Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 1999. / Titre de l'écran-titre (visionné le 29 mars 2004). Bibliogr. Présenté aussi en version papier.

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 æm, 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 æm avec une énergie de 0.4 æJ.

Les travaux présentés dans ce document portent sur le développement de lasers à fibre de ZBLAN dopée au thulium, ainsi que sur l'étude de phénomènes nouveaux liés à la dynamique des niveaux électroniques. Le verre de ZBLAN est utilisé pour sa faible énergie de phonons qui a pour effet d'allonger les temps de vie des niveaux électroniques des ions terre-rare qui le dopent. Nous présentons dans un premier temps nos travaux sur l'émission d'impulsions auto-induites par un laser à fibre de ZBLAN dopée au thulium émettant dans la région de 800 nm. L'émission laser à une ou deux longueurs d'onde correspond à deux transitions laser distinctes. Un nouveau régime dynamique auto-induit lorsque les deux transitions oscillent est rapporté. Nous avons pu reproduire numériquement les observations expérimentales en utilisant un modèle simple basé sur les équations d'évolution des populations des niveaux électroniques. Dans un second temps, nous aborderons le développement de nouveaux lasers à fibre de ZBLAN utilisant pour la première fois la technologie des réseaux de Bragg photo-inscrits par laser femtoseconde. A travers l'étude d'un laser monothique à fibre de ZBL.AN dopée au thulium émettant jusqu'à 2.3 W de puissance à 1480 nm sur le mode fondamental, nous avons pu mettre en évidence l'intérêt de cette nouvelle technologie. Le laser présenté offre une efficacité de conversion de 65% à comparer à la limite quantique qui est de 72%. Les performances de ce laser sont comparées pour deux longueurs d'onde de pompe à 1064 nm et à 1040 nm. Pour cette dernière longueur d'onde de pompe, nous avons mis en évidence un phénomène d'avalanche de photons. De plus, nous avons développé un modèle numérique complet permettant d'optimiser la cavité laser et d'expliquer son comportement. Enfin, nous présentons nos travaux sur l'accordabilité en longueur d'onde d'un tel laser. Un stress mécanique purement axial est appliqué sur la portion de fibre contenant un réseau de Bragg ce qui nous permet d'accorder la longueur d'onde d'émission du laser sur plus de 20 nm.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la propagation non linéaire, sous forme de filaments laser, d'impulsions laser ultra-courtes dans l'atmosphère. Les résultats, principalement obtenus à partir d'expériences réalisées en laboratoire, apportent des éléments de compréhension clés en lien avec la la projection de filaments laser dans l'air. Trois aspects distincts de la filamentation sont abordés, à savoir l'évolution, le contrôle et les applications de la filamentation laser. Dans la section évolution, un filament unique a été rigoureusement caractérisé sur plusieurs dizaines de mètres. Plusieurs mesures ont été effectuées pour obtenir une image détaillée du phénomène global. En effet, la caractérisation inclut la mesure de la distribution de plasma du filament et l'évolution spectrale des impulsions laser. Également, des canaux de lumière intense, exempte d'ionisation, ont été observés et caractérisés sur plusieurs dizaines de mètres. La section sur le contrôle présente des méthodes qui pourraient éventuellement résoudre plusieurs problèmes liés à la projection de filaments puissants à longue distance. La plupart de ces méthodes se concentrent sur la fusion de filaments multiples afin d'obtenir un plus grand nombre d'électrons libres ou, un plus grand élargissement spectral. Ces méthodes comprennent l'utilisation de masques spéciaux, la diffraction d'une ouverture circulaire et un système d'optique adaptative. Enfin, la troisième partie présente deux applications prometteuses de la filamentation dans l'air. La première est la télédétection de polluants. Plusieurs cibles (gaz, cibles métalliques, nuages de fumée, aérosols, traces d'explosifs) ont été exposées à la radiation des filaments et la fluorescence caractéristique de ces cibles a été recueillie à l'aide de la technique LIDAR. Un système d'optique adaptative a été utilisé pour améliorer de façon significative les signaux de fluorescence émise. La deuxième application discutée est la génération d'impulsions dans l'infrarouge moyen via le mélange à quatre ondes durant la filamentation à deux couleurs. Le développement de nouvelles sources laser dans l'infrarouge moyen est de première importance pour résoudre des problèmes importants pour la défense et la sécurité civile. En utilisant cette méthode, des impulsions à large bande centrées entre 4-7 [Mu]m de longueur d'onde ont été produites.

Cette thèse rapporte le développement d'un nouveau montage expérimental pour la spectroscopie Térahertz basé sur une source de rayonnement réalisant la différence de fréquences, sur un substrat AsGa, de deux lasers émettant vers 820 nm pour générer du rayonnement infrarouge lointain. Ce montage s'inscrit dans le courant d'intérêt récent pour les possibilités du rayonnement Térahertz vues dans un premier chapitre. Le second chapitre s'intéresse à la génération de rayonnement par différence de fréquences sur un élément semi-conducteur et à son utilisation pour la spectroscopie. L'obtention d'une large accordabilité du rayonnement généré de cette manière s'appuie sur un système de modulateurs acousto-optiques en double passage. Le troisième chapitre s'attache à la stabilisation des sources infrarouges par une méthode Pound-Drever-Hall utilisant une cavité de haute finesse pour obtenir un rayonnement Térahertz généré de grande pureté spectrale. Enfin, le spectromètre mis en place a été caractérisé par des mesures du spectre du chlorure de méthyle et utilisé dans une étude exploratoire du paramètre d'élargissement collisionnel de raies de l'eau par le diazote, le dioxygène et l'air.