la façon d'un stroboscope de sonder la dynamique de phénomènes ultrabrefs.<br />Dans ce cadre, nous avons étudié l'interaction d'un faisceau laser intense et bref avec des grains de poudre en écoulement. Ce système présente un certain nombre d'avantages techniques sur les cibles conventionnelles. D'un point de vue fondamental, cette étude permet d'évaluer l'influence de la structure particulière de ce nouveau type de cible sur l'interaction laser-matière.<br />Une première phase du travail a été consacrée à l'élaboration du système d'écoulement sous vide et à un choix de poudres permettant d'étudier différents régimes d'interaction. Nous avons ensuite étudié les propriétés de cette source, telles que l'extension spatiale et spectrale, l'émissivité ou la cadence de répétition maximale. Les flux de photons X obtenus sont comparables à ceux obtenus sur cible solide massive. Les spectres X mesurés nous permettent également de comprendre les phénomènes se produisant au cours de l'interaction.

Dans ce travail de thèse, on aborde la manifestation des effets d'Électrodynamique Quantique en Cavité (EDQC) dans le domaine THz. Le domaine THz est définie comme la région des fréquences entre 300 GHz et 30 THz (longueurs d'onde entre 10 µm et 1000 µm). Les sources que nous employons pour la génération rayonnement THz sont des cascades quantiques électroluminescentes<br />GaAs/GaAlAs.<br /><br />Les longueurs d'ondes rayonnées (l ~100 µm) sont ainsi beaucoup plus grandes que l'épaisseur typique des émetteurs (~1 µm). Dans ces conditions, lorsque la source est mise dans une cavité métallique planaire, le taux de l'émission spontanée croît comme l'inverse de l'épaisseur de la cavité.<br /><br />Le travail de thèse comporte d'abord un analyse théorique des dispositifs. Le taux d'émission spontanée est étudié à la fois dans le formalisme classique du champ rétro-réfléchi, et dans le<br />formalisme quantique du règle d'or de Fermi. Pour la dernière approche on a développé une méthode numérique pour le calcul et la normalisation des modes optiques supportés par un système<br />multicouches quelconque, qui peut être appliqué à l'étude des dispositifs lasers. L'analyse des cavités planaires sub-longueur d'onde permet de distinguer un effet "utile", qui porte sur le mode TM_0 guidé dans la cavité, et un effet d'absorption, associé aux plasmons de surface supporté par les<br />couches de contact dopées qui sont nécessaires pour l'injection électrique dans la cascade quantique.<br /><br />Le problème d'extraction de l'émission de la cavité est ensuite analysé. Pour cela on étudie un dispositif photonique de nouveau type, la "cavité complexe", dans lequel on a remplacé le miroir<br />métallique supérieur par un réseau métallique. Un modèle de diffraction conique général est développé pour cette étude. Ce modèle a été vérifié dans le domaine THz par mesures de transmission. Il est appliqué dans le cas de rayonnement dipolaire à l'intérieur de la cavité complexe. Le comportement de la puissance extraite de la cavité en fonction de la période du réseau et de l'épaisseur de la cavité permet de reconnaître les effets d'Électrodynamique Quantique en Cavité dans le domaine THz.<br /><br />Pour la mise en évidence expérimentale des effets EDQC, nous avons fabriqué et étudié des cavités complexes avec une cascades quantique. La croissance de type MOCVD, peu exploitée jusqu'à<br />maintenant pour la fabrication des dispositifs à cascade quantique, a été mis au point avec la perspective de réalisation des dispositifs lasers. Notre étude expérimentale confirme les<br />prévisions théoriques. Un facteur de renforcement de l'émission spontanée de ~ 50 est démontré pour la structure de l'épaisseur la plus faible 0.4 µm. Nous avons ainsi mis en évidence, pour la première fois, l'effet de réduction de l'épaisseur du dispositif rayonnant sur l'émission spontanée dans<br />le domaine THz.<br /><br />Parmi les perspectives sur lesquelles cette étude débouche, on peut citer la réduction de la taille latérale des dispositifs pour obtenir un effet Purcell 3D, et également l'exploitation du plasmon des couches des contact dopées pour la conception et la fabrication des dispositifs photoniques THz compacts de nouveau type.

I) Dans notre travail sur les condensats, souvent motivé par des expériences, nous nous sommes intéressés à deux aspects. Le premier lié à la cohérence de phase du condensat et le deuxième lié au caractère multimode du champ atomique lorsque la température du système est non nulle. Nous avons étudié l'effet des pertes de particules sur le brouillage et les résurgences de phase par la méthode des fonctions d'onde Monte-Carlo. Nous avons étudié la dynamique spatiale et de phase dans un mélange de deux condensats par des méthodes analytiques et numériques à l'aide de l'équation de Gross-Pitaevskii. Nous avons proposé et mis en oeuvre une méthode stochastique pour échantillonner la distribution de Wigner d'équilibre d'un champ atomique à une température non nulle dans le cadre de l'approximation de Bogoliubov; ceci peut servir de point de départ pour une évolution dynamique de type champ classique qui, elle, va au-delà de l'approche de Bogoliubov. Par des simulations 3D de champ classique, nous avons ainsi montré la formation d'un réseau de vortex dans un condensat tournant, sans l'introduction de termes d'amortissement dans l'équation de Schrodinger non linéaire.<br /><br /><br />II) Selon la méthode actuellement utilisée, l'hélium 3 est pompé par échange de métastabilité à faible pression (< 1mbar) ce qui nécessite un phase<br />délicate de compression sans perte de polarisation avant que le gaz puisse être utilisé pour l'imagerie.<br />Par une étude expérimentale et théorique systématique, nous avons montré qu'effectuer le pompage en présence d'un champ magnétique fort, de 1.5 Tesla, permet de supprimer des canaux de relaxation de la polarisation nucléaire et d'étendre ainsi le domaine d'applicabilité du pompage de l'hélium par échange de métastabilité à des pressions presque 100 fois plus élevées que celles usuelles, ce qui devrait simplifier considérablement l'étape de compression du gaz.

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