Au milieu des années 90, un nouveau type de fibre optique présentant des propriétés de guidage inédites pour des fibres de silice est apparu : les fibres optiques à gaine trouée (FGT). Cette thèse présente nos travaux portant sur le développement de composants photoniques basés sur ce nouveau type de fibre. En particulier, trois fibres très différentes ont été fabriquées, modélisées et caractérisées dans le cadre de ces travaux de doctorat: une FGT infiniment monomode ayant une bonne compatibilité modale avec les fibres à saut d'indice monomodes conventionnelles, une FGT hautement non-linéaire et biréfringente ayant des propriétés de dispersion appropriées pour être utilisées en conjonction avec un laser à impulsion brèves Ti:Saphir et finalement une FGT double-gaine large-mode dopée Ytterbium. La méthode de fabrication que nous avons développée pour la réalisation des différents types de fibres est présentée de même que le principe de fonctionnement du logiciel de simulation basé sur la méthode des différences finies dans le domaine spectral qui nous a servi à modéliser les propriétés physiques de nos fibres. La possibilité offerte par la technologie des FGT de concevoir des fibres optiques infiniment monomodes de l'ultraviolet à l'infrarouge constitue une des propriétés les plus surprenantes des FGT. Une méthode permettant d'effectuer des épissures impliquant de telles fibres à l'aide d'une fusionneuse à arc électrique conventionnelle est expliquée et, pour la première fois, une étude quantitative portant sur la solidité de ces épissures et des pertes qui leur sont associées est présentée. La réalisation d'épissures entre une FGT infiniment monomode et une fibre monomode à saut d'indice conventionnelle de même qu'entre deux sections de FGT identiques a été investiguée. Les FGT peuvent aussi être conçues de manière à ce qu'elles aient une très petite aire effective et un zéro de dispersion décalé vers les courtes longueurs d'onde. Nous avons fabriqué une telle fibre hautement non-linéaire et biréfringente ayant un cœur de dimensions adéquates pour obtenir un zéro de dispersion située à 705 nm et 735 nm pour les axes rapide et lent respectivement. Cette fibre a été utilisée pour investiguer la génération de supercontinuum dans un contexte de pompage en régime de dispersion anomale par des impulsions brèves. Nos résultats expérimentaux démontrent de façon visuellement claire que le mécanisme responsable de l'élargissement spectral initial dans de telles conditions de pompage est la fission de solitons d'ordres supérieurs en solitons fondamentaux décalés vers le rouge accompagnés de radiation non-solitonique décalée vers le bleu. Une étude portant sur l'influence de l'intensité injectée ainsi que l'orientation de la polarisation de la pompe sur les caractéristiques du supercontinuum résultant est aussi présentée. Un domaine de recherche pour lequel les propriétés nouvelles des fibres à gaine trouée sont d'un intérêt considérable est sans contredit le développement de sources laser fibrées pour les applications haute-puissance. Nous présentons un design original de fibre active double-gaine large-mode dopée Ytterbium que nous avons fabriquée et caractérisée en configuration laser. Les performances de ce laser sont analysées et diverses avenues pour améliorer ses performances sont proposées. / A new kind of optical fiber presenting quite unusual guiding properties for silica-based fibers has appeared in the mid 1990's: the Photonic Crystal Fiber (PCF), also known as Holey Fibers. This thesis presents our work on the development of photonics components based on these new fibers. Three very different fiber designs have been fabricated, modeled and characterized in this research project: an endlessly singlemode PCF featuring a good modal compatibility with standard step-index singlemode fibers, a highly nonlinear and birefringent PCF whose dispersion characteristics are well suited for being pumped by a Ti:Sapphire femtosecond laser and finally, an Ytterbium-doped large mode area doubleclad PCF. The fabrication method for ail these fiber designs is presented as well as the operation principle of the modeling tool based on the finite-difference frequency-domain we developed to model the physical properties of these fibers. One of the most striking properties of the PCF technology is the fact that these fibers can be designed to be endlessly singlemode from the ultraviolet to the infrared. A splicing procedure adapted to splice such fibers by using standard electric-arc fusion splicers is demonstrated and, for the first time, a quantitative study on the strength of the resulting splices as well as their losses is presented. We have successfully achieved low-loss splices between our endlessly singlemode PCF and conventional step-index singlemode fiber as well as between two identical sections of PCF. Holey fibers can also be designed to have a very small effective area and a zero dispersion wavelength shifted toward shorter wavelengths. We have fabricated such a highly nonlinear and birefringent fiber whose core dimensions lead to zero dispersion wavelengths located at 705 nm and 735 nm for the fast and slow axes respectively. This fiber has been used to investigate supercontinuum generation by femtosecond pulses pumping in the anomalous dispersion regime. Our experimental results demonstrates in a visually clear fashion that the fundamental mechanism leading to the initial spectral broadening in this particular pumping scheme is the fission of higher-order solitons into multiple redshifted fundamental solitons along with blueshifted non-solitonic radiation. The influence of both the injected intensity and the input polarization orientation on the resulting supercontinuum is presented and discussed. A research field for which the novel properties achievable by holey fibers are of great interest is the field of fiber laser sources for high power applications. We present a new design of an Ytterbium-doped large-mode-area double-clad holey fiber we have fabricated and characterized in laser configuration. The performances achieved by this laser are analyzed and different modifications to the fiber design that would improve its performances are proposed.

