Dans de nombreux systèmes de traitement de l'information, le signal est numérisé, traité informatiquement, puis reconverti dans le domaine analogique. La faible bande passante de ces étapes de conversion numérique/analogique limite considérablement le débit d'informations traitées. Une solution purement analogique améliorerait donc considérablement le temps de traitement et la bande passante. Notre approche consiste à transférer le signal RF à traiter sur une porteuse optique puis à procéder à son traitement dans le domaine optique. L'étape de traitement est assurée par la traversée d'un cristal dopé en ions terres rares convenablement "programmé". Cette étape de programmation consiste à graver dans le profil d'absorption du cristal une fonction caractéristique de l'opération de traitement du signal à réaliser. Deux opérations ont ainsi été implémentées : 1) le renversement temporel de signaux RF : c'est l'opération consistant à générer analogiquement le signal renversé temporellement s(−t) d'un signal incident s(t). La fonction à graver dans le profil d'un cristal d'Er:YSO est alors un réseau spectral de pas variable. 2) l'analyse spectrale large bande instantanée : c'est l'opération permettant d'accéder au contenu spectral d'un signal. On impose au protocole de fournir instantanément le spectre d'un signal large bande. La fonction à graver dans le profil d'un cristal de Tm:YAG est alors un réseau spectro-spatial de pas variable. / Many signal processing devices rely on the digitalization of the incoming signal. After being processed by a computer, the signal needs to be converted back to its original analog form. Due to the limited bandwidth of analog-to-digital and digital-to-analog stages, the data flow rate is significantly limited. A purely analog solution would then significantly improve the processing time and bandwidth. In our approach, we first transfer the incoming RF signal on an optical carrier, allowing us to process it in the optical domain. For the processing stage, we propose to engrave the absorption profile of a rare earth ion-doped crystal with different shapes (each shape is specific to one processing operation). In this work, two operations are implemented: 1) time reversal of RF signals: we analogically generate the time reversed replica s(−t) of an incoming signal s(t). For this purpose, the shape to be engraved in the absorption profile of a Er:YSO crystal is a non-periodic spectral grating. 2) instantanous broadband spectral analysis: we want to instantaneously access the spectral components of a broadband signal. For this purpose, the shape to be engraved in the absorption profile of a Tm:YAG crystal is a spectro-spatial grating with a variable period.

Cette thèse présente les travaux effectués pour développer et optimiser des amplificateurs et lasers 1 µm de forte puissance à base de fibre double gaine dopée Ytterbium. Le premier chapitre traite de la caractérisation passive de la fibre. Nous donnons les caractéristiques spectroscopiques de l'ion Ytterbium dans une matrice de silice. Nous présentons ensuite les moyens et résultats de caractérisation des fibres utilisées. Nous discutons ensuite certaines spécificités associées aux fibres double gaine, comme le mélange de mode. Enfin, nous faisons l'étude comparative des principales techniques d'injection de la pompe. Le second chapitre traite des amplificateurs. Nous présentons le modèle numérique de l'amplificateur dans le cas d'un régime de pompage continu et d'amplification de signaux continus. Puis, nous donnons les résultats expérimentaux permettant de le valider. Nous étudions, ensuite, l'influence des paramètres intrinsèques et extrinsèques à la fibre. Nous mettons l'accent sur les effets limitatifs du Brillouin généré. Enfin, nous présentons les paramètres permettant d'optimiser le fonctionnement des amplificateurs dans une structure simple et double étage. Le troisième chapitre traite des lasers. Nous commençons par étendre le modèle développé au cas du laser à gain homogène. Nous validons, tout d'abord, le modèle avec les résultats issus d'un laser en cavité Fabry-Pérot de 1 W, puis, nous optimisons ses paramètres. Nous présentons, ensuite, le laser multimode à 1083 nm pour le pompage optique de l'hélium. Nous étudions l'effet de divers paramètres sur la largeur d'enveloppe mesurée, et confrontons les résultats au modèle numérique. Nous abordons l'étude des instabilités observées et l'analyse de leurs origines. Nous continuons par présenter les résultats théoriques et expérimentaux d'un laser en anneau. Enfin, nous étudions un laser pour le pompage d'un résonateur Raman.

