Reproductin de : Thèse de doctorat : Physique : Lyon 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. en fin de chapitres.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1997. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. [103]-107. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

L’élaboration de sources laser compactes à impulsions ultracourtes et de fortes puissancesmoyennes est primordiale pour le développement d’applications industrielles variéeset pour la poursuite de travaux de recherches fondamentales sur l’interaction laser matière.Aussi, des efforts considérables sont mis en oeuvre pour développer de nouvelles architecturesde sources laser à impulsions ultracourtes et à très hautes cadences basées sur lesamplificateurs à fibres optiques dopées aux ions Ytterbium. La géométrie de ce type de milieuamplificateur lui confère des facultés de dissipation de l’énergie thermique propices àla délivrance de très fortes puissances moyennes. En revanche, le fort confinement des impulsionslumineuses dans le coeur de la fibre, combiné aux grandes longueurs d’interaction,favorise l’accumulation de phénomènes non-linéaires et dispersifs. Ces deux effets sont enprincipe préjudiciables et induisent de fortes distorsions sur les impulsions amplifiées. Celalimite les performances de ce type d’amplificateur. Le développement de stratégies novatricesde gestion des non-linéarités et des effets dispersifs est au coeur des travaux menésdurant cette thèse.L’accumulation d’auto-modulation de phase lors de l’amplification d’impulsions à spectreslarges initialement étirées à l’aide d’une dérive de fréquence négative est d’abord utiliséepour générer des impulsions picoseconde de puissances crêtes records à très hautes cadencesavec une largeur spectrale proche de la limite de Fourier. Par la suite, l’étude des limitationsde la stratégie d’amplification directe d’impulsions femtoseconde en régime parabolique, apermis de repousser significativement les performances de ces architectures. En prenant encompte les effets coopératifs de l’auto-modulation de phase, de la dispersion, de l’extensionfinie de la bande de gain du milieu amplificateur, nous avons pu générer des impulsionssub-100 fs avec des puissances crêtes records à des cadences très élevées. Enfin, nous avonsdéveloppé au cours de ces travaux une stratégie originale d’amplification à dérive de fréquenceen régime non-linéaire fondée sur l’utilisation de systèmes désaccordés de gestionde la dispersion. Cela nous a permis de compenser la phase non-linéaire induite durantl’amplification. Des impulsions de très fortes énergies et dotées d’une très bonne qualité177178 CHAPITRE 6. CONCLUSIONtemporelle ont été générées permettant ainsi d’établir de nouveaux records d’énergie et depuissance crête pour ce type d’architecture.Les résultats expérimentaux ont abouti à la rédaction de onze articles et ont conduitau dépôt de deux brevets. Par ailleurs, ces résultats ont été présentés dans trente-quatreconférences (dont six conférences invitées). Enfin, ils ont permis à la société AmplitudeSystemes de procéder à la mise sur le marché de deux nouvelles gammes de produits :TANGERINE et SATSUMA / The elaboration of high power compact laser sources of ultrashort pulses is paramountfor the development of various industrial applications and for carrying on fundamental researcheson laser-matter interaction. Therefore, considerable efforts are implemented todevelop new architectures of ultrafast laser sources at very high repetition rate based onYtterbium-doped fiber laser amplifiers. The geometry of this gain medium allows for aneasy dissipation of the thermal load, propitious to the extraction of very high average power.On the other hand, the tight confinement of the ultrashort pulses in the core of thefiber, combined with the long interaction length, favours the accumulation of non-linearand dispersive phenomena. In principal, these two effects are prejudicial and induce largedistortions on the amplified pulses, limiting the performances of this kind of amplifiers.The development of new strategies of non-linearity and dispersive effects management aretherefore central in this thesis.First, the accumulation of self-phase modulation during the amplification of ultrashortpulses with large spectra, which are initially stretched in time owing to negative chirp, isused to generate record peak power picosecond pulses at very high repetition rate with anamplified spectral bandwidth close to the Fourier limit. Afterwards, the study of the limitationsof the direct amplification of femtosecond pulses in the parabolic regime allows tosignificantly pushing the limitations of this kind of architecture forward. By taking into accountthe interplay between self-phase modulation, dispersion and the finite gain bandwidthof the amplification medium, we generated sub-100 fs pulses with record peak power at veryhigh repetition rate. Finally, we developed an original chirped pulse amplification strategybased on the management of non-linearities thanks to the implementation of mismatcheddispersion units. It allows for the compensation of a large quantity of non-linear phase shiftsgenerated during the amplification. We, thus, demonstrated the generation of high energy,high temporal quality ultrashort pulses while setting new records of peak power.The experimental results led to the writing and the publication of eleven articles andthe filling of two patents. Moreover, these results were presented in thirty four conferences179180 CHAPITRE 6. CONCLUSION(including six invited conferences). As a result Amplitude Systemes has launched into themarket two new lines of products : TANGERINE and SATSUMA.

