Les ondes gravitationnelles ont été prédites par Einstein dans sa théorie de laRelativité Générale. Elles sont des perturbations de l’espace-temps que lon essaie de mettre en évidence parinterférométrie laser. Plus précisément les détecteurs sont des interféromètres de Michelson de plusieurs kmde long combinés avec des cavités Fabry-Perot afin d'augmenter la sensibilité de linstrument. La premièregénération de détecteurs (Virgo, LIGO, GEO) n’a pas permis d’obtenir une détection directe malgré plusieursphases d’observations en coïncidence à la sensibilité prévue. Une seconde g´enération de détecteurs estactuellement en préparation avec notamment le projet européen Advanced Virgo. Ce détecteur devraitavoir une sensibilité améliorée d’un ordre de grandeur par rapport à linterféromètre Virgo. Les miroirs del’interféromètre jouent un rôle primordial dans la sensibilité d’Advanced Virgo puisque celle-ci est limitéeà dans les fréquences médianes par le bruit thermique des miroirs et aux hautes fréquences par la quantitéde photons que lon arrive à collecter dans les cavités de linterféromètre. La haute puissance contenue dansles cavités Fabry-Perot induit des effets de lentille thermique importants. Cette thèse s’intéresse dans unpremier temps aux effets de lentille thermique dans linterféromètre pour différentes configurations optiques.Par la suite, nous nous intéresserons aux miroirs qui composent les cavités Fabry-Perot depuis la définitiondes besoins en termes de planéité à la réalisation de cette planéité et à sa mesure. La planéité de ces miroirsdoit être sub-nanométrique de faon à limiter les pertes optiques dans les cavités Fabry-Perot et ainsi r´eduireles effets du bruit de photons et de la lumière diffusée. Nous verrons la réalisation de la correction de laplanéité des substrats par la technique dite du traitement correctif. Nous étudierons aussi l’uniformité dudépôt des couches minces diélectriques nécessaires à l’obtention de surface hautement réfléchissante avec enparticulier l’étude du mouvement planétaire des substrats dans la machine de dépôts. / Gravitational waves have been predicted by Einstein in his General Relativity theory. Theyare perturbation of the space-time metric and we try to reveal them by laser interferometry. More precisely,gravitational wave detectors are km long Michelson interferometers combined with Fabry-Perot cavities.The network of first generation detectors (Virgo, LIGO, GEO) did not permit a direct detection afterseveral observational runs in coincidence at the nominal sensitivity. A second generation of detectors is inpreparation with in particular the European project Advanced Virgo. This detector should have a sensitivityincreased by an order of magnitude compared to Virgo. The interferometer mirrors play a crucial role inthe Advanced Virgo sensitivity as it is limited by the mirror thermal noise in the mid-frequency regionand by the amount of photons collected in the interferometer cavities at high frequencies. The high powercirculating in the Fabry-Perot cavities induces important thermal lensing effect. This thesis is interestedfirst in the thermal lensing effect in the interferometer for different optical configurations. Then we areinterested in the mirrors composing the Fabry-Perot arm cavity from the calculation of the requirements interms of flatness to the realization of the mirrors flatness and its measurement. The mirror flatness shouldbe sub-nanometric in order to limit the optical losses in the Fabry-Perot cavities to reduce the effect of theshot noise and of the diffused light. We will see the correction of the substrates flatness by the so-calledcorrective coating technique. Finally, we study the uniformity of the dielectric multilayer coating depositionnecessary to obtained high-reflective mirrors. We study in particular the planetary motion of the substratesin the coating machine.

Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans un projet de développement d’un Lab-On-Chip destiné à la biodétection. Les plateformes conçues sont basées sur des circuits optiques intégrés sur niobate de lithium. La particularité de ces circuits est qu’ils intègrent le phénomène d’interférence à la fonction de guidage des ondes lumineuses.La fonction d’interférométrie est assurée grâce à une cavité Fabry-Pérot intégrée à un guide d’onde rectiligne et à une structure Mach-Zehnder. Lorsque la surface des supports de ces circuits est bio-fonctionnalisée, ces microsystèmes deviennent sensibles à des molécules cibles. Cette sensibilité se traduit par une variation de l’indice effectifde l’onde en propagation par couplage évanescent modifiant ainsi les conditions de résonance du résonateur Fabry-Pérot. Le vrai challenge de ce travail réside essentiellement dans la bio-fonctionnalisation du niobate de lithium.A notre connaissance, ce matériau favori en optique guidée grâce à ses propriétés physiques exceptionnelles n’a été que rarement sujet à des modifications chimiques de surface. L’implantation réussie de groupements fonctionnels amines à la surface de ce matériau a permis de générer un lien covalent entre ce support et les groupements fonctionnels des molécules sondes. En raison de la grande affinité entre l’avidine et la biotine, ce couple a servi de modèle pour la mise au point de ces bio-capteurs. Un suivi en temps réel des interactions à la surface était rendu possible par une expérimentation sur l’un des bio-capteurs. / The work of this thesis is part of a project of a Lab-On-Chip development intended for biosensing. The de-signed platforms are based on integrated optical circuits on lithium niobate. The peculiarity of these circuits isthat they incorporate the phenomenon of interference with the function of guiding light waves. The interferometricfunction is provided by a Fabry-Perot cavity embedded in a straight waveguide and a Mach-Zehnder structure.When the surface of these circuits substrates is biofunctionalized, these microsystems become sensitive to targetmolecules. This sensitivity results in a variation of the effective index of the propagation wave by evanescent cou-pling and modifying the resonance conditions of the Fabry-Perot resonator. The real challenge of this work liesin the biofunctionalization of lithium niobate. To our knowledge, this guided optics favorite material thanks toits exceptional physical properties has been hitherto rarely subject to chemical surface modifications. Successfulimplementation of amino functions on the surface of this material has generating a covalent bond between thissubstrate and the functional groups of the probe molecules. Due to the high affinity between avidin and biotin, thiscouple served as a model for the development of biosensors. A real-time monitoring of surface interactions wasmade possible by experimentation on one of biosensors.

La technologie RFID (Radio Frequency Identification) prend une place de plus en plus importante dans la société d'aujourd'hui notamment dans des domaines aussi variés que la santé, la sécurité, la logistique... Le développement de cette technologie met en évidence de nouvelles contraintes comme la réduction des zones de lecture et la géo-localisation pour le stockage et le suivi de marchandises. Dans ce contexte, la thèse s'est focalisée sur le développement d'antennes pour lecteur RFID dans le cadre du projet SPINNAKER piloté par TAGSYS RFID et soutenu par OSEO. L'objectif de cette étude est de concevoir des antennes compactes et directives à polarisation circulaire en bande UHF et SHF. L'antenne hélice présente toutes ces caractéristiques à l'exception de la hauteur, très importante dès que l'on souhaite obtenir des performances élevées surtout en gain. Dans ce manuscrit, trois solutions sont proposées pour réduire la hauteur de l'antenne hélice tout en répondant aux cahiers des charges. La première solution consiste à utiliser un réflecteur de forme cylindrique ou conique qui permet de réduire la hauteur d'une antenne hélice classique d'un facteur quatre pour atteindre 0,9λ. La réduction de la hauteur se traduit par une augmentation de la surface autour de l'antenne avec une dimension latérale de 2,3λ. La seconde solution consiste à utiliser l'antenne hélice avec une cavité Fabry-pérot. La hauteur du système antennaire obtenue est de 0,5λ avec un diamètre de 2λ. La dernière solution développée dans la thèse introduit une surface CMA à la solution précédente qui permet de réduire la hauteur à 0,25λ. Toutes les solutions proposées ont été validées expérimentalement. / Over the past 20 years, the RFID (Radio Frequency Identification) technology is having a huge expansion. Nowadays, it is frequently used in different areas as the health, the security and the logistic. A lot of researches are ongoing on this topic, especially in order to reduce the reading zone of the readers and to locate the tags. This thesis focuses on the development of new antennas for Readers RFID devices and is