Face à la diversification des domaines d'application en optoélectronique, les émetteurs lasers, dont les VCSELs, évoluent rapidement vers une plus grande capacité d'intégration, ainsi qu'un accroissement de leurs fonctionnalités. Ceci a pour conséquence une sophistication des structures et des géométries de ces composants, impliquant la levée de certains verrous technologiques. Ce travail de thèse porte, d'une part, sur la mise en place d'une méthodologie d'optimisation de la croissance, d'analyse et de diagnostic rapide intégrée au procédé d'épitaxie par jets moléculaires (uniformité, maîtrise des propriétés optiques) démontrée sur de nouvelles structures VCSEL à multicouche complexe. D'autre part, la technologie d'oxydation d'alliages GaAlAs a été étudiée. Ce procédé, appelé AlOx, a ouvert la voie à l'obtention de composants monomodes performants grâce au confinement électro-optique latéral efficace qu'il réalise. Dans le but d'une maîtrise ultime et d'une ingénierie fine de ce confinement, nous avons approfondi la compréhension des cinétiques d'oxydation, mis en place un four avec contrôle en temps réel du front d'oxydation, et étudié une nouvelle technique d'oxydation d'une couche enterrée GaAlAs à partir de la surface. Ce travail contribue au développement des technologies de structurations verticale et latérale dans les composants à microcavité verticale, qui visent à leur ouvrir de nouvelles performances et fonctionnalités.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude théorique des réseaux optiques brillants et gris, par des modèles uni- ou multidimensionnels. Nous présentons d'abord une méthode d'élaboration et de classification systématique des réseaux optiques multidimensionnels en utilisant des arguments de cristallographie. Une approche semi-classique basée sur des simulations de Monte-Carlo est ensuite mise au point dans le cadre des réseaux optiques unidimensionnels pour diverses transitions atomiques. Ce modèle, ainsi que le modèle quantique des bandes, sont utilisés pour l'étude de la température et du magnétisme des réseaux optiques brillants et gris. Le comportement magnétique général trouvé est en bon accord avec des expériences récentes. Nous étudions enfin un nouveau type de réseau gris bidimensionnel, comportant une structure périodique d'antiplots. La dynamique atomique au sein de ce réseau est analysée au moyen de spectroscopie pompe-sonde, permettant de mettre en évidence un comportement dynamique très original.

La spectroscopie Raman et Rayleigh stimulée des atomes refroidis par laser donne accès à de nombreuses propriétés des mélasses optiques. Nous interprétons les spectres de transmission et de conjugaison de phase observés dans les deux configurations lasers à une dimension lin+lin et σ+-σ-. Dans le premier cas, les résonances Raman stimulées montrent la localisation et la quantification du mouvement atomique dans le potentiel créé par la lumière. Les résonances Rayleigh stimulées donnent des informations sur les propriétés dynamiques de la mélasse et prouvent l'ordre spatial anti-ferromagnétique des atomes. Dans le second cas, les structures Raman montrent l'existence de différences de populations et de déplacements lumineux dans l'état fondamental. La résonance Rayleigh donne un accès expérimental direct au coefficient de friction de la force de refroidissement.

Nous présentons une étude détaillée de l'évolution de l'aimantation nucléaire au sein d'une solution d'3He polarisé dans l'4He à pression de vapeur saturante à des températures de l'ordre de 1 K. En champ magnétique très faible (~mT), des mesures RMN précises sont réalisées sur des solutions 3He-4He hyperpolarisées, obtenues par liquéfaction de gaz polarisé par pompage optique. Nous avons mesuré deux quantités intrinsèques: le temps de relaxation longitudinale et le coefficient de diffusion de spin, susceptibles d'apporter des informations sur les interactions atomiques effectives dans les solutions non-dégénérées. Les précautions expérimentales prises (en particulier l'utilisation d'enduit de césium) garantissent une relaxation très peu influencée par les termes de surface et permettent d'extraire la relaxation due aux interactions dipolaires entre les noyaux des atomes d'3He. Nous avons mesuré des temps de relaxation allant jusqu'à 8 heures pour les solutions les plus diluées. Nous avons trouvé qu'à température fixée, le temps de relaxation dipolaire est inversement proportionnel à la densité en 3He, en accord avec la théorie des solutions quantiques diluées. Par contre, la mesure de la dépendance en température ne reflète pas clairement les prédictions théoriques existantes qui devront être revues. Nous avons mesuré des valeurs du coefficient de diffusion avec une grande précision et déterminé les conditions expérimentales où cette mesure n'est pas faussée par l'effet du champ dipolaire sur l'évolution de l'aimantation transverse. Nous avons systématiquement étudié l'évolution de cette aimantation après une simple impulsion 90° en fonction de la densité d'aimantation de l'échantillon et d'un gradient appliqué. Nous avons observé le développement d'instabilités dans l'évolution de l'aimantation dues au champ dipolaire. Il est également apparu que la refocalistion de l'aimantation transverse après une seconde impulsion 180° est profondément perturbée par le champ dipolaire.

