Le centre coloré NV, constitué d’un atome d’azote et d’une lacune, est un défaut ponctuel du diamant qui se comporte comme un atome artificiel piégé dans cette matrice. Grâce aux propriétés de son spin électronique, qui peut être lu et manipulé comme un système quantique élémentaire, le centre NV as de nombreuses applications comme qubit pour l’information quantique ou comme sonde de champ magnétique. Cependant, ces applications nécessitent de contrôler les propriétés des centres NV ainsi que leur position dans le cristal. Cette thèse examine des méthodes pour atteindre ces objectifs en combinant des techniques d’implantation d’atomes et de croissance assistée par plasma (CVD) de diamant.Le mémoire est divisé en six chapitres. Le premier chapitre résume les propriétés des centres NV, ce qui permet de définir les objectifs principaux dans la fabrication des centres NV. Le chapitre deux montre qu’il est possible de créer un réseau de centres NV par implantation au moyen d’une colonne d’ions focalisés. Cette technique est adaptée à la création de centres NV dans des nanostructures comme des cristaux photoniques ou des pointes de type AFM. Cependant la faible énergie cinétique des ions, nécessaire pour atteindre une résolution meilleure que 10 nm en diamètre de spot, conduit à une implantation proche de la surface ce qui affecte fortement les propriétés des centres NV. Le troisième chapitre examine comment la recroissance d’une couche de diamant sur des centres NV implantés permet de réduire l’impact négatif de la surface. Les quatrième et cinquième chapitres décrivent des méthodes pour la fabrication des centres NV en contrôlant les paramètres de la croissance CVD. Des couches minces fortement dopées avec les centres NV peuvent être créées, et un contrôle quasi parfait de l’orientation de l’axe du centre NV peut être obtenu. Dans l’objectif d’optimiser les propriétés du temps de cohérence du spin, le sixième chapitre étudie comment le spin électronique du centre NV peut être protégé contre les effets de décohérence induits par les spins non-polarisés dans la matrice du diamant. / The Nitrogen-Vacancy (NV) color center is a defect of diamond which behaves as an artificial atom hosted in a solid-state matrix. Due to its electron spin properties which can be read-out and manipulated as an elementary quantum system, the NV center has found a wide panel of applications as a qubit for quantum information and as a magnetic field sensor. However these applications require to control the properties of the NV centers and their localization. This doctoral thesis investigates methods allowing us to tailor the properties of NV centers by combining techniques for the implantation of nitrogen atoms and the plasma-assisted (CVD) synthesis of diamond.The manuscript is divided into six chapters. The first chapter summarizes the properties of the NV center which will set our objectives for the NV engineering. The second chapter will describe how arrays of NV centers can be created using Focused Ion Beam implantation. The results open a wide range of applications for the targeted creation of NV centers in diamond structures such as photonic crystals and tips. However the low kinetic energy which is required for achieving implantation within a spot of 10-nm diameter leads to shallow defects which properties are strongly affected by the sample surface. The third chapter investigates how the overgrowth of a diamond layer over implanted NV centers can remove the detrimental influence of the surface. The fourth and fifth chapters describe effective methods for NV center fabrication through the control of the CVD growth conditions of the hosting crystal. Thin layers with high NV doping can be grown and almost perfect control of the orientation of the NV axis can be achieved. With the goal to optimize the spin coherence properties, the sixth chapter investigates how the electron spin of the NV center can be protected from decoherence effects induced by magnetic noise due to the unpolarized spins in the diamond lattice.

Nous avons étudié la sensibilité des fibres dopées erbium (EDF) sous irradiation et les défauts induits par celle-ci. Le premier chapitre présente l'état de l'art sur les EDF sous irradiations ainsi que des défauts générés dans la silice par les radiations. Le deuxième chapitre précise les types de radiations utilisés et les moyens expérimentaux mis en oeuvre pour caractériser les réponses des fibres sous irradiation ainsi que les défauts à l'origine des pertes. Dans le troisième chapitre, nous présentons la réponse de plusieurs fibres dopées erbium irradiées aux rayons γ, protons et rayons X pulsés. Les fibres dopées erbium et aluminium présentent des pertes induites par radiation plus élevées que les fibres classiques de transmission des télécommunications (SMF28) ou celles dopées erbium avec peu d'aluminium. La présence de l'aluminium dans la composition du coeur des fibres dopées erbium est en grande partie responsable des pertes induites. Quelque soit le type d'irradiation, les défauts créés par l'irradiation sont liés à la matrice hôte. Nos études montrent aussi que l'erbium n'est affecté qu'à travers son interaction avec les défauts créés. Le quatrième chapitre traite des EDF sous insolation UV et montre que les UV conduisent aux mêmes effets que les rayons γ. Le dernier chapitre présente, quant à lui, l'étude des amplificateurs optiques sous irradiation γ.