Le présent projet de recherche porte sur l’étude d’un amplificateur à fibre à double gaine codopée à l’erbium et l’ytterbium de haute puissance. Le but premier du projet est de concevoir un outil de simulation capable de prédire adéquatement les performances expérimentales de tels amplificateurs en régime continu. Tout d’abord, un outil de simulation permettant de modéliser l’amplification de la lumière dans une fibre optique est développé et implémenté numériquement avec le langage de programmation C++. Ce modèle est conçu de façon générale et s’applique à tout type d’amplificateur et de laser à fibre où la structure énergétique du dopant est connue. Ensuite, la caractérisation expérimentale complète d’une fibre optique dopée est effectuée. Ces mesures sont nécessaires pour déterminer les paramètres d’entrée des simulations. Des mesures expérimentales sont également effectuées pour caractériser les performances d'un amplificateur et de lasers à fibre erbium/ytterbium. Dans la dernière partie du travail, nous comparons l’outil de simulation aux mesures expérimentales d’amplification. Avant de considérer une fibre codopée à l’erbium et l’ytterbium, nous avons préalablement validé notre modèle avec la littérature et avec le cas simple d’un laser à fibre à double gaine dopée seulement à l’ytterbium. Notre modèle a ensuite été développé précisément pour le système erbium/ytterbium suivant une structure énergétique simple éliminant le nombre de paramètres à corréler. Ensuite, tel que justifié dans notre mémoire, nous avons ajusté le taux de transfert entre l’ytterbium et l’erbium pour obtenir une excellente corrélation entre les simulations et les résultats expérimentaux d’amplificateur erbium/ytterbium de haute puissance. Nous avons constaté que la section efficace d’émission de l’ytterbium prédite par la relation de McCumber est largement surestimée dans l’erbium/ytterbium. Nous avons aussi vérifié que notre modèle ainsi ajusté permet de prédire adéquatement les performances d’amplificateurs erbium/ytterbium dans des configurations variées. / The main purpose of this project is to predict the behaviour of a high power double cladding erbium/ytterbium fibre amplifier in continuous wave operation using a simulation tool. A software simulating the amplification of light in a doped optical fibre has been developed and implemented numerically using the C++ computer language. This general model is suitable for any amplifier or laser scheme with a given active ion. The doped fibres used in the project have been characterized experimentally to determine the input parameters for the simulation. Experiments have also been conducted to measure the performance of such doped fibres in laser and amplifier configurations. We subsequently focus on comparing experiments and simulations. We first validate our software with results from scientific papers and with experimental data for the simple case of an ytterbium doped fibre laser. A simulation model is then developed for an erbium/ytterbium system using a simple energy level scheme reducing the number of parameters to adjust. The transfer rate between ytterbium and erbium atoms is fitted using experiments, which results in an excellent agreement between simulations and experiments. The resulting simulation software is then able to predict experimentally the performance of a high power double clad erbium/ytterbium amplifier in different configuration schemes. A new fact arises from our investigation: the emission cross-section of ytterbium in an erbium/ytterbium codoped fibre happens to be much smaller than that predicted by the McCumber theory.

