Les axicons, introduits par McLeod en 1954, sont de plus en plus utilisés en recherche à cause des nombreuses applications qu'ils rendent possibles. Un axicon est un composant optique qui transforme une onde provenant d'un point source situé sur son axe de révolution en une longue ligne focale. Les axicons les plus courants prennent la forme de lentilles ou de miroirs coniques qui engendrent des faisceaux Bessel. Nous débutons par une description des propriétés des axicons et des faisceaux qu'ils produisent. Nous poursuivons avec l'identification et la vérification des paramètres principaux des axicons réfractifs permettant de confirmer si ces composants possèdent les caractéristiques attendues. Il s'avère que les axicons réfractifs possèdent souvent des défauts, particulièrement près de leur centre où il y a une discontinuité dans leur profil. Nous présentons ensuite une méthode interférométrique permettant de tracer le profil d'axicons formés par des lentilles coniques; cette méthode est basée sur l'interférence entre le faisceau Bessel produit par l'axicon et une onde de bord générée par la diffraction sur une ouverture dure. Dans notre expérience, l'ouverture est un iris de diamètre variable placé devant l'axicon. Le profil d'intensité sur l'axe est ensuite utilisé afin de déterminer la phase du faisceau qui a traversé l'axicon; celle-ci permet de reconstituer le profil de l'axicon. Nous terminons avec une application récente des axicons, soit la production de bouteilles optiques.

Mon projet de maîtrise visait le développement d'un dosimètre à fibre scintillante pour la curiethérapie. Ce dosimètre permettrait de faire face plus aisément aux cas complexes d'irradiation, de plus en plus fréquents en raison de l'arrivée de nouvelles modalités de traitement. Le dosimètre à fibre scintillante al' avantage de posséder un petit volume sensible, d'être équivalent à l'eau et d'être peu coûteùx. Ce mémoire présente donc le processus de conception d'un nouveau type de dosimètre. Des mesures effectuées à l'aide de l'équipement de traitement du centre de radio-oncologie de l'Hôtel-Dieu de Québec montrent en effet la capacité d'effectuer des mesures de profil et de rendement en profondeur pour un faisceau de photons. Des mesures de dose in vivo pour un traitement de curiethérapie sont aussi présentées.

L'objectif premier de ce projet de maîtrise consiste à développer un nouveau microscope confocal multimodal rapide adapté à l'imagerie fonctionnelle des cellules neuronales. Un microscope a été dessiné, construit et testé au Centre de Recherche Université Laval - Robert-Giffard (CRULRG) à Québec. Ce mémoire présente les différents aspects du développement du microscope (design optique et électronique) ainsi que les résultats des tests d'imagerie effectués sur des neurones en culture. Selon le marqueur chimique ainsi que la modalité de microscopie utilisée, nous avons observé une corrélation entre les variations du signal optique et du potentiel transmembranaire ou de l'activité calciques des neurones. Cet outil ouvre la porte à de nouvelles experiences en permettant l'observation de l'activité neuronale dans un grand volume et de facon non-invasive, contrairement à la technique actuelle appelée 'patch-clamp'. / The main goal of this master's project is to develop a novel video rate multimodal laser scanning microscope specifically designed to perform functional imaging of neuronal cells. A microscope was designed, built and tested at the Centre de Recherche Universite Laval - Robert Giffard (CRULRG) in Quebec City. This thesis summarizes the system implementation choices we made (optical design, electronics) in order to achieve our imaging goals. Results showing the correlation between the optical signal variations and the cell transmembrane potential or calcic activity changes are presented. This tool opens the door to new experiments, allowing for non-invasive observations of cell activity over a large volume thus overcoming important limitations of the established 'patch-clamp' technique.

