A l'instar du Ti:saphir, certains amplificateurs paramétriques optiques (OPA) possèdent des bandes de gain suffisamment larges pour générer et amplifier des impulsions optiques parmi les plus courtes (<100fs). A partir de ce constat, une double problématique est développée : dans quelle mesure peut-on utiliser des amplificateurs paramétriques en lieu et place des amplificateurs laser utilisés, que ce soit dans les chaînes d'amplification à dérive de fréquence (CPA) ou dans les oscillateurs à modes bloqués ?<br />La première partie de ce mémoire est consacrée à un rappel de la physique du mélange à trois ondes dans les cristaux massifs, suivi d'une interprétation géométrique des solutions obtenues en ondes planes. <br />La seconde partie est consacrée à l'étude expérimentale des performances de l'amplification paramétrique optique à dérive de fréquence (OPCPA) à 1054 nm.. <br />Deux préamplificateurs OPCPA présentant des gains supérieurs à 106, l'un à base de cristaux massifs de BBO, l'autre à base de PPLN, sont étudiés et comparés expérimentalement. La question du contraste temporel des impulsions amplifiées par OPCPA – question centrale pour les sources ultra-intenses – fait l'objet d'études théoriques et expérimentales spécifiques. Le contraste de plusieurs sources OPCPA sont comparés et ses diverses composantes (fluorescence paramétrique, bruit d'amplitude sur l'impulsion de pompe) sont identifiées et quantifiées.<br />La dernière partie du travail de thèse porte sur la possibilité de réaliser un oscillateur paramétrique optique à modes bloqués (ML-OPO) à partir d'une source de pompe continue. Ce travail comporte également un volet théorique et un volet expérimental : une étude théorique systématique des ML-OPO (simplement et doublement résonnants) et la première démonstration expérimentale d'un ML-OPO quasi-continu et doublement résonnant à 1 micron.

Ce travail est consacré à l’étude des interactions d’un grand nombre de solitons dans un laser à fibre dopée erbium/ytterbium. Les impulsions interagissent entre elles et se structurent pour former des distributions plus ou moins organisées. Deux cavités ont été réalisées, l’une basée sur la rotation non-linéaire de la polarisation (RNLP) et l’autre sur le miroir optique à boucle non-linéaire (NOLM) en configuration de laser en forme de huit. Avec la RNLP, nous nous sommes intéressés d’abord à une distribution où les impulsions sont liées (cristal de solitons). Ce cristal, stable pour des puissances moyennes, devient instable lorsque la puissance augmente : il se disloque. Les solitons se réorganisent pour former un régime de verrouillage harmonique (HLM) de 50 cristaux. Nous avons ensuite cherché s’il était possible de contrôler les distributions de solitons par l’injection d’une composante continue externe. Nous avons montré que le HLM peut être forcé par l’injection de cette composante. Nous avons développé deux approches afin de modéliser un laser verrouillé en phase et soumis à l'injection d'une composante continue, l'une est scalaire et l'autre vectorielle. Ces modèles démontrent que le signal injecté peut modifier les interactions entre les solitons. Enfin, le NOLM a permis d’observer plusieurs dynamiques : pluie de solitons, gaz de solitons, liquide de solitons, poly-cristal de solitons, multi-cristal de solitons, cristal de solitons, états liés et verrouillage harmonique d’états liés. Ce laser a permis également d’observer une émission laser continue et impulsionnelle autour de 1600 nm. / This work has been devoted to study the interaction of the large number of solitons in the erbium/ytterbium doped fiber laser. The interaction of pulses with each other causes to form more or less organized distribution. Two laser cavities have been constructed, one based on the non-linear polarization rotation (NLPR) and the other based on the nonlinear optical loop mirror (NOLM) in a figure-eight laser configuration. With the NLPR, we were interested to the distribution of coherent pulses (crystal solitons). This crystal, stable for moderate power, becomes unstable at high power, which means to get loose from the initial soliton. These solitons rearrange their relative position to form one harmonic-mode locking regime (HML) of 50 crystals. Afterward, we have investigated the possibility of controlling the solitons distribution by injecting an external continuous wave (cw). It has been observed that cw could force the laser to operate at HLM regime. Moreover, we have developed two theoretical approaches, such as scalar and vectorial, to model the passively mode-locked fiber laser submitted to the cw. Both models confirm that the injected signal could modify the interactions between the solitons. Finally, the NOLM allowed us to observe several dynamics, including rain solitons, gas solitons, liquid solutions, poly-crystal solitons, multi-crystal solitons, crystal solitons, bound states and harmonic-mode locking of bound states. Furthermore, it made possible to observe the continuous as well as pulsed laser emission around 1600 nm.

Afin d'étudier la contribution des non-linéarités à l'endommagement laser ou de prévoir l'évolution d'une impulsion courte, la mesure précise de l'indice de réfraction non-linéaire est importante. Plusieurs bancs de mesure, reposant sur la méthode de Z-scan, sensibles à de faibles indices de réfraction non-linéaire ont été développés afin d'étudier la contribution des différents mécanismes. <br />Nous avons développé un modèle numérique permettant d'étudier le signal. Nous montrons que le profil spatial du faisceau avait une grande importance sur la mesure. Ensuite la réalisation expérimentale des bancs comprenant tous les moyens de caractérisation nécessaires à une mesure absolue est détaillée. <br />Enfin, une étude de l'indice de réfraction non-linéaire de la silice est entreprise pour différents régimes temporels. Une grande dépendance avec la durée des impulsions et l'absence d'effets thermiques sont constatées ainsi qu'une contribution non négligeable de l'électrostriction en nanoseconde.