Ce mémoire sur le spectromètre imageur à transformée de Fourier SpIOMM développé pour l'observatoire du Mont Mégantic a pour but de valider les résultats astronomiques obtenus avec l'instrument. D'une part, un outil de simulation a été développé pour étudier les erreurs expérimentales et leurs effets sur les données. D'autre part, un cube de données de 328 images de la nébuleuse planétaire NGC 6853 (M27) obtenu à l'été 2004 a été comparé aux publications antérieures relatives à cet objet. Nous établissons une carte spectrale complète pour M27 avec une résolution de 175cm"1 (R=80 à 656 nm). Tant en imagerie qu'en spectroscopie, les données sont de bonne qualité, malgré la présence de certaines aberrations. Nos images se comparent à celles du VLT et une image inédite de l'émission centrale de la raie de Hell est présentée. Nos spectres sont en bon accord avec ceux déjà publiés. / This essay on the imaging Fourier transform spectrometer SpIOMM designed for the Mont Mégantic Observatory has the purpose of demonstrating the validity of the astronomical data collected with the instrument. On one hand, a simulation tool was developed to study the experimental errors and their effect on the spectra. On the other hand, a data cube of 328 images of the planetary nebulae NGC 6853 (M27) was compared to previous publications relative to this object. We establish for M27 a complete spectral map having a resolution of 175cm"1 (R=80 at 656 nm). The astronomical data is of good quality, both in imagery and spectroscopy, in spite of certain peculiarities. Our images compare to the one obtained with the VLT and an unprecedented image of the central Hell emission is presented. Note that our spectra are in good agreement with those published in the past.

Dans le cadre d'une campagne d'observation d'étoiles chaudes massives avec le satellite ultraviolet FUSE, plus de 700 spectres visibles d'un échantillon de 200 étoiles massives ont été recueillis avec le télescope du mont Mégantic entre 1999 et 2002. Actuellement la méthode de classification des étoiles OB est qualitative et manque de précision. La banque de spectres des étoiles massives est également dépourvue d'un large échantillon de données ce qui vient appauvrir la caractérisation des étoiles OB. Cette classification a des conséquences, entre autres, sur le développement des codes d'atmosphère stellaire et des codes de synthèse spectrale évolutive des jeunes populations stellaires. Au cours de ma maîtrise, j'ai donc introduit une certaine uniformité dans les critères de classification des étoiles OB à l'aide des données obtenues au mont Mégantic. De cette étude, je conclus qu'il est possible d'obtenir une classification valide des étoiles OB à l'aide de critères quantitatifs. Les raies d'hydrogène, d'hélium et de magnésium permettent en effet d'effectuer cette classification quantitative. Toutefois, une vérification à l'aide de critères qualitatifs sera toujours nécessaire. / As a part of a hot, massive stars observing campaign with the ultraviolet satellite FUSE, more than 700 spectra of 200 massive stars, in the visible range, were gathered with the mont Mégantic telescope between 1999 and 2002. The current classification method for OB stars is qualitative and lacks precision. The number of spectra of massive stars is also limited, which worsens the characterization of OB stars. The classification of massive stars has an impact on several aspects, including the development of stellar atmosphere codes and evolutionary spectral synthesis codes for young stellar populations. During my master's degree, I have standardized the criteria used in the classification of OB stars using the mont Mégantic data. I can conclude from this study that it is possible to obtain a valid classification of OB stars using quantitative criteria. The hydrogen, helium and magnesium lines make in fact this quantitative classification possible. However, one has to keep in mind that qualitative criteria will always be a necessity.

On présente un algorithme qui permet d'obtenir une représentation multirésolution pour des images qui soit invariante sous rotation. Cette représentation est obtenue en effectuant d'abord un échantillonnage polaire, puis en appliquant une version modifiée de l'algorithme rapide de la transformée en ondelettes à deux dimensions. La représentation est redondante dans la direction angulaire et orthogonale dans la direction radiale. Un algorithme permettant de passer de la représentation à l'image de départ est aussi présenté. On inclut un exemple de traitement d'une image. La représentation de trois orientations de cette image est comparée avec deux représentations non-invariantes sous rotations qui proviennent respectivement de l'application de la transformée en ondelettes avec et sans l'étape préalable d'échantillonnage polaire. Il a été montré que la représentation est bien invariante sous rotation pour toutes les rotations de l'image utilisée, que la reconstruction est exacte et que les coefficients de la représentation proviennent de la transformée en ondelettes des différentes orientations de l'image.