L'étude de la propagation de la lumière en milieu diffusant est d'un grand intérêt pour l'imagerie biologique et médicale non-invasive. Diverses méthodes temporelles femtosecondes sont basées sur l'exploitation de portes optiques ultrarapides destinées à éliminer la composante de la lumière diffusée par les structures environnant l'objet à imager. Une impulsion laser d'une centaine de femtosecondes comprend au minimum une quarantaine de cycles optiques et la notion d'onde est encore significative. Dès lors, une détection cohérente basée sur l'exploitation d'interférences pourrait à priori se superposer à une détection temporelle et en améliorer le rapport signal sur bruit. Le but de cette thèse est d'évaluer cette possibilité en développant des méthodes quantitatives de mesure de la cohérence d'impulsions laser diffusées. La première partie de la thèse présente un inventaire des méthodes actuelles d'imagerie en milieu diffusant, notamment l'OCT, la microscopie confocale et l'imagerie femtoseconde. L'intérêt des méthodes femtosecondes, utilisant des portes temporelles ultrarapides, est justifié par des simulations Monte Carlo basées sur des paramètres de diffusion rencontrés en milieu biologique. Dans la deuxième partie, après avoir monté un corrélateur interférométrique non-linéaire, les phénomènes de décohérence et d'élargissement temporel d'impulsions laser sont observés dans des milieux composés d'eau et de lait. L'utilisation d'un filtrage cohérent pour une méthode d'imagerie amplifiée est discutée. La troisième partie introduit l'interférométrie spatiale-spectrale et son application à l'étude de la cohérence et de la réponse impulsionnelle pour des milieux plus diffusants (plus de 3 diffusions). La relation entre cette réponse et les photons diffusés vers l'avant y est affirmée. La thèse montre en particulier que cette méthode ne permet pas la caractérisation complète de la réponse impulsionnelle, contrairement à ce qu'annonce une méthode d'imagerie spectrale suggérée récemment d'un point de vue théorique. Néanmoins la possibilité de l'utiliser pour un milieu sous une diffusion Rayleigh, plutôt que Mie, reste ouverte. Ce travail circonscrit les conditions d'utilisation de la cohérence dans les méthodes d'imagerie diffuse par portes temporelles femtosecondes. Cette thèse s'appuie sur des méthodes et outils expérimentaux développés spécifiquement pour la mesure de la décohérence en relation à l'élargissement temporel d'impulsions laser diffusées.

Thèse de doctorat : PHYSIQUE : Metz : 1999. / 1999METZ022S. 80 ref.

Reproduction de : Thèse doctorat : Optique et milieux dilués : Reims : 2008. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 151-162.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2007. / Titre de l'écran-titre (visionné le 5 mai 2008). Bibliogr.

