Le détecteur d'ondes gravitationnelles Virgo est un interféromètre laser dont les bras font trois kilomètres de long. Cet interféromètre est actuellement dans une phase de réglages et d'ajustements ayant pour but d'amener l'instrument à sa sensibilité nominale. Il est pour cela nécessaire de réduire les bruits instrumentaux qui limitent la sensibilité pendant cette phase. Le travail décrit dans ce mémoire est consacré à l'analyse des bruits instrumentaux.<br />Une description des bruits que l'on sait susceptibles de limiter la sensibilité de l'interféromètre est d'abord présentée, ainsi que leur mécanisme de propagation. La méthode ayant permis d'analyser les bruits instrumentaux est ensuite exposée. Elle consiste tout d'abord à identifier les sources de bruit potentielles par la recherche de cohérence entre les signaux de l'interféromètre. Il est ensuite utile de comprendre le mécanisme par lequel ces bruits se propagent dans l'interféromètre en élaborant des modèles analytiques. Cette analyse, appliquée aux données de l'interféromètre, a été complétée par des études utilisant une simulation du détecteur. <br />Entre fin 2003 et fin 2005, les progrès de la mise en route de Virgo ont été ponctués par sept prises de données techniques, qui ont permis de vérifier l'évolution des performances du détecteur. Les résultats de l'analyse des bruits limitant la sensibilité de l'interféromètre au cours de chacune de ces prises de données techniques sont présentés dans ce mémoire. L'impact des améliorations techniques apportées à l'interféromètre pour éliminer l'effet de ces bruits est également discuté.

Un nouvel essai mécanique a été développé pour répondre à la demande d'analyse des propriétés mécaniques des revêtements et films d'épaisseur nanométrique par essai de gonflement. La méthode utilisée est l'application d'une différence de pression sur une membrane non supportée, usinée en utilisant les techniques standards de gravure microélectronique. Le banc d'essai permettra d'effectuer des essais à haute température (au dessus de 900°C). La principale difficulté rencontrée a été la mise au point d'une méthode de mesure de la déflection de la membrane qui perturbe celle ci aussi peu que possible. Deux techniques ont été utilisées : capteur ponctuel et capteur interférométrique 2D avec référence sphérique. La première technique, plus simple, s'est révélée difficilement praticable, en particulier dans le cas de flambage de la membrane. La mise en place de la deuxième a nécessité une description fine du comportement du système optique (distorsion des images, calcul des interférogrammes) aboutissant à une méthode de mesure simple, susceptible d'être intégrée en ligne au système de contrôle de l'interféromètre, et complétée par un traitement complet des données après essai.Afin de valider l'essai, deux types de revêtements ont été caractérisés. Tout d'abord des films fragiles de nitrure de silicium et de silicium pour mettre en évidence la fiabilité et la reproductibilité des essais. Puis des films minces d'or pour observer l'influence de la microstructure sur le début de la déformation plastique / A new mechanical testing device of free standing membranes by Bulge Test has been built at Institute Jean Lamour in order to investigate the mechanical properties of thin films of nanometric thickness. The Bulge Test measures the deflection of a free standing membrane to which a differential atmospheric pressure has been applied. (The specimens are prepared from film on substrate deposits by cutting a window within the substrate by standard microelectronic techniques.) We aim of achieve tests from room temperature to ~ 900°C. The main technical difficulty met during this work was to develop a non perturbating method of measurement of the film bulge. Two different techniques were tested: point measurement and 2D interferometry using a spherical reference. The first technique, however simple, was difficult to practice, especially in the case of buckling membranes. The second method required a detailed analysis of the whole optical system (image distorsion, calculation of interferograms) leading to a simple measurement method, suitable for integration in the acquisition and command chain of the device, followed by an off line full treatment.The operating method was used on two different sets of specimens: fragile silicon nitride and silicon membranes in order to test the reproducibility of the device. Polycrystalline gold thin films were then used to study the early stage of plastic strain