Dans cette thèse nous expliquons comment pourraient être produites, dans le vide, des impulsions d'électrons relativistes ultrarapides. Le schéma d'accélération proposé tire profit du champ électrique longitudinal d'un faisceau laser spécial nommé faisceau TMQI ("TM" pour "Transverse Magnetic"). En résolvant les équations de Maxwell-Lorentz dépendantes du temps, il apparaît qu'un nuage d'électrons initialement au repos à l'étranglement d'une impulsion TMOi de quelques cycles peut potentiellement être accéléré à des énergies relativistes. Pour des puissances laser multitérawatt (1012 W) - le seuil pour que des accélérations notables se produisent - des énergies cinétiques allant d'une dizaine de keV à quelques dizaines de MeV sont prédites. Les électrons ainsi accélérés formeraient, sur l'axe du faisceau laser, un dense paquet faiblement divergent dont la durée atteindrait, dans certains cas, quelques centaines de zeptosecondes (10~21 s). Le problème de l'accélération en cascade est aussi abordé : il est démontré qu'ainsi des énergies de l'ordre du GeV seraient accessibles avec des puissances laser pétawatt (1015 W). Ces impulsions brèves d'électrons relativistes pourraient trouver de multiples applications biomédicales et scientifiques, notamment en ce qui concerne la production de rayons X pour la radiothérapie et, éventuellement, pour sonder des phénomènes atomiques et subatomiques avec une résolution temporelle sans précédent.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Les résultats présentés dans cette thèse portent sur la caractérisation de la distribution transversale d'intensité des faisceaux laser, de la distribution temporelle des impulsions laser femtoseconde et du couplage linéaire existant entre ces propriétés pour des impulsions laser suffisamment brèves. En premier lieu, nous avons développé une méthode de décomposition des faisceaux laser continus ayant une symétrie cylindrique en ondes constituantes possédant une symétrie cartésienne. Cette approche a permis d'établir une méthode de caractérisation des faisceaux à symétrie cylindrique qui utilise uniquement des paramètres quadratiques moyens (rms) unidimensionnels cartésiens. En plus du facteur de propagation M2c des ondes constituantes, un nouveau paramètre invariant en propagation libre, le facteur de qualité Q, a été défini. Ce dernier permet de quantifier le caractère non-diffractant d'un faisceau laser à l'intérieur de sa zone d'interférence géométrique. Cette approche a permis de mettre en évidence un lien asymptotique entre les faisceaux Laguerre-Gauss et les faisceaux Hermite-Gauss. Cette approche permet aussi de décrire quantitativement le caractère non-diffractant des faisceaux similaires aux faisceaux Bessel. En second lieu, nous avons considéré la caractérisation paramétrique d'impulsions laser brèves en utilisant un facteur de propagation noté P2. Ce facteur a été défini en utilisant l'analogie entre la propagation paraxiale de faisceaux laser et la propagation d'impulsions brèves dans un milieu dispersif. Ce facteur représente le produit entre la durée et la largeur du spectre optique des impulsions exprimées en terme de paramètres quadratiques moyens. Ces derniers peuvent être mesurés sans recourir à une méthode de caractérisation complète du profil de phase des impulsions ou à des hypothèses ad hoc. Les impulsions femtoseconde d'un laser à saphir dopé au titane ont été utilisées pour déterminer une méthode de mesure fiable du facteur P à partir d'un spectromètre à réseau et d'un autocorrélateur par absorption à deux photons. En dernier lieu, nous avons utilisé le profil radial résolu en fréquence dans le but d'étudier le couplage entre la diffraction et la forme temporelle pour des impulsions laser suffisamment brèves. Ce couplage de nature linéaire a été étudié dans le cas particulier des paquets d'ondes non-diffractants coniques, c'est-à-dire des faisceaux Bessel poly-chromatiques produits avec des impulsions femtoseconde. Une représentation spatiale-spectrale a permis de mettre en évidence l'origine du remodelage spectral qui modifie la forme temporelle hors axe des impulsions

Les données C+Mg à 53 et 95 MeV/nucléon de la troisième campagne INDRA ont servi de support à l'extraction des résonances des produits du quasi-projectile pour les réactions périphériques. Les caractéristiques du montage sont présentées afin de fixer les capacités de l'analyse. Une première observation des données démontre leur potentiel. La configuration de la matrice a permis de bien détecter les collisions périphériques de la réaction. Des résonances du 12C et du 10C ont été mises en évidence à l'aide de fonctions de corrélation en énergie cinétique à plusieurs corps. Les sections efficaces de ces résonances ont été extraites. Une analyse plus générale avec une reconstruction simple du quasi-projectile a démontré que le processus de réaction d'éjection (knock out) semble plus important lorsque l'énergie de faisceau est plus grande. Pour un regroupement de somme des charges et des masses des particules chargées du quasi-projectile, la population des voies suit une tendance exponentielle selon le Q de réaction de la voie. Un système se désexcitant de façon thermique présentera nécessairement cette tendance. Plusieurs résonances de systèmes riches en protons sont observées suggérant que la réaction exploite une vaste gamme d’isotopes entre la collision et la désexcitation finale du système.

