Les exigences en matière de stabilité et de linéarité des instruments utilisés en radioastronomie sont particulièrement sévères. Ce mémoire présente la conception et la réalisation d'un détecteur continuum adapté à ce cahier des charges. Une étude théorique démontre que le détecteur à diode Schottky ne répond pas à ces besoins. L'instrument finalement réalisé, construit à partir d'une diode tunnel, possède un bruit proche de la limite physique fondamentale. Il reste cependant très simple. Le chapitre suivant est consacré à l'étude et à la réalisation de l'électronique d'acquisition d'un spectrographe acousto-optique à large bande et à l'etude de ses caractéristiques dans des conditions d'utilisation réelles. Il inclut la description d'une méthode simple qui permet de s'affranchir des erreurs de linéarité différentielle du convertisseur analogique-numérique. La validation des caractéristiques du spectrographe s'appuie sur la comparaison avec deux batteries de filtres identiques. Sur le plan scientifique, il présente l'observation d'objets du système solaire entourés d'une atmosphère et l'interprétation des résultats dans le cas de Titan.

Cette thèse de doctorat traite de la réalisation et la caractérisation métrologique d’un pyromètre à filtre accordable acousto-optique (AOTF). La première partie expérimentale de ce travail a été consacrée à l’étude du fonctionnement et de la caractérisation du filtre AOTF, la seconde, a été dédiée au développement et à l’optimisation du pyromètre AOTF.Contrairement aux pyromètres habituels dont la sélection spectrale est obtenue par un filtre interférentiel, le pyromètre accordable développé dans ce document utilise un filtre acousto-optique adapté à un étalonnage par laser. La longueur d’onde optique de mesure est imposée par la fréquence de l’onde radiofréquence appliquée au filtre acousto-optique, qui ne requiert aucun mouvement mécanique.En contrepartie, le spectre optique diffracté par ce type de filtres, présente d’importants lobes secondaires de diffraction qui dégradent le taux de réjection hors bande du pyromètre. Grace à un montage en double passage dans une configuration optique en œil de chat, les lobes secondaires de diffraction ont été fortement atténués. Le taux de diffusion optique du pyromètre est de l’ordre de 10-5 en valeur relative.La reproductibilité de sa sensibilité spectrale en longueur d’onde est de 0,01 nm et 0,1 % en amplitude sur une semaine. Ces caractéristiques, comparables à celles des meilleurs monochromateurs, permettent l'utilisation du pyromètre AOTF pour des applications métrologiques au meilleur niveau d’exactitude. L'instrument est accordable en longueur d'onde sur un domaine étendu, compris entre 600 nm et 950 nm. Il est également transportable car sa masse est inférieure à 20 kg et sa longueur inférieure à 1 m. Les performances et la caractérisation métrologique du pyromètre ont été validées par la mesure de la température thermodynamique du point du cuivre, en accord avec celle donnée dans l'EIT-90. / This PhD Thesis presents the work that has been done to design and build, along with the evaluation of the radiometric performance, of a radiation pyrometer based on acousto-optic tunable filter (AOTF). Part of this work has been given to the characterization of the acousto-optic tunable filter (AOTF); however, the other part has been dedicated to the development and the optimization of the radiation pyrometer.Unlike conventional pyrometers whose spectral selection is obtained an interference filters, the AOTF that has been used in this work enables direct calibration of the radiation pyrometer using laser sources without any interference effects. This in turns allows direct calibration of the pyrometer against the cryogenic radiometer or through trap detectors with lower uncertainty levels. The spectral range selected by the AOTF is adjusted by changing the frequency applied to the filter without any mechanical movement, which is an advantage compared to grating-based systems.One of the main limitations in using AOTF is the existence of diffraction lobes which appear beyond the in-band spectral range. These lobes result in significant deterioration in the blocking capabilities of the filter, and thus an increased out-of-band signal levels are obtained. However this has been solved by using a double-pass optical configuration, which has reduced these diffraction lobes and kept them within insignificant levels. The resultant out-of-band signal levels have been found within 10-5 of the in-band signal. The reproducibility of wavelength calibration is within 0.01 nm, yet with 0.1 % reproducibility in the amplitude of the in-band signal over a course of one week. The stability of wavelength is comparable to that found in high quality monochromators. This in turns allows the use of our pyrometer in metrological applications that require high level of accuracy. The instrument spectral coverage can be tuned over a wide spectral range, between 600 nm and 950 nm. The pyrometer is also transportable as its mass is less than 20 kg and with dimensions of 90 L x 20 H x 30 W cm. The performance and metrological characterization of the pyrometer have been validated by measuring the thermodynamic temperature of the freezing point of the copper, which was in a very good agreement with that value defined by the International Temperature Scale (ITS-90).