Dans les thérapies rétiniennes sélectives (TRS) au laser, on vise à confiner les dommages produits par le laser à l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR). L’objectif poursuivi est de générer des effets thérapeutiques équivalant à ceux de la photocoagulation classique sans toutefois provoquer la destruction des photorécepteurs. La stratégie des TRS consiste à miser sur des durées d’exposition au laser plus courtes (~ 1 µs), ce qui limite la conduction de la chaleur vers les photorécepteurs. Cette réduction des temps d’exposition coïncide avec la transition du régime thermique d’endommagement des cellules à un régime photomécanique, où la microcavitation intracellulaire devient le principal phénomène responsable des dommages créés. La microcavitation correspond à la formation de bulles de vapeur transitoires autour de pigments cellulaires chauffés par le laser. Dans les TRS, il importe de contrôler la taille maximale de ces bulles pour éviter d’endommager les photorécepteurs par voie photomécanique et ainsi profiter d’une réelle sélectivité. Notre étude vise à évaluer le potentiel du formatage temporel d’impulsions laser en tant que méthode permettant d’assurer une diffusion minimale de la chaleur autour des pigments avec un contrôle simultané de la taille des bulles de microcavitation. Afin de réaliser une première preuve de concept, nous nous sommes principalement intéressés aux mécanismes physiques impliqués pour le cas de pigments de mélanine isolés en suspension dans l’eau, et ce tant expérimentalement que théoriquement. Nous présentons également quelques résultats obtenus lors d’expériences préliminaires réalisées ex vivo avec des feuillets d’EPR provenant d’yeux de lapin. Il s’agit là de premières étapes essentielles s’inscrivant dans une démarche qui pourra par la suite examiner la réponse biologique des tissus rétiniens à différents formats d’impulsions, dans le but d’établir les conditions d’irradiation permettant d’optimiser la sélectivité et la fenêtre thérapeutique des TRS. / The rationale of selective retina therapies (SRT) is to confine laser-induced damages to the retinal pigment epithelium (RPE) in order to produce therapeutic effects equivalent to those generated in classical photocoagulation, while sparing the photoreceptors. For this purpose, SRT use shorter irradiation times (~ 1µs) to reduce thermal conduction to the neural retina. At these time scales, a transition from thermal to photomechanical cellular damage mechanisms occurs. Indeed, intracellular microcavitation inside RPE cells was shown to be a dominant mechanism leading to cell death in SRT. Microcavitation is a phenomenon where transient vapor bubbles are generated around laser-heated cellular pigments. The control of the maximum size of these bubbles is of paramount importance in SRT to avoid photomechanical alterations of the photoreceptors, which would compromise the selectivity of the treatment. The goal of this study is to evaluate the potential of temporal laser pulse formatting as a mean of ensuring minimal heat conduction around cellular pigments while controlling the size of the bubbles at the same time. In order to conduct a first proof of concept, the focus was kept on the physical mechanisms involved for the case of isolated melanin pigments suspended in water, both experimentally and theoretically. The outcomes of preliminary experiments conducted with leporine RPE sheets ex vivo are also presented. The results of this study represent crucial initial steps in a program that will thereafter examine the biological response of retinal tissues to various pulse formats in order to determine irradiation conditions that will optimize the selectivity and the therapeutic window of SRT.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les lasers impulsionnels opérant dans l'infrarouge moyen ont ouvert la porte à une multitude d'applications au cours des dernières années, mais la plage spectrale entre 3 μm et 3.5 μm a largement fait défaut. L'ion dysprosium disposant d'une large plage d'émission couvrant cette plage a attiré beaucoup d'attention, notamment grâce au développement de sources laser pouvant être utilisées pour son pompage. L'objectif de cette thèse était de développer des sources impulsionnelles performantes basées sur des fibres de fluorozirconate dopées au dysprosium. Cette thèse présente dans un premier temps un article de revue présentant l'état de l'art des lasers à fibre dopée aux lanthanides émettant entre 3 μm et 5 μm. Les considérations spectroscopiques et théoriques du dysprosium sont ensuite discutées dans le second chapitre. Le troisième chapitre présente la modélisation numérique des lasers à fibre dopée au dysprosium ainsi que l'étude numérique des schémas de pompage considérés dans le cadre de cette thèse, soit le pompage à 1.1 um et le pompage à 2.8 μm. Les deux derniers chapitres présentent les principaux résultats expérimentaux obtenus. D'abord un pompage intrabande a permis d'obtenir les meilleures performances à ce jour pour un laser impulsionnel fibré opérant au-delà de 3 μm. Ce laser opérait à 3.24 μm pour des cadences de 20-120 kHz avec une puissance maximale de 1.4 W et une énergie maximale par impulsion de 19.2 μJ. Le dernier article présente un laser pompé cette fois-ci par un système laser à l'ytterbium à 1064 nm. Des performances plus modestes ont été obtenues, mais un record d'énergie par impulsion pour ce type de pompage avec 8.9 μJ a été obtenu à 10 kHz. Le laser opérait de 100-200 kHz, soit les cadences les plus élevées pour ce type laser, mais une puissance moyenne limitée à 207 mW. Ces résultats montrent que parmi les différents schémas de pompage disponibles, le pompage intrabande semble être celui produisant les meilleures performances et permettent d'établir des lignes directrices quant au développement futur des lasers à fibre dopée au dysprosium dans l'objectif de répondre aux besoins des applications dans le domaine de la détection de méthane et de l'usinage des polymères. / Pulsed lasers operating in the mid-infrared have opened the door to a multitude of applications in recent years, but the spectral range between 3 μm and 3.5 μm has been largely underserved. The dysprosium ion with a wide emission range covering this range has attracted a lot of attention, especially thanks to the development of laser sources that can be used for its pumping. The objective of this thesis was to develop efficient pulsed sources based on dysprosium doped fluorozirconate fibers. This thesis first presents a review article describing the state of the art of lanthanide-doped fiber lasers emitting between 3 μm and 5 μm. Spectroscopic and theoretical considerations of dysprosium are then discussed in the second chapter. The third chapter presents the numerical modeling of dysprosium-doped fiber lasers as well as the numerical study of the pumping schemes considered in this thesis, i.e., 1.1 μm pumping and 2.8 μm pumping. The last two chapters present the main experimental results obtained. First, an in-band pumping has allowed to obtain the best performances to date for a pulsed fiber laser operating beyond 3 μm. This laser operated at 3.24 μm for rates of 20 kHz to 120 kHz with a maximum power of 1.4 W and a maximum energy per pulse of 19.2 μJ. The last paper presents a laser pumped this time by an ytterbium laser system at 1064 nm. More modest performances were obtained, but a record energy per pulse for this type of pumping with 8.9 μJ was obtained at 10 kHz. The laser operated from 100 kHz to 200 kHz, the highest rates for this type of laser, but an average power limited to 207 mW. These results show that among the different pumping schemes available, in-band pumping seems to be the one producing the best performances and allow to establish guidelines for the future development of dysprosium-doped fiber lasers in order to meet the needs of applications in the field of methane detection and polymer processing.