Les interféromètres stellaires sont des dispositifs à très haute résolution angulaire, permettant une étude approfondie de l’Univers. Cette thèse décrit la mise en place en laboratoire d’un interféromètre à somme de fréquences dédié à la détection de rayonnement infrarouge en bande L :ALOHA@3.39. Afin de pouvoir limiter le bruit généré par les rayonnements thermiques ambiants et de pouvoir bénéficier des technologies matures en terme de détection et de transport cohérents de la lumière collectée, ce système intègre sur chacune des voies interférométrique un processus non linéaire de somme de fréquence. Les rayonnements autour de 3.39 μm sont transposés autour de 810 nm via des cristaux de PPLN alimentés par une pompe unique à 1064 nm. Une première partie présente le contexte expérimental et théorique de la thèse. La deuxième partie concerne la conception, la réalisation et la caractérisation du banc ALOHA@3.39. La troisième partie présente les résultats expérimentaux obtenus en laboratoire. La mesure répétée du contraste en régime de fort flux permet de calibrer le contraste instrumental du montage. Les premières mesures en régime de comptage de photons montrent que nous sommes actuellement capables de détecter des franges d’interférence avec de hauts contrastes en ne disposant que de 100 Fw à l’entrée de chacune des voies. Enfin, nos investigations nous ont amené à la détection de franges d’interférences via le prototype ALOHA@3.39 à partir d’une source thermique, assimilable à un corps noir. Cette thèse conclue sur une estimation de la magnitude limite accessible, et sur l’utilisation de nouvelles technologies de PPLN. / Stellar interferometers are high angular resolution devices, allowing for detailed research of the Universe. This thesis describes the in-lab implementation of a sum frequency generation interferometer dedicated to the infrared detection in the L band : ALOHA@3.39. In the aim of limiting thermal noise due to the room radiation, and benefit mature detectors and fibered components, this device includes a sum frequency generation non-linear process on each of its arms. Stellar radiations around 3.39 μm are transposed to around 810 nm thanks to PPLN cristals powered by a single pump signal at 1064 nm. The first part presents our global experimental context and theoretical elements about this thesis. The second part deals with the conception, the implementation and characterisation of the test bench ALOHA@3.39. The third part tables in-lab experimental results. Repeated measurements of the fringe contrast on high flux regime allow to calibrate the instrumental contrast of the set-up. First measurements on photon counting regime show we are currently able to detect interference fringes with high contrast with only 100 fW at the input of each arm. Finally, our research led us to realise interference fringes detection via the ALOHA@3.39 prototype, observing a thermal source, considered as a black body. This thesis concludes on an estimation of the limiting reachable magnitude, and on the future use of new PPLN technologies.

Les effets non-linéaires dépendant essentiellement de l’intensité du champ électrique de l’onde et du guide, sont indispensables à la génération des régimes impulsionnels dans les lasers à fibre dopée. L’effet Kerr, qui se manifeste quel que soit l’énergie de propagation et de pompage, va engendrer le phénomène de l’auto modulation de phase (SPM) qui se traduira par un élargissement spectral. La SPM peut se voir aussi dans l’interaction entre les deux ondes qui se propagent le long des axes lents et rapides du guide (XPM). Dans un guide uniforme passif, cette auto modulation de phase en se conjuguant avec la dispersion chromatique du guide peut conduire à l’impulsion soliton, mais ce cadre doit être largement dépassé pour aborder la mise en forme d’impulsions dans un système dissipatif, tel qu’une cavité laser. Ce cadre élargi est celui du soliton dissipatif. Dans ce travail, nous avons passé en revue la fibre optique dopée en tant que milieu actif. Nous avons présenté le principe physique du blocage de modes, en introduisant l’absorbant saturable virtuel reposant sur l’évolution non linéaire de la polarisation (ENLP). Dans la partie expérimentale, on s’est penché plus particulièrement sur de nouvelles dynamiques à haute cadence (multi-GHz) d’un laser à fibre dopée, à modes bloqués. Avant de présenter et positionner notre travail, on s’est intéressé dans un premier temps à ce qui a été publié sur la génération des trains d’impulsions ultracourtes à haute cadence. Nous avons étudié chaque configuration, allant de la génération de régime harmonique à haute cadence par le blocage de modes habituel jusqu’aux techniques utilisant l’instabilité de modulation avec un filtrage interférométrique (µcavité, F.P, SFBG). En évaluant les opportunités de réalisation de chacune, nous avons été attirés par la configuration de Mao, publiée dans Sci. Reports, toute fibrée, qui sera le premier volet de notre contribution expérimentale. Effectivement, dans un premier temps nous avons repris les travaux de Mao et al. où le MZI est pris en série dans la cavité fondamentale. Dans le souci d’apporter plus de stabilité, nous avons proposé une autre configuration où le MZI est pris dans une boucle de recirculation qui permettra plus de filtrage des modes cavité en phase. Cette stabilité du régime impulsionnel, à haute cadence, a été observée en temps réel. / Non-linear effects, which depend essentially on the intensity of the electric field of the wave and the guide, are essential for the generation of pulse regimes in doped fiber lasers. The Kerr effect, which occurs regardless of the propagation and pumping energy, will generate the phenomenon of phase auto modulation (SPM), which will result in a spectral expansion. The SPM can also be seen in the interaction between the two waves that propagate along the slow and fast axes of the guide (XPM). In a passive uniform guide, this self-phase modulation in combination with the chromatic dispersion of the guide can lead to the soliton pulse, but this framework must be largely overcome to address pulse shaping in a dissipative system, such as a laser cavity. This extended framework is that of the dissipative soliton. In this work, we reviewed doped optical fiber as an active medium. We presented the physical principle of mode blocking, introducing the virtual saturable absorber based on the non-linear evolution of polarization (ENLP). In the experimental part, we focused more particularly on new high rate dynamics (multi-GHz) of a doped fiber laser with blocked modes. Before presenting and positioning our work, we first focused on what was published on the generation of ultra-short high speed pulse trains. We studied each configuration, ranging from the generation of high-rate harmonic regime by blocking the usual modes to techniques using modulation instability with interferometric filtering (µcavity, F.P, SFBG). In assessing the opportunities for each, we were attracted by the configuration of Mao, published in Sci. Reports, all fiber, which will be the first part of our experimental contribution. Indeed, initially we resumed the work of Mao et al. where the MZI is taken in series in the fundamental cavity. In order to provide more stability, we have proposed another configuration where the MZI is caught in a recirculation loop that will allow more filtering of the cavity modes in phase. This stability of the impulse regime, at high repetition rate, was observed in real time.