Les processus de radioluminescence, phénomène aussi appelé scintillation, sont plutôt bien décrits théoriquement, que ce soit pour les matériaux organiques que pour les matériaux inorganiques. Cependant, le cas des structures non-cristallines dopées d'ions de lanthanides présente des particularités surprenantes. On présente l'étude des spectres d'émission par radioluminescence qui montrent des raies spectrales dues à une propagation d'exciton, ce qui devrait correspondre à des structures cristallines. Après avoir exposé les différentes théories liées à l'excitation des matériaux et à leur production de lumière, l'hypothèse d'un procédé de fluorescence induite par radioluminescence est proposée comme une excitation optique des ions trivalents de lanthanides par la radioluminescence émise par le matériau irradié. Différents calculs et simulations numériques ont permis de prédire le comportement des matériaux soumis à des particules ionisantes, telles que des y ou des ions accélérés. Plusieurs matériaux, comme l'ED2 dopé de néodyme (NdIV:ED2) ou le verre poreux dopé d'erbium (ErIV:VP), sont aussi étudiés expérimentalement. Un échantillon de titane saphir (Ti:Sa) a été utilisé comme référence en raison de sa structure cristalline. L'étude expérimentale de ces matériaux exposés à des ions de H2+ , de 4He++ et de 12C ++ permet d'observer la fluorescence induite par radioluminescence, ainsi que d'évaluer son intensité relative par rapport aux faisceaux incidents. Une étude de temps de vie de certaines des transitions atomiques concernées, ainsi que de leur dépendance à l'intensité de l'exposition permet d'envisager quelques applications, que ce soit pour des détecteurs à particules ionisantes émettant dans l'infrarouge, ou que ce soit pour de l'excitation ionisante pour le pompage laser. / Two processes explain radioluminescence of organic and inorganic materials. Exposition of organic materials to ionising particles leads to the excitation of the molecules of the matrix. The relaxation leads to photon emission. In the case of the inorganic materials a self-trapped exciton (STE) propagates in the crystal until it reaches and excites an impurity; the relaxation of this impurity may be radiative. We observed that lanthanides (ErlV or NdIV) doped materials (porous or ED2 glasses) show some characteristic emission rays. The spectra are quite similar to the expected ones for inorganic materials, although these materials are organic. We developed a model describing how the radioluminescence of the organic materials excites the lanthanide ions, and then the observed radioluminescence emission spectra can be explained by the Judd-Ofelt theory. Several materials have been studied: erbium doped porous glass (ErIV:PG), neodymium doped ED2 glass (NdIV:ED2), and also a sample of titan sapphire (Ti:Sa) as a comparison sample for inorganic materials. These samples have been exposed to H2+ , 4He++ , 12C ++ ions accelerated up to 4.1MeV with a Van de Graaff accelerator. The emission spectra have been measured and a study of the luminescence Lifetime of the material has been made. Luminescence Lifetime of the characteristic rays is dependent of the radiation dose. These observations allow us to conclude that the lanthanide ions are well excited by the standard radioluminescence of the undoped material. Also, studies have been made as a function of the deposited energy to investigate the potential applications.

La modulation d'intensité des faisceaux en radiothérapie externe (IMRT) permet de réaliser des plans de traitements plus conformes au volume cible tout en épargnant davantage les structures plus sensibles à la radiation. Cependant, la réalisation de tels plans nécessite une utilisation accrue de segments, générés par le collimateur multilames~(MLC), et d'unités moniteurs (UM) par rapport à la technique conventionnelle. Il en résulte des inconvénients comme une augmentation de la contribution du diffusé à la dose, plus d'incertitudes pour le calcul de la dose, une sensiblité plus grande aux mouvements intra-fractions et des ressources plus importantes pour planifier un plan de traitement. Dans un tel contexte, des plans ont été réalisés à l'aide du logiciel Ballista pour la région tête et cou. Ce logiciel utilise des champs prédéterminés et offre la possibilité d'optimiser l'orientation des faisceaux. / Dans le but d'offrir des plans de qualités dosimétriques comparable au plan d'IMRT, l'ajout de segments prédéterminés non anatomiques a été réalisé pour les plans balistiques. Avec des corrections manuelles du MLC, il s'est avéré possible de générer des plans comparables à ceux réalisés en IMRT, et ce avec moins de segments et d'UM. Au total, 11 cas ont été réalisés selon cette approche. De plus, la robustesse des deux méthodes de planification à l'amaigrissement du patient et aux erreurs de position du collimateur multilame a été abordée. En IMRT classique, aucune optimisation de l'orientation des faisceaux est réalisée, une distribution coplanaire équidistante est employée. L'impact de l'utilisation des incidences, suggérées par Ballista, a aussi été étudié sur les plans d'IMRT.