L’imagerie sans lentille a élargi le champ d’applications de l’imagerie aux sources cohérentes de courte longueur d’onde dans le domaine XUV, pour lequel les systèmes optiques pour l’imagerie ne sont pas facilement disponibles. En outre, les sources pulsées ultra brèves XUV et X basées sur la génération d’harmoniques laser d’ordre élevé (HHG) et les lasers à électrons libres (FEL) offrent une très bonne résolution temporelle (femto 10-15s - atto 10-18s). Ce sont donc les outils indispensables pour suivre les dynamiques ultrarapides à l’échelle nanométrique. Il est donc nécessaire de disposer de techniques d’imagerie en un tir unique pour profiter pleinement des capacités de ces sources XUV. Les techniques d’imagerie sans lentille sont basées sur la mesure directe du champ électromagnétique diffracté lors de l’interaction de la source avec l’échantillon. La diffraction est liée à la transmittance de l’objet mais aussi à la cohérence spatiale de la source et à son front d’onde. La caractérisation en un tir unique de ces propriétés permet l’amélioration de la résolution de la reconstruction de l’objet.Les résultats de cette thèse sont présentés en deux parties dans ce manuscrit. La première partie est consacrée à la caractérisation des sources XUV et la deuxième au développement de nouvelles techniques d’imagerie multidimensionnelle. Nous présentons différentes applications de la mesure du front d’onde en un tir unique des sources XUV. Les résultats sont le produit de différentes campagnes expérimentales, sur des sources HHG et les FEL LCLS (Stanford) et FERMI (Trieste). Nous présentons également une nouvelle méthode pour la caractérisation en simple tir de la cohérence spatiale qui ne nécessite pas la connaissance de la distribution d’intensité du faisceau incident. De plus, nous présentons une nouvelle technique d’imagerie basée sur l’holographie par transformée de Fourier pour améliorer la résolution dans la reconstruction de l’objet dans le cas de l’utilisation d’une source partialement cohérente.La deuxième partie est consacrée à deux techniques d’imagerie multidimensionnelle développées pendant cette thèse. Une nouvelle technique d’imagerie 3D en simple tir, facile à implémenter et réduisant fortement la dose de rayonnement reçu par l’échantillon, est présentée. Différents schémas expérimentaux pour la génération de deux sources XUV synchronisées pour cette technique d’imagerie stéréographique 3D sont proposés. D’autre part, nous présentons une technique holographique compatible avec une source de large bande spectrale. Deux applications sont envisagées. La première est l’imagerie ultrarapide résolue spectralement, la deuxième est l’imagerie attoseconde. A la fin du manuscrit des conclusions générales du travail accompli pendant la thèse, ainsi que des perspectives sont présentées. / Lensless imaging techniques have broadened imaging applications to coherent sources in the short wavelength XUV domain, where optical systems to create an image are still not readily available. Furthermore, high harmonic generation sources (HHG) and free electron lasers (FEL) have the advantage of providing short temporal resolutions (atto 10-18s - femto 10-15s), opening the way towards ultrafast time resolved nanoscale imaging. Single shot imaging techniques are then highly important to exploit the shortest temporal resolution that can be reached with XUV sources. Lensless imaging is based on the direct measurement of the electric field diffracted by the sample. The diffraction pattern depends on the object transmittance but also on the source spatial coherence and wavefront. Single shot characterization of those properties thus leads to an improvement of the resolution of the object reconstruction.The results presented in this thesis are divided in two parts; the first one is focused on the characterization of the sources and the second on the development of new multidimensional imaging techniques. We will present different applications of single shot wavefront sensing of XUV sources. The results presented are the product of different experimental campaigns performed during this thesis using HH sources and FEL facilities at LCLS (Stanford) and FERMI (Trieste). Furthermore, a