La caractérisation spectrale détaillée des lasers XUV générés dans des plasmas est un enjeu important des projets actuels de développement qui visent à augmenter la puissance crête de ces sources. En effet les propriétés spectrales de ces lasers conditionnent d'autres propriétés importantes, telle que la durée minimum accessible (limite de Fourier). La plus courte durée actuellement démontrée expérimentalement est de 1 picoseconde. La technique d'injection d'un plasma de laser XUV avec une impulsion femtoseconde de rayonnement harmonique d'ordre élevé offre des perspectives très prometteuses pour réduire la durée d'impulsion jusqu'à quelques 100 femtosecondes, pourvu que l'on sache maintenir une bande spectrale de gain suffisamment large.Les lasers XUV pompés par excitation collisionnelle dans des ions néonoïdes et nickeloïdes ont été développés dans des plasmas chauds créés aussi bien par décharge électrique rapide que par différents types de lasers de puissance. On a ainsi accès à une large variété de sources lasers XUV, qui diffèrent par les caractéristiques du faisceau émis, mais aussi par les paramètres du plasma (densité, température) dans la zone de gain. On peut donc s'attendre à des propriétés spectrales différentes. Le but du travail que nous présentons est d'étudier les propriétés spectrales des différents types de lasers XUV collisionnels existants, et d'évaluer leur capacité à amplifier des impulsions de durée inférieure à 1 picoseconde, dans un mode injecté.La caractérisation spectrale des lasers XUV est expérimentalement difficile parce que la résolution spectrale nécessaire (∆λ/λ ~10-5) n'est pas accessible avec les meilleurs spectromètres actuels. Dans notre étude, nous avons atteint cette résolution en mesurant la cohérence temporelle de la source à l'aide d'un interféromètre à division de front d'onde, spécifiquement conçu pour ces mesures, à partir desquelles largeur spectrale peut être déduite.Nous avons caractérisé trois types de lasers XUV collisionnels, développés dans trois laboratoires différents: pompage transitoire dans le molybdène nickeloïde, pompage par décharge électrique dans l'argon néonoïde et pompage quasi-stationnaire dans le zinc néonoïde. Dans chaque cas la cohérence temporelle a été mesurée précisément. De plus nous avons étudié l'effet de la saturation de l'amplification et (pour le Ni-like Mo) l'influence du mode injecté. Nous avons également étudié le comportement temporel du laser transitoire Ni-like Mo à l'aide d'une caméra streak X ultra-rapide. Nos mesures spectrales sont comparées à des résultats de simulations numériques prenant en compte les différents mécanismes d'élargissement ainsi que les effets de transfert radiatif. Nous avons étudié l'évolution du profil spectral avec l'amplification et la saturation, et nous avons évalué les limites de Fourier correspondantes.Le temps de cohérence le plus court (ie la largeur spectrale la plus grande) est mesuré pour le laser XUV quasi-stationnaire, qui correspond au plasma qui a la plus forte densité et la plus forte température ionique. / Improving the knowledge of the spectral and temporal properties of plasma-based XUV lasers is an important issue for the ongoing development of these sources towards significantly higher peak power. The spectral properties of the XUV laser line actually control several physical quantities that are important for applications, such as the minimum duration that can be achieved (Fourier-transform limit). The shortest duration experimentally achieved to-date is ~1 picosecond. The demonstrated technique of seeding XUV laser plasmas with a coherent femtosecond pulse of high-order harmonic radiation opens new and promising prospects to reduce the duration to a few 100 fs, provided that the gain bandwidth can be kept large enough.XUV lasers pumped by collisional excitation of Ni-like and Ne-like ions have been developed worldwide in hot plasmas created either by fast electrical discharge, or by various types of high-power lasers. This leads to a variety of XUV laser sources with distinct output properties, but also markedly different plasma parameters (density, temperature) in the amplification zone. Hence different spectral properties are expected. The purpose of our work was then to investigate the spectral behaviour of the different types of existing collisional excitation XUV lasers, and to evaluate their potential to support amplification of pulses with duration below 1 ps in a seeded mode.The spectral characterization of plasma-based XUV lasers is challenging because the extremely narrow bandwidth (typically ∆λ/λ ~10-5) lies beyond the resolution limit of existing spectrometers in this spectral range. In our work the narrow linewidth was resolved using a wavefront-division interferometer specifically designed to measure temporal coherence, from which the spectral linewidth is inferred. We have characterized three types of collisional XUV lasers, developed in three different laboratories: transient pumping in Ni-like Mo, capillary discharge pumping in Ne-like Ar and quasi-steady state pumping in Ne-like Zn. Besides the accurate measurement of the temporal coherence of the laser in each case, we have studied the spectral behaviour when the laser is operated in the saturation regime and (in Ni-like Mo) when it is seeded with high-order harmonic radiation. We have also investigated the temporal behaviour of the Ni-like Mo transient XUV laser, using an ultrafast X-ray streak camera. Our linewidth measurements are compared with detailed numerical calculations including relevant broadening mechanisms as well as radiative transfer effects. The evolution of the spectral profile with amplification and saturation was studied for different plasma parameters, and corresponding Fourier-transform limit duration were evaluated.The shortest temporal coherence (ie the largest bandwidth) is measured for the quasi-steady state pumping XUV laser, which operates at the highest density and ionic temperature.

