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.

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.

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.

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.

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.

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Un spectromètre imageur pour l'astronomie conçu spécifiquement pour être utilisé au télescope de 1.6 m de l'observatoire du mont Mégantic a été réalisé sur la base d'un interféromètre de Michelson. Un spectre pour chacun des quelques 1.4 millions de pixels que contient l'image peut être obtenu par le calcul de la transformée de Fourier des interférogrammes. Ceux-ci sont recueillis sous la forme d'une série d'images panchromatiques de la scène prises à différentes valeurs équidistantes de différences de parcours optiques dans l'interféromètre. Cette façon de faire confère à l'instrument un caractère distinctif dans l'ensemble des concepts de spectromètres imageurs existants puisque, pour la totalité de la mesure, toute la lumière de la scène dans le champ de vue alloué au détecteur est captée et ce pour la pleine étendue spectrale de celui-ci. Ce pouvoir de collection de lumière inégalé présente à la fois des avantages et des inconvénients qui sont discutés dans le présent document. L'instrument, baptisé SpIOMM, qui résulte de ces travaux est au moment de sa mise en service le premier du genre au monde à produire des résultats scientifiques dans la bande du visible (350 - 900 nm).

La dérivation de modèles analytiques/théoriques pour étudier des comportements complexes est primordiale dans la compréhension de n'importe quel problème. Ces modèles permettent de comprendre la dynamique en place et peuvent aussi permettre de faire des prédictions qui sont souvent fort utiles lors du design d'une expérience particulière. Ainsi, en optique, plus particulièrement en propagation d'impulsions dans une fibre optique, ces modèles se sont révélés particulièrement importants pour l'étude et la découverte de certains phénomènes comme les ondes solitaires présentes en « Dispersion Management » par exemple. Des méthodes analytiques approchées doivent souvent être utilisées pour étudier des comportements qui sortent des cas idéaux et le but de cette thèse est justement d'attaquer divers types de propagation non-linéaire d'impulsions dans une fibre optique par le biais de la même technique, soit la méthode des moments. Nous nous sommes ainsi lancés dans l'application de cette méthode pour étudier les impulsions dites « self-similar ». Par la suite, nous nous sommes attaqués aux «dispersion managed solitons (DMS) » pour finalement compléter notre étude en dérivant des lois de propagation simples mais précises pour prédire le comportement d'une impulsion quelconque lorsque soumise à divers effets linéaires et non-linéaires d'ordre supérieur. Nous avons toujours clairement démontré la justesse de nos équations et ainsi prouvé que cette méthode, très simple d'utilisation, permet de rapidement étudier divers phénomènes complexes.

Nous modifions l’algorithme non supervisé de Kohonen sur la base de considérations biologiques, dans le double intérêt d’améliorer ses performances de modélisation et d’enrichir sa valeur de modèle théorique d’auto-organisation neuronale. À chaque étape de nos recherches sur l’auto-adaptativité et la topologie des cartes de Kohonen, nous intégrons nos conclusions à un algorithme opérationnel : version normée, multirythmique et auto-instruite. Deux nouvelles fonctions sont introduites : l’Attractivité locale AintL inspirée du « Growing Neural Gas network »(GNG) et la Connaissance Cint, qui permettent de réduire l’erreur de modélisation jusqu’à 80% de l’erreur standard. L’extension du cadre classique d’étude de la topologie petit-monde, récemment décou- verte dans quantité de réseaux, à la théorie de l’information, nous permet par ailleurs de mettre en lumière le lien temporel entre structure (topologie) et fonction (apprentissage et connaissance) du système de neurones. / Using biological understanding we have modified the unsupervised Kohonen algo- rithm, with two aims : to improve the performance of modelisation and to make this theoretical model of neural self-organisation more realistic. At various stages during our research into the auto-adaptivity and topology of Kohonen maps, we implemented our findings into practical algorithms creating normalised, multirhythmic and self-instructed versions. Two new functions are introduced : local attractivity AintL , inspired from Growing Neural Gas networks (GNG), and knowledge Cint. Using these, modelisation error is reduced by up to 80% of the standard error. Guided by recent work that shows small-world topologies exist in a large number of networks, we have extended this classic approach to information theory. This has highlighted the temporal link between structure (topology) and function (learning and knowledge) in the neural system.

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.