Cette thèse a deux volets : d'abord l'étude du refroidissement et de la dynamique d'atomes dans des mélasses grises et des réseaux gris, puis la présentation d'une nouvelle méthode de spectroscopie pour étudier la dynamique d'atomes dans des réseaux brillants. Dans les structures de potentiel lumineux que constituent les mélasses grises, les atomes de Césium sont refroidis à des températures particulièrement basses (800 nK) car ils sont piégés dans des états où ils ne subissent pratiquement plus l'influence de la lumière. L'addition d'un fort champ magnétique statique transforme alors la structure de potentiel vue par l'atome en un paysage de collines régulièrement séparées par des vallées plates. Dans ce nouvel environnement dénommé réseau gris, le comportement dynamique des atomes devient inhabituel : ils rebondissent de plot en plot comme des billes de flipper. Les réseaux brillants, en comparaison, présentent une structure de potentiel en forme de fosses (puits de potentiel) dans lesquelles les atomes restent piégés. C'est pour étudier plus en détail la dynamique atomique dans ces réseaux brillants que nous avons mis au point la technique spectroscopique de "transitoire cohérent". Grâce à son très bon rapport signal sur bruit et une sélectivité en fréquence accrue, cette technique nous a permis d'attribuer à l'anharmonicité du potentiel la majeure partie de la relaxation du mouvement oscillatoire des atomes dans les puits. Par ailleurs, elle a permis une étude quantitative du transport atomique dans les réseaux brillants.

Ce mémoire présente l'étude du refroidissement d'atomes par laser en présence d'un champ magnétique transverse faible (effet Sisyphe magnétique) sur une transition J = 1 → J' = 1. La première partie de ce travail est consacrée à l'optimisation d'un jet supersonique d'hélium métastable sur lequel nous avons effectué nos expériences de refroidissement laser. L'optimisation du jet en vue de piéger les atomes dans un piège magnéto-optique est aussi décrite. La deuxième partie consiste en une description de l'effet Sisyphe magnétique sur l'hélium métastable. Après une présentation qualitative du mécanisme mettant en jeu l'effet Sisyphe magnétique, nous discutons les résultats expérimentaux à la lumière de calculs théoriques détaillés.

Nous étudions théoriquement la dynamique non linéaire d'atomes refroidis et piégés dans un réseau optique dissipatif et plus particulièrement les phénomènes de transport spontané et stimulé induits par le bruit.<br /><br />Nous distinguons deux classes d'atomes, respectivement piégés et non-piégés dans les puits de potentiel, aux comportements très différents. Cette distinction permet de comprendre précisément le comportement des distributions de vitesse ainsi que les propriétés du transport spontané (diffusion spatiale) dans un domaine de paramètres allant du régime sautant au régime oscillant.<br /><br />Des phénomènes de transport stimulés sont étudiés dans le régime intermédiaire entre les régimes sautant et oscillant où les temps typiques du mouvement hamiltonien et des phénomènes dissipatifs sont comparables. Nous caractérisons les modes de propagation Brillouin ainsi que leurs mécanismes d'excitation. Nous montrons que ceux-ci donnent lieu au phénomène de résonance stochastique qui correspond à la synchronisation du mouvement hamiltonien et des processus dissipatifs. Nous étudions enfin un rochet atomique temporel correspondant à un mouvement dirigé induit par la brisure de la symétrie temporelle.