La détection directe des ondes gravitationnelles par de grands détecteurs interférométriques<br />fait l'objet d'un effort international très intense. Au delà des signaux recherchés par ces détecteurs, l'existence<br />de fonds d'ondes gravitationnelles s'étalant sur une large plage de fréquences est prédite par les modèles<br />astrophysiques et cosmologiques décrivant l'Univers. Ces fonds d'ondes gravitationnelles sont un élément important<br />de notre environnement gravitationnel. Dans cette thèse, on étudie leur effet sur les propriétés de cohérence des<br />systèmes physiques. Cette interaction est à l'origine d'une décohérence que l'on étudie théoriquement à l'aide de<br />la fonctionnelle d'influence de Feynman-Vernon. L'effet est petit pour des systèmes microscopiques comme des atomes<br />ou des photons circulant dans des interféromètres, mais il devient dominant pour les systèmes macroscopiques comme<br />par exemple le mouvement du centre de masse de la Lune. Au vu de ces résultats, il est important de se demander si<br />cette décohérence gravitationnelle pourrait être mise en évidence expérimentalement à l'aide par exemple d'un<br />système mésoscopique dont on pourrait suivre la perte de cohérence. Cette question correspond à un modèle<br />complètement calculable de transition classique-quantique induite par les fluctuations intrinsèques de<br />l'espace-temps.