part of the SPINNAKER project supported by OSEO. The antennas requirements are circular polarization, high directivity and gain with low profile. The helix antennas meet all these requirements except the axial length. In this manuscript, we propose three solutions to reduce the helix antenna axial length. The first one uses a cylindrical or conical optimal reflector to reduce the length by four. This reduction affects directly the surface witch increases up to 2.3λ. The second solution uses the helix antenna as a circular polarization feed for a Fabry-Perot (FP) cavity. The final antenna presents a cavity height of 0.5λ and a 2λ diameter. The last solution conserves the FP cavity in which we include an Artificial Magnetic Conductor (AMC) to reduce the cavity height to 0.25λ. All these solutions are validated by measurements.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le développement de références de fréquence optique, ou lasers ultra-stables. Ceux-ci sont obtenus en asservissant la fréquence d’un laser sur une cavité Fabry-Perot de haute finesse. Un premier laser est asservi sur une cavité commerciale en verre ULE et une stabilité relative de fréquence de 1; 9x 10-15 est obtenue à1 s. Ce signal optique est transféré dans le domaine des fréquences micro-ondes par un laser femto-seconde.Le signal obtenu à10 GHz dispose d’un bruit de phase de -104 dBc=Hz à1 Hz. Dans un second temps, une cavité ultra-compacte de 25 mm est développée. Des simulations par éléments finispoussées ont conduit à la fabrication d’une nouvelle géométrie de cavité, dotée de coefficients de sensibilité accélérométriques simulés inférieurs à10-12=(m=s2) selon toutes les directions. Une enceinte à vide compacte, munie d’un banc optique embarqué, a été réalisée de façon à limiter le volume du système complet à environ 40 L. Enfin, une cavité cryogénique en silicium a été conçue. Régulée à une température de 17 K, elle sera limitée par son bruit thermique à un palier de stabilité relative de fréquence de 3x10-17. Un cryogénérateur à faibles vibrations est utilisé pour atteindre cette température. Des modélisations par éléments finis de la cavité ont permis d’obtenir une sensibilité accélérométrique simulée de 4:5 x10-12=(m=s2). / The work described in this document deals with optical frequency references, or ultrastable lasers. They are obtained from the frequency locking of a laser on a high finesse Fabry-Perot cavity. A first laser is stabilized on a commercial ULE Fabry-Perot cavity and exhibits a 1:9 x10-15 fractional frequency instability at 1 s. A femtosecond laser is phased lock to this ultrastable laser and allows generating an ultra-pure microwave signal. At 10 GHz, the signal exhibits a -104 dBc/Hz phase noise at 1 Hz. In a second project, we design a 25 mm ultra-compact cavity. Extensive finite element modeling led to a new spacer geometry, with simulated acceleration sensitivities below 10-12=(m=s2) in all directions. A compact vacuum chamber with embedded optical set-up has been developed to reduce the size of the system. Finally, a cryogenic silicon cavity has been designed. It will be cooled down to 17 K. At this temperature, its thermal noise would limit its fractional frequency instability to3 x 10-17. A low vibration cryogenerator is used to reach this temperature. Finite element modeling led to 4:5x 10-12=(m=s2) acceleration sensitivity.

Cette thèse propose une nouvelle méthode pour générer des spectres continus avec des applications possibles dans les réseaux d'accès optiques WDM. Cette nouvelle méthode devrait permettre le développement d'une structure laser type continuum avec de meilleures performances en termes de coût et de simplicité comparées aux sources supercontinuum actuelles. Dans ce but, nous avons analysé la possibilité d'élargir les modes résonants d'une cavité Fabry-Perot en n’agissant que sur la conception de l'un des miroirs de la cavité. La conception du miroir est réalisée avec un algorithme génétique en ciblant un spectre de réflectivité souhaitée. Un milieu actif est alors ajouté à l'intérieur de la cavité formée avec un tel miroir synthétisé et son comportement en dessous du seuil est simulé. Les spectres des cavités ainsi obtenues sont continus sur une bande de 5 à 15nm. / This thesis proposes a new method for the generation of continuous spectra with possible applications in optical WDM access networks. This new method would allow the development of a continuum laser type structure with better performances in terms of cost and simplicity compared to the current supercontinuum sources. For this purpose, we have analyzed the possibility of extending the resonant modes of a Fabry-Perot cavity acting only on the design of one of the cavity mirrors. The design of the mirror is generated with a genetic algorithm targeting a desired reflectivity spectrum. An active medium is then added inside the cavity formed with the synthesized mirror and the cavity’s emission is simulated below the lasing threshold. The spectra thus obtained are continuous on an interval of 5 to 15 nm.