L'échange sécurisé d'une clé secrète entre deux interlocuteurs est une tâche compliquée. Dans un monde " classique ", il n'est pas possible de garantir qu'un espion n'a pas effectué une copie de cette clé lors de son échange. En 1984, un protocole basé sur les propriétés de la mécanique quantique a démontré la possibilité d'un échange inconditionnellement sûr d'une clé secrète entre deux interlocuteurs. Idéalement, le protocole utilise une source de photons uniques. L'information est alors codée, par exemple sur la polarisation des photons. La sécurité est garantie par un choix aléatoire de la base de polarisation (Linéaire, Circulaire). Dans ce contexte, cette étude porte sur la réalisation d'une source de photons uniques et son application à la cryptographie quantique. Une source de photons uniques est obtenue par l'excitation impulsionnelle d'un dipôle unique. Le dipôle étudié dans ce travail est le centre NV dans le cristal de diamant. Il est constitué d'un atome d'azote (N) et d'une lacune (V) en substitution dans la maille cristalline du diamant. L'étude sous excitation continue de ce dipôle, à l'aide d'un microscope confocal et d'un montage d'autocorrélation d'intensité, montre que de par sa simplicité d'utilisation et de sa photostabilité intrinsèque, il est un candidat de choix pour une source de photons uniques. En excitation impulsionnelle, on démontre que la source de photons uniques ainsi produite présente une grande efficacité de production de photons, et un très faible taux d'impulsions contenant deux photons. Finalement, cette source été utilisée dans un montage de cryptographie quantique. Après une description des dispositifs expérimentaux de l'émetteur et du récepteur, nous décrivons en détail l'échange de clé quantique. Les résultats obtenus montrent un avantage quantitatif dans le taux de pertes admissibles en ligne en comparaison avec des prototypes basés sur une source cohérente atténuée.

Ce travail a été consacré à l'étude de l'influence des conditions de synthèse sur la thermoluminescence de l'alumine, dans le but de l'utiliser en dosimétrie de rayonnement ionisant. Des poudres sont synthétisées par traitement thermique de l'alumine, pure ou dopée par la technique d'imprégnation. Les paramètres étudiés sont le cycle thermique, l'atmosphère gazeuse du four et la nature des dopants (Mg²⁺, Cr³⁺, Th⁴⁺, Fe³⁺/Fe²⁺). La thermoluminescence (TL) est liée à la présence de défauts ponctuels. Cette technique consiste à mesurer l'intensité lumineuse émise par un solide préalablement irradié. Trois pics de TL sont observés. Un pic situé vers -40°C permet de mettre en évidence les impuretés magnésium et les lacunes d'oxygène. L'évolution de l'intensité de deux pics, situés vers 190°C et 360°C, est étudiée en fonction de la pression partielle d'oxygène du traitement thermique et de la concentration des dopants Mg²⁺, Cr³⁺ et Th⁴⁺. Ces investigations ont permis d'identifier les défauts impliqués dans les processus de luminescence de ces deux pics, il s'agit des lacunes d'aluminium et des ions Cr³⁺ substitués à Al³⁺. Des poudres d'alumine possédant une haute sensibilité au rayonnement ionisant (rayons X, UV, ) ont ainsi été synthétisées. L'utilisation en dosimétrie des pics situés a 190°C et 360°C est envisagée. La réactivité des poudres non dopées, contenant différents types de défauts ponctuels, a été analysée par dilatométrie. L'influence de l'atmosphère de préparation des poudres sur leur comportement au frittage a ainsi été mise en évidence. Les différences de vitesse de retrait sont corrélées avec les variations de concentration en lacunes d'aluminium. Ces résultats supposent que l'étape limitante du frittage de ces poudres est la diffusion des ions Al³⁺.