VIRGO est un détecteur d'ondes gravitationnelles basé sur un interférom etre de Michelson<br />ayant des bras de 3 km de long. Cette thèse porte sur l'étude du système qui, en<br />mesurant la puissance du faisceau transmis par l'interféromètre, détecte le passage d'une<br />onde gravitationnelle.<br /><br /><br />Grâce à une simulation du détecteur, on montre que le filtrage du faisceau avec une<br />cavité optique permet d'améliorer la sensibilité de l'interféromètre. Les performances du<br />filtrage optique de cette cavité sont ensuite mesurées grâce à un interféromètre de test.<br />Un système de contrôle automatique de la longueur de la cavité est enfin présenté. Il est<br />basé sur l'analyse, grâce à une caméra CCD, de la forme du faisceau.<br /><br /><br />Le système de lecture du faisceau est ensuite étudié pour gérer la dynamique du signal<br />sans dégrader la sensibilité du détecteur. On définit en particulier la mise en forme du<br />signal venant de chaque photodiode avant sa numérisation. Une procédure de calibration<br />permettant de mesurer et de corriger en ligne les dispersions entre les canaux de lectures<br />est présentée.<br /><br /><br />La mesure du bruit du système de lecture permet d'estimer sa contribution à la sensibilité<br />du détecteur. Un algorithme de recherche de signaux produit par une coalescence<br />d'étoiles binaires est mis en place. Il est ensuite utilisé pour étudier l'influence du bruit<br />du système de détection dans ce type de recherche.

Cette étude porte sur la conception, la réalisation et la caractérisation de modulateurs de cohérence intégrés sur substrats semiconducteurs III-V. Nous expliquons tout d'abord le principe de la modulation de cohérence, technique particulière de codage optique appliquée à la transmission et au multiplexage de signaux, qui repose sur l'introduction dans un interféromètre à deux ondes d'un retard optique supérieur à la longueur de cohérence de la source optique. Nous avons réalisé un premier modulateur de cohérence, interféromètre à polarisation à base de guide d'onde optique ruban fortement biréfrigent. Les semiconducteurs III-V n'étant pas biréfringents nous avons développé une structure originale permettant le guidage des seuls modes fondamentaux TE0 et TM0 avec une forte biréfringence de forme résultant de l'empilement de nombreuses couches de GaAlAs de faible épaisseur. Les deux modes présentent en sortie du guide une différence de chemin optique de 230 mm, modulable par effet électro-optique et supérieure à la longueur de cohérence d'une diode superluminescente à 1.3 mm. Nous avons ensuite réalisé un second modulateur sous la forme d'un interféromètre de Mach-Zehnder fortement déséquilibré. Cet interféromètre à deux ondes entièrement intégré en GaAlAs/GaAs introduit un retard optique de 100 mm, par différence de longueur de ses bras. Afin de minimiser les pertes dans cette structure de géométrie complexe nous avons gravé des tranchées situées à l'extérieur des zones courbées. Cette solution a été choisie aprés simulation du dispositif par la méthode des faisceaux propagés (BPM). Les performances du composant sont comparables à celles du précédent. Nous avons donc réalisé les premiers modulateurs de cohérence intégrés en semiconducteurs III-V qui ouvrent la voie à de nouvelles applications en filtrage, contrôle de polarisation... dans les réseaux de télécommunications optiques.

NIL

Le travail, présenté dans ce manuscrit, a consisté en l'élaboration et l'optimisation d'un dispositif expérimental dédié à la mesure de la violation de la parité (VP) dans les molécules chirales en jet supersonique. Les molécules envisagées qui sont en cours de synthèse, ont la propriété d'être à l'état solide à 300 K. Afin de pouvoir les mettre en jet, nous avons construit un dispositif permettant de réaliser la mise en phase vapeur par chauffage et leur ensemencement dans un gaz porteur. De plus, nous avons utilisé une technique de détection par temps de vol, afin d'estimer la quantité de molécules ensemencées. Nous avons testé notre dispositif avec le méthyltrioxorhénium (MTO) dont des dérivés chiraux sont en cours de synthèse. Nous avons mis au point une procédure expérimentale afin de déterminer les caractéristiques spectrales et les paramètres moléculaires du MTO. Pour cela, nous avons mesuré le spectre d'absorption saturée en cellule à 300 K. Puis, nous avons réalisé la mise en jet du MTO dans de l'hélium par chauffage et obtenu de très bons résultats, puisqu'une fraction molaire de MTO de ~10% a été mesurée. Enfin, nous avons enregistré le spectre d'absorption linéaire du MTO en jet sur le dispositif expérimental dédié à la mesure de la VP, notamment grâce à l'utilisation d'une cellule multi-passages. L'analyse des données nous a permis d'obtenir une simulation du spectre théorique. Ces résultats sont très prometteurs en vue des expériences sur les molécules chirales.