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Nous avons étudié les processus non linéaires d'ionisation du xénon lors d'interaction avec une impulsion laser ultra-brève et intense de 100fs. (1fs.=1.10-15s). La dépendance de ces processus sur la longueur d'onde du rayonnement laser est investiguée dans le but de mettre en évidence le régime d'ionisation multiphotonique et le régime d'ionisation par effet tunnel. Utilisant un système TOPAS ("Traveling-wave Optical Parametric Amplifier of Superfluorescence"), pompé par un système laser Titane-Saphir (800nm à 100 fs.), nous avons mesuré à l'aide d'une technique de spectroscopie à temps de vol, la production d'ions Xe+ et Xe2+ sur une plage de longueur d'onde s'étalant de 500nm à 2300nm dans un domaine d'intensité de 10TW/cm2 à 1PW/cm2 avec un faisceau laser linéairement polarisé. Les résultats permettent de distinguer les domaines d'ionisation séquentielle et non séquentielle du xénon doublement ionisé en fonction de la longueur d'onde. D'un autre côté, nous avons calculé numériquement les taux d'ionisation du xénon utilisant le modèle PPT (Perelomov et al. (1965)). Il est connu que ce modèle constitue une bonne approximation particulièrement pour les taux d'ionisation du xénon simplement ionisé comme une fonction de la fréquence du rayonnement d'interaction. Ainsi grâce à ce modèle, nous avons pu reconstruire les événements expérimentaux de sorte que nous pouvons directement comparer en fonction de la longueur d'onde et de l'intensité de rayonnement laser le schéma d'ionisation séquentielle prédit par le modèle PPT avec nos résultats expérimentaux. Les résultats nous permettent alors une visualisation directe de la structure du domaine d'ionisation non séquentielle du Xe2+. L'analyse du domaine non séquentiel à plusieurs longueurs d'ondes montre qu'un mécanisme de rediffusion joue un rôle important dans les processus non séquentiels d'ionisation double. Dans ce type de mécanisme, un électron est d'abord éjecté par le champ laser et revient interagir avec un second électron (en se redirigeant vers son ion parent dans l'axe de polarisation du laser) pour ensuite y partager son énergie et ainsi produire une ionisation non séquentielle. / We have studied the frequency dependence of single and double ionization of xenon in the multiphoton and tunneling regime by a short laser pulse of 100fs. (1fs.=1.10-15s). We have used a traveling-wave optical parametric amplifier of superfluorescence (TOPAS) pumped by an 800-nm, 100-fs Titane-Sapphire laser system and a time-of-flight spectrometer (TOF). We have measured the ionization yield of Xe+ and Xe2+ in the wavelength range between 500 and 2300nm for intensity between$10TW/cm2 and 1PW/cm2. These results allow us to visualize the non sequential part as well as the sequential part of the ionization process leading to Xe2+. Otherwise, we also have done calculations for the ionization rate of xenon using the PPT model (Perelomov et al. (1965)) which is known to be a good approximation for the ionization rate (which is frequency dependent) for the single ionization of noble gas. Using the fact that the Xe+ yield can be correctly predicted for the single ionization process, we have reconstructed the experimental events in such a way that it allows us to compare directly our measurements to the PPT prediction of a sequential scheme of ionization. Results show clearly the enhancement of the Xe2+ yield charge state (the so call "knee" structure on the ionization curve). The analysis of the non sequential in the wavelength regime show that a rescattering mechanism play an important role in non sequential double ionization. In this type of mechanism, one electron is first ejected by the laser field and come back to interact with a second electron (by redirecting itself toward his parent ion in the direction of the laser polarization) to share his energy and then product a non sequential ionization.

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Des algorithmes de conception automatisée d’amorces PCR et de sondes d’hybridation aux fins de diagnostic moléculaire ont été créés et implémentés. La vitesse de recherche d’amorces PCR à la fois spécifiques, ubiquitaires et sensibles s’est avérée considérablement accrue par le calcul et l’emploi de consensus binaires d’alignements multiples de séquences d’ADN. La recherche de sondes d’hybridation spécifiques et l’analyse du potentiel d’hybridation en général entre deux séquences a été facilitée par la synthèse de données empiriques d’hybridation trouvées dans divers articles publiés. D’autres programmes servant à faciliter ou automatiser l’exécution de diverses tâches utiles ont également été créés. Tous les programmes résultants ont permis de valider les algorithmes créés et de confirmer leur utilité dans l’exécution des tâches désirées par les membres de l’équipe de recherche auxquels ils étaient prioritairement destinés. / Algorithms for automatic design of PCR primers and of hybridization probes for molecular diagnostics have been created and implemented. The search speed for PCR primers that were at the same time specific, ubiquitary and sensitive was greatly improved by both computation and use of binary consensus of multiple alignments of DNA sequences. The search for specific hybridization probes and also analysis of hybridization potential in general between two sequences was facilitated by synthesis of empirical data gathered from different published papers. Other software for facilitating or automating the execution of different useful tasks were also created. All resulting software allowed both for the validation of algorithms and for the confirmation of their usefullness in executing desired tasks by the members of the research team for which they were written in the first place.