The following work deals with basics of fiber optics, history of fiber optics, and methods of measuring physical quantities with the use of fiber optic sensors. The work includes facts about physics, chemistry and biology - these elements are necessary for a full understanding of the issue. In order to create an optical fiber temperature sensor based on Fabry Perot resonator principle, several methods of manufacturing the optical cavity are investigated. A practical part of paper consist in the manufacturing of the miniature fiber thermometer, its coating and testing.

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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Einführung M. Fabry ist eine x-chromosomal vererbte Enzymmangelerkrankung und führt zu progressiver Niereninsuffizienz und hypertropher Kardiomyopathie. Ziel dieser Studie war die Analyse der kardialen Veränderungen im Rahmen der Erkrankung und unter Enzymersatztherapie (ERT) mittels kontrastmittelgestützter Magnetresonanztomographie (MRT). Material und Methoden 25 Patienten (4 Frauen, Alter 18-55 Jahre) mit genetisch bestätigtem M. Fabry wurden vor und nach 12 Monaten ERT mit Fabrazyme® untersucht. Es erfolgte eine umfassende Analyse morphologischer und funktioneller Parameter des linken Ventrikels (LV) mit Fokussierung auf regionale Wandveränderungen sowie Late Enhancement (LE). Eine Gruppe von 43 gesunden Probanden diente als Kontrollgruppe. Ergebnisse Vor Therpiebeginn war bei 50% aller Patienten eine LV Hypertrophie mit erhöhter enddiastolischen Wanddicke (EDWT) nachweisbar. Die ERT führte zu einer Reduktion der EDWT und der LV Masse um 3,6 bis 10,3% innerhalb von 12 Monaten. Die initial erhöhten LV Volumina nahmen ebenfalls unter Therapie ab. Männliche Patienten wiesen eine eingeschränkte Ejektionsfraktion (EF) auf als Zeichen einer globalen Herzinsuffizienz, welche sich unter Therapie signifikant verbesserte. Die segmentale Analyse der systolischen Wanddickenzunahme (WT) zeigte teils ausgedehnte Wandbewegungsstörungen und eine Verbesserung der Kontraktilität unter ERT. Letztere war am stärksten ausgeprägt, wenn kein LE vorhanden war. Ein LE in der LV Seitenwand ist charakteristisch für M. Fabry und konnte bei 11 von 21 männlichen Patienten nachgewiesen werden mit einem Volumen von durchschnittlich 1,9 ± 1,8% der LV Masse. Das Ausmaß nahm häufig unter Therapie noch zu, es kam zu keiner Reduktion. Allerdings wurde auch kein Neuauftreten beobachtet. Frauen waren nicht betroffen. Das Alter LE-positiver Patienten lag etwa 10 Jahre über dem LE-negativer Patienten. Im Frauenkollektiv war die LV Hypertrophie geringer ausgeprägt als bei männlichen Patienten, lag aber dennoch über dem Normwert. Zwar war der Schweregrad der segmentalen Hypertrophie geringer, aber die regionale Verteilung war dennoch ähnlich der bei männlichen Patienten und blieb unter ERT auf hohem Niveau konstant. Auch die regionale Kontraktilität war mäßig beeinträchtigt und durchaus vergleichbar mit dem Ausmaß der Wandbewegungsstörungen bei LE-negativen männlichen Patienten. Bei Frauen war keine globale LV Insuffizienz nachweisbar. Dennoch belegen die erhöhte LV Wanddicke und segmentale Hypokinesien eine messbare kardiale Beeinträchtigung durch M. Fabry auch bei heterozygoten Patienten. Fazit Insgesamt erwies sich die MRT des Herzens als ideales Instrument zur strahlungsfreien Überwachung von Fabry Patienten unter ERT. So können bereits diskrete und regional beschränkte Veränderungen mit hoher Reliabilität diagnostiziert werden, auch in Regionen, die der Echokardiographie nur schwer zugänglich sind. Die LV Masse ist bereits in frühen Krankheitsstadien erhöht und korreliert gut mit der allgemeinen Erkrankungsschwere. Desweiteren impliziert die enge Verknüpfung zwischen Hypertrophie, erhöhten LV Volumina, Wandbewegungsstörungen und letztenendes globaler Herzinsuffizienz, dass die LV Hypertrophie einen wichtigen und früh sichtbaren Risikofaktor darstellt. Das LE als Zeichen der myokardialen Fibrose in späten Erkrankungsstadien