Les tissus biologiques sont des milieux fortement diffusant pour la lumière. En conséquence, les techniques d'imagerie actuelles ne permettent pas d'obtenir un contraste optique en profondeur à moins d'user d'approches invasives. L'imagerie acousto-optique (AO) est une approche couplant lumière et ultrasons (US) qui utilise les US afin de localiser l'information optique en profondeur avec une résolution millimétrique. Couplée à un échographe commercial, cette technique pourrait apporter une information complémentaire permettant d'augmenter la spécificité des US. Grâce à une détection basée sur l'holographie photoréfractive, une plateforme multi-modale AO/US a pu être développée. Dans ce manuscrit, les premiers tests de faisabilité ex vivo sont détaillés en tant que premier jalon de l'imagerie clinique. Des métastases de mélanomes dans le foie ont par exemple été détectées alors que le contraste acoustique n'était pas significatif. En revanche, ces premiers résultats ont souligné deux obstacles majeurs à la mise en place d'applications cliniques.Le premier concerne la cadence d'imagerie de l'imagerie AO très limitée à cause des séquences US prenant jusqu'à plusieurs dizaines de secondes. Le second concerne le speckle qui se décorrèle en milieu vivant sur des temps inférieurs à 1 ms, trop rapide pour les cristaux photorefractif actuellement en palce. Dans ce manuscrit, je propose une nouvelle séquence US permettant d'augmenter la cadence d'imagerie d'un ordre de grandeur au moins ainsi qu'une détection alternative basée sur le creusement de trous spectraux dans des cristaux dopés avec des terres rares qui permet de s'affranchir de la décorrélation du speckle. / Biological tissues are very strong light-scattering media. As a consequence, current medical imaging devices do not allow deep optical imaging unless invasive techniques are used. Acousto-optic (AO) imaging is a light-ultrasound coupling technique that takes advantage of the ballistic propagation of ultrasound in biological tissues to access optical contrast with a millimeter resolution. Coupled to commercial ultrasound (US) scanners, it could add useful information to increase US specificity. Thanks to photorefractive crystals, a bimodal AO/US imaging setup based on wave-front adaptive holography was developed and recently showed promising ex vivo results. In this thesis, the very first ones of them are described such as melanoma metastases in liver samples that were detected through AO imaging despite acoustical contrast was not significant. These results highlighted two major difficulties regarding in vivo imaging that have to be addressed before any clinical applications can be thought of.The first one concerns current AO sequences that take several tens of seconds to form an image, far too slow for clinical imaging. The second issue concerns in vivo speckle decorrelation that occurs over less than 1 ms, too fast for photorefractive crystals. In this thesis, I present a new US sequence that allows increasing the framerate of at least one order of magnitude and an alternative light detection scheme based on spectral holeburning in rare-earth doped crystals that allows overcoming speckle decorrelation as first steps toward in vivo imaging.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la faisabilité d'un capteur d'ondes acoustiques à base de laser à fibre. Cet hydrophone doit permettre la détection de faibles fluctuations de pression hydrostatique rencontrées à des grandes profondeurs marines. Sous l'influence d'une perturbation acoustique le laser est étiré; ce qui change le pas du réseau de Bragg et ainsi sa fréquence d'émission. L'information est donc codée dans la fréquence de la lumière émise. Le bruit de fréquence intrinsèque du laser doit alors être le plus bas possible d'où l'importance de pouvoir le mesurer dans la bande de fréquence [DC-20kHz]. Ainsi, nous effectuons une étude approfondie des propriétés physiques de l'émission laser en terme de cohérence temporelle. La sensibilité d'un laser à fibre à la pression acoustique est insuffisante. Il est primordial de concevoir un amplificateur mécanique qui permettra d'augmenter le rapport signal sur bruit du capteur. / This thesis focuses on the study of the feasibility of an acoustic wave sensor based on fiber laser. This hydrophone should allow the detection of low hydrostatic pressure fluctuations encountered in deep marine. Under the influence of an acoustic disturbance is stretched the laser; thereby changing the pitch of the Bragg grating and thus its transmission frequency. The information is coded in the frequency of the emitted light. The intrinsic frequency noise of the laser must be as low as possible so it is important to be able to measure in the frequency band of $[DC-20KHz]$. Thus we conduct a thorough study of the physical properties of the laser emission in terms of temporal coherence.The sensitivity of a fiber laser acoustic pressure is insufficient. It is essential to design a mechanical amplifier for to increase the signal to noise ratio of the sensor.

Ce mémoire présente différentes techniques permettant de produire des impulsions lumineuses très brèves. Dans un premier temps, nous avons conçu et réalisé un laser nd:yag continu a modes couples activement et double en fréquence. Ce laser délivre des impulsions dont la largeur a mi-hauteur en intensité est voisine de 60 picosecondes a 532 nanomètres, repetitives a 82 mhz. La puissance moyenne des impulsions est suffisante pour permettre le pompage d'un laser a colorant en mode synchrone. Ce dernier délivre des impulsions lumineuses dont la durée est voisine de 10 picosecondes et répétitives a 82 mhz. L'ensemble du système a été caractérise en utilisant des caméras a balayage de fente en mode sinusoïdal ou en mode monocoup. Nous avons ensuite étudié la possibilité de produire des impulsions femtosecondes (10##1#5 s) en comprimant les impulsions délivrées par un laser a colorant a deux jets (milieu amplificateur rh6g), absorbant saturable (dodci). Avant compression, ces impulsions ont une largeur a mi-hauteur en intensité voisine de une picoseconde et sont répétitives a environ 80 mhz. Nous avons pu comprimer ces impulsions jusqu'a des durees voisines de 130 femtosecondes. Les résultats expérimentaux sont très proches des prévisions théoriques. Enfin, nous avons produit directement des impulsions lumineuses femtosecondes a partir d'une cavité laser dont le milieu amplificateur est un cristal de saphir dope au titane (ti:al#2o#3). Dans un premier temps, le couplage des modes est réalisé a l'aide d'un modulateur acousto-optique. Dans cette configuration, le laser produit des impulsions dont la durée est aussi courte que 10 picosecondes, répétitives a 125 mhz et dont le domaine d'accord en longueur d'onde est limite par les miroirs entre 72 et 800 nanomètres. Dans un second temps, le couplage des modes est réalisé en utilisant un absorbant saturable (hitci) et la dispersion intracavite est aju.