On propose un scénario pour influencer le mouvement atomique dans un billard optique sous des conditions où le chaos classique est présent. Puisque la frontière du billard est tracée par le balayage rapide d un faisceau laser, donnant naissance à une barrière de potentiel statique, le mouvement des atomes confinés à l'intérieur peut être influencé par la modification dynamique du faisceau optique. Nos simulations numériques réalistes considèrent l'effet de la pénétration des trajectoires dans la barrière de potentiel, tel que la perte d 'intégrabilité pour certaines géométries d'enceinte. En particulier, on étudie le processus d 'échappement atomique lorsque l'intensité de la barrière de potentiel est abaissée sous l'énergie cinétique des atomes. En sélectionant différentes géométries, notre approche passe par des conditions allant du régime mixte au régime entièrement chaotique. L'analyse est faite pour des longueurs d'onde de De Broglie allant de l'échelle classique à l'échelle quantique et une correspondance est établie entre les deux échelles. Les notions acquises pourraient offrir un nouvel outil pour tester des questions fondamentales à la frontière du chaos classique et quantique.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Au cours de nos recherches, nous avons travaillé sur deux types de lasers à fibre : le laser à solitons ainsi que le laser à impulsions étirées. Les impulsions (ou solitons) produites par de tels lasers possèdent une durée de l'ordre de cent femtosecondes. Il est connu qu'une augmentation de la puissance pompe dans de telles cavités favorise la formation d'impulsions multiples. Ces impulsions interagissent entre elles en raison de la non-linéarité inhérente aux fibres optiques formant la cavité. Nos travaux portaient donc sur l'étude de ces interactions de solitons aux niveaux expérimental et théorique. Dans le cas du laser à solitons, nous montrons que deux types d'interaction existent entre les solitons. Le premier est une interaction par recouvrement direct basée sur la modulation croisée de phase et d'amplitude qui permet la formation d'un état lié ultra-rapproché (500 fs) de solitons. Le deuxième est une interaction par l'entremise des ondes dispersives émises par les solitons qui mène à la formation de plusieurs états liés de solitons avec des séparations de l'ordre de quelques picosecondes. Nous montrons que le gain détermine quel type d'interaction forme les états liés dans une cavité laser donnée. Nous étudions ensuite l'effet de la dispersion d'ordre trois sur ces deux types d'interaction et montrons, qu'en raison de l'asymétrie des résonances spectrales de Kelly, une seule résonance dominante gère l'interaction par les ondes dispersives. Dans le cas du laser à impulsions étirées, nous obtenons un seul état lié. Nous montrons que cet état lié est attribuable à une interaction non cohérente qui vient en fixer la séparation. Cette interaction se produit par l'entremise de la modulation de phase et d'amplitude croisée au moment où les deux solitons se recouvrent en leur point d'étirement maximal dans la cavité. Lorsque plus de deux solitons sont présents dans la cavité, nous obtenons des cas dynamiques pour lesquels un groupe de deux solitons et un soliton unique entrent en collision. Nous sommes en mesure d'expliquer ces comportements à l'aide de deux mécanismes : l'autodérive de fréquence et la dérive croisée de fréquence, induites toutes deux par l'effet Raman.

La théorie des champs conformes est une théorie de champs quantiques obéissant à la symétrie conforme. Elle a trouvé des applications dans l'étude des phénomènes de transition de phases ainsi qu'en théorie des cordes . Étant donnée l'importance de la supersymétrie en théorie des cordes et physique des particules en général, il est dès lors naturel de rechercher des modèles de champs conformes obéissant à la supersymétrie. Dans ce mémoire, une généralisation supersymétrique d'un de ces modèles (la théorie des champs confornles parafermioniques) a ainsi été construite. Il a ensuite été vérifié que ce nouveau modèle respectait bien les contraintes d'associativité. Finalement, des paramètres de la théorie ont été calculés de deux manières différentes afin de s'assurer de la cohérence du modèle.

Le multidétecteur Héraclès est un assemblage de plusieurs détecteurs utilisés pour l'étude des collisions d'ions lourds. Plusieurs types de scintillateurs (BaF2 , Csl et scintillateurs plastiques (phoswich)) sont utilisés. La lumière émise par un scintillateur doit être recueillie par un photomultiplicateur pour être transformée en courant électrique et être amplifiée par un facteur pouvant aller jusqu'à 1000000. Les dernières expériences d'Héraclès ayant été grandement affectées par la variation du gain de ces dispositifs, il devenait impératif de développer un système permettant de contrôler la stabilité du gain des photomultiplicateurs. Plutôt que d'empêcher le gain des détecteurs de changer, il a été choisi de mesurer la variation de gain et de corriger les données a posteriori. Le système créé pour arriver à cette fin se sert d'un générateur d'impulsions électroniques qui alimente des diodes électroluminescentes. Le signal lumineux créé par les DEL est acheminé à l'aide de fibres optiques aux différents scintillateurs.