ist irreversibel, ebenfalls eng verbunden mit der kardialen Funktion und scheint ein weiterer Risikofaktor zu sein für ein vermindertes Therapieansprechen. Mit dem Auftreten eines LE und zunehmenden LE-Scores erhöht sich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer LV Hypertrophie und von Wandbewegungsstörungen. Das Patientenalter hatte keinen offensichtlichen Einfluss auf die Wirkung der ERT. Es gibt jedoch Hinweise auf eine Art „point of no return“, jenseits dessen der Therapieeffekt - zumindest das Herz betreffend - begrenzt zu sein scheint. / Introduction Fabry disease is a x-chromosomal linked storage disorder and presents with renal failure and hypertrophic cardiomyopathy. The purpose of this study was to investigate cardiac alterations and treatment effects in Fabry patients undergoing enzyme replacement therapy (ERT) using contrast enhanced magnetic resonance imaging (MRI). Material and methods 25 patients (4 women, age 18-55 years) with genetically proven Fabry disease were examined prior to and after one year of ERT with Fabrazyme®. The analysis comprised morphologic and functional parameters of the heart with a focus on regional alterations and late enhancement (LE). A group of 43 healthy volunteers served as a control group. Results Before therapy, 50% of all patients presented with left ventricular (LV) hypertrophy and increased endiastolic wall thickness (EDWT). ERT led to a reduction of EDWT and LV mass of about 3.6 to 10.3% during 12 months. Initially increased LV volumes decreased under therapy as well. The ejection fraction (EF) in male patients was restricted as a sign of global heart failure and improved significantly under therapy. A segmental analysis of the systolic wall thickening (WT) revealed partly pronounced wall motion abnormalities declining under therapy. The improvement was most obvious if no LE was detectable. LE in the LV free wall is typical of Fabry disease and was found in 11 of 21 male patients with volumes of about 1.9 ± 1.8% of the LV mass. These volumes often increased significantly under ERT and no lesion reduced. No patient developed a new LE and no women were affected. The average age of patients with LE was about 10 years above that of LE negative patients. LV hypertrophy in female patients was minor to that of male patients but pathologically superior to normal values. Even if the segmental hypertrophy was less pronounced, the regional distribution was still comparable to that of male patients and remained stable on a high level. The regional contractility was also impaired moderately and was throughout comparable to the extent of wall motion abnormalities in LE negative men. No global dysfunction was detected in women. Nevertheless, increased LV wall thickness and segmental hypokinesia demonstrated a significant impairment of the cardiac system even in heterocygous patients. Conclusions After all, cardiac MRI is an ideal instrument for the monitoring of Fabry patients under ERT without radiation, which can detect already minor and regional restricted changes with high reliability and can assess even regions that are hard to examine by echocardiography. LV mass increases already in early stages of disease and correlates well with the severity of disease. Furthermore, the close connection between hypertrophy, increased LV volumes, wall motion abnormalities, and finally global function loss implicates that LV hypertrophy is an important risk factor. LE as a marker of myocardial fibrosis in later stages is irreversible and closely connected to functional cardiac parameters and therefore seems to be another risk factor for a worse outcome after therapy. In the presence of LE and the higher the LE scores, LV hypertrophy and wall motion abnormalities are more likely. The individual age did not influence therapy effects apparently. There are some arguments indicating a kind of ‘point of no return’. Beyond this point, the effects of ERT seemed to be restricted at least regarding the cardiac function.