La révolution en cours des outils optogénétiques - des protéines photosensibles génétiquement induites qui peuvent activer, inhiber et enregistrer l'activité neuronale - a permis d'ouvrir une nouvelle voie pour relier l'activité neuronale et la cognition. Néanmoins, pour profiter au mieux de ces outils nous avons besoin de méthodes optiques qui peuvent projeter des schémas d'illumination complexes dans le cerveau. Pendant mon doctorat, j'ai travaillé sur deux nouveaux systèmes complémentaires pour la stimulation de l'activité neuronale. Le premier système combine des déflecteurs acousto-optiques et une illumination Gaussienne à faible ouverture numérique pour produire une photo activation rapide des outils optogénétiques. La capacité d'accès aléatoire du système permet de délivrer des séquences d'illumination spatialement et temporellement complexes qui simulent avec succès les schémas physiologiques de l'activité des fibres moussues dans des tranches de cerveaux. Ces résultats démontrent que les schémas de stimulation optogénétique peuvent être utilisés pour recréer l'activité en cours et étudier les microcircuits du cerveau dans un environnement physiologique. Alternativement, l'holographie générée par ordinateur (HGO) permet d'améliorer grandement les stimulations optogénétiques en répartissant efficacement la lumière sur plusieurs cibles cellulaires simultanément. Néanmoins, le confinement axial se dégrade pour des schémas d'illuminations larges. Afin de d'améliorer ce point, l’HGO peut être combinée avec une technique de focalisation temporelle qui confine axialement la fluorescence sans dépendre de l'allongement latéral. Les précédentes configurations maintiennent l'excitation non linéaire à un unique plan focal spatiotemporel. Dans cette thèse, je décris deux méthodes différentes qui permettent de dépasser ces limitations et de permettre la génération de schémas focalisés tridimensionnellement, à la fois spatialement et temporellement. / The ongoing revolution of optogenetic tools – genetically encoded light-sensitive proteins that can activate, silence and monitor neural activity – has opened a new pathway to bridge the gap between neuronal activity and cognition. However, to take full advantage of these tools we need optical methods that can deliver complex light patterns in the brain. During my doctorate, I worked on two novel and complementary optical systems for complex spatiotemporally neural activity stimulation. The first system combined acousto-optic deflectors and low numerical aperture Gaussian beam illumination for fast photoactivation of optogenetic tools. The random-access capabilities of the system allowed to deliver complex spatiotemporal illumination sequences that successfully emulated physiological patterns of cerebellar mossy fiber activity in acute slices. These results demonstrate that patterned optogenetic stimulation can be used to recreate ongoing activity and study brain microcircuits in a physiological activity context. Alternatively, Computer Generated Holography (CGH) can powerfully enhance optogenetic stimulation by efficiently shaping light onto multiple cellular targets simultaneously. Nonetheless, the axial confinement degrades for laterally extended illumination patterns. To address this issue, CGH can be combined with temporal focusing that axially confines fluorescence regardless of lateral extent. However, previous configurations restricted nonlinear excitation to a single spatiotemporal focal plane. In this thesis, I describe two alternative methods to overcome this limitation and enable three-dimensional spatiotemporal focused pattern generation.

Cette thèse présente trois techniques innovantes de spectrométrie, l'une en domaine infrarouge, l'autre en visible, et la troisième en ultraviolet. Deux d'entres elles sont utilisées par l'instrument Spicam-Light à bord de la sonde spatiale Mars-Express pour l'étude de l'atmosphère de Mars. La troisième concerne la spectrométrie à haute résolution depuis le sol, et est dédiée aux mesures de vitesses radiales stellaires pour la recherche de planètes extrasolaires à l'Observatoire de Haute Provence avec l'Accéléromètre Astronomique Absolu.<br />L'étude présente le concept révolutionnaire des spectromètres UV et IR de l'instrument Spicam-Light à travers une description technique détaillée. Elle s'accompagne des résultats, des étalonnages, des estimations photométriques avant l'envol et des performances en vol. L'étude sur l'AAA expose le développement instrumental important de cet appareil. Elle s'accompagne des résultats obtenus pour illustrer ses performances actuelles et potentielles.