Cette thèse présente l'utilisation des électrons de basses énergies (< 100 eV) pour la modification chimique de polymères. Le travail porte sur la dégradation sous impact électronique de couches minces polymères, de l'ordre nanométrique, sur des substrats métalliques. L'étude de la dégradation a été effectuée par spectrométrie de masse, permettant ainsi l'identification des groupements chimiques résultant de l'interaction électrons-molécules et émis de la surface du matériau irradié. Trois polymères ont été choisis pour cette étude, soit le poly (téréphtalate d'éthylène), le polystyrène et un fluoropolymère biomédical conçu comme couche de protection contre les agents dégradants sur les endoprothèses vasculaires. Les deux premiers polymères ont été sélectionnés afin d'étudier le vieillissement d'un diélectrique et la faisabilité d'un procédé de modification de surface permettant un contrôle précis des altérations chimiques suite au bombardement, tout en évitant l'implantation ionique. Dans le cas du fluoropolymère, l'étude par impact électronique de basses énergies a permis de simuler les conséquences de l'interaction des rayons X servant en imagerie avec le milieu organique environnant ou le métal constituant la prothèse. Cette interaction produit des électrons de basses énergies qui occasionnent une dégradation du fluoropolymère dont les produits peuvent être toxiques à la santé du patient. Les résultats démontrent que l'irradiation électronique produit une émission anionique selon deux mécanismes distincts. L'attachement dissociatif d'électrons est caractérisé par un processus résonant avec formation d'un anion temporaire excité dont l'énergie de maximum de rendement d'émission a été évaluée en dessous de 15 eV dans le cas des trois matériaux. Le second processus de production anionique est principalement caractérisé par une rupture directe non résonante de la liaison moléculaire (dissociation dipolaire) dont les énergies de seuil sont supérieures aux énergies de maximum de rendement de l'attachement dissociatif. Les fonctions d'émission cationique ne présentent aucun maximum d'émission caractéristique de l'attachement dissociatif et indiquent que seuls les processus non résonants produisent des ions positifs lors de la dégradation électronique. Suite aux résultats obtenus, des processus de dégradation sont suggérés, expliquant les mécanismes de dégradation de ces polymères sous irradiation électronique de basses énergies.

Ce mémoire présente la mise en fonction d'un spectromètre de perte d'énergie d'électrons lents basé sur le principe de compensation de la dispersion. Une description du fonctionnement des différentes parties formant le spectromètre, basée sur des calculs théoriques et des simulations réalisées à l'aide du logiciel SIMION est d'abord présentée. La réalisation et la mise au point d'un système électronique informatisé permettant le contrôle des tensions appliquées sur les électrodes du spectromètre ainsi que l'acquisition de données sont ensuite présentées de façon détaillée. Plusieurs modifications apportées au spectromètre afin de pallier les différents problèmes rencontrés lors des tests de performance de celui-ci sont décrites. Le spectromètre a permis d'obtenir une résolution de 15,8 meV avec un signal d'une intensité de 6,5xlO4 électrons par seconde, ce qui est en deçà des performances attendues pour un tel spectromètre. Quelques améliorations qui pourront être apportées au spectromètre afin d'en tirer des performances optimales sont finalement suggérées.

En collaboration avec Hydro-Québec à l'origine, notre laboratoire a développé un système de détection quantitative permettant de déterminer simultanément et en temps réel la concentration et le flux du C02 et du CH4. Les mesures de concentration sont effectuées par absorption infrarouge sur un parcours ouvert, jusqu'à environ 2000 mètres aller-retour, au-dessus de la surface émettrice au moyen de diodes lasers accordables. Les mesures sont effectuées à deux hauteurs séparées. Des concentrations de l'ordre d'une partie par million (ppm) pour le C02 et de 0,01 ppm pour le CH4 peuvent être mesurées selon la longueur du parcours et les conditions météorologiques. Les flux sont calculés à l'aide d'un modèle de diffusion simplifié qui utilise les données météorologiques provenant d'une station portable. Ce travail décrit le système d'origine et met l'emphase sur les transformations qui ont été réalisées dans le but d'optimiser son utilisation.