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Les cavités diélectriques résonantes quasi-bidimensionnelles présentent un important potentiel pour des domaines aussi variés que la biodétection et la production de rayonnement laser. Leur faible taille - typiquement quelques dizaines de micromètres sur leur plus grand axe - conjuguée à une forte capacité de rétention du rayonnement électromagnétique - facteurs de qualité pouvant atteindre 10^9 - en font d’excellentes candidates à un grand nombre d’applications de haute technologie où la gestion de l’énergie, la précision des mesures, et le volume occupé sont des paramètres critiques. À cela s’ajoute une facilité d’implantation accrue grâce à l’utilisation de principes de microgravure bien connus. Un des défis importants relié à l’utilisation des microcavités demeure la conciliation des hauts facteurs de qualité, la caractéristique fondamentale des microcavités, et de la capacité à produire une émission de radiation directionnelle. C’est sous ce thème général que s’articule cette thèse. Dans un premier temps, l’accent est porté au développement d’un formalisme encadrant la caractérisation des cavités diélectriques. Une méthode originale utilisant la matrice de diffusion comme pierre d’assise est présentée à cette fin. Ensuite, une étude perturbative de la cavité diélectrique la plus simple, le disque, est réalisée. Les observations résultantes sont utilisées comme lignes directrices dans la suite du travail. Dans un second temps, le formalisme développé est appliqué à une cavité présentant une déformation d’indice de réfraction simple, la cavité annulaire. Certaines ‘règles’ de transition vers l’émission directionnelle sont obtenues. Aussi, une discussion sur un modèle de couplage entre un guide d’onde et une microcavité est présentée. Finalement, un concept de cavité découlant de résultats obtenus tout au long de la thèse est présenté. La principe de fonctionnement demande le couplage d’un anneau diélectrique, servant de réservoir de champ électromagnétique à une seconde cavité ‘parasite’ fortement directionnelle. Ce document est rédigé en majeure partie en Anglais pour faciliter sa diffusion autant pour fins d’évaluation que pour consultation ultérieure par la Communauté. / Two-dimensional resonant dielectric microcavities present an important potential in various domains ranging from bio-detection to production of laser radiation. Their small footprint - typically tens of microns over their longest axis - conjugated to a strong capacity to retain the electromagnetic field - quality factors reaching values of 10^9 - make them excellent candidates for a large number of high-tech applications where tight energy management, high precision and low volumes are critical parameters. Moreover, the implantation of microcavities benefit from well-mastered micro-etching techniques. One of the the most challenging issues related to microcavities remains the merging of high quality factors, the fundamental characteristic of microcavities, and the capacity to produce highly directional radiation emission. This thematic forms the leitmotiv of this thesis. First, attention is focused on the development of a formalism framing the characterisation of dielectric cavities. An original method using the scattering matrix is presented for this purpose. Then, a perturbation study of the dielectric disc cavity is carried out. The results gathered from this investigation are used as guidelines for further applications. Second, the scattering formalism is applied to the simplest refractive index deformation of the disc cavity, the annular cavity. Some transition ‘rules’ from non-directional emission to directional emission are obtained. Also, a discussion about the waveguidecavity coupling is presented. This type of configuration is often found in experimental setups using microcavities. Finally, a proposal derived from results obtained throughout the thesis is presented. The operation principle exploits the coupling from a dielectric ring used as an electromagnetic field reservoir to a second strongly directional ‘parasitic’ cavity. This document is written in English to ease its distribution both for evaluation purposes and consultation by the Community.

Les propriétés non linéaires des matériaux dans la gamme infrarouge lointain ont été relativement peu étudiées. Ce phénomène est dû à l’absence, jusqu’à tout récemment, de sources dans cette gamme qui soient à la fois cohérentes et intenses. Certains lasers moléculaires et les lasers à électrons libres ont permis de pallier ce manque. Cependant ces sources sont soit difficilement accordables, soit très onéreuses et volumineuses. Nous présentons ici une source dite optoélectronique qui est cohérente, potentiellement accordable entre 17 et 600 µm, intense, peu volumineuse et peu coûteuse. La première partie du projet a consisté à développer l’aspect d’accordabilité de la source au moyen du battement entre deux faisceaux laser. Nous avons montré qu’une méthode de réinjection de photons cohérents permettait d’augmenter significativement le contraste de battements de fréquence entre 0.5 et plus de 15 THz. Ces battements ont ensuite été amplifiés et utilisés pour générer un rayonnement infrarouge lointain à 180 et 510 µm avec une énergie de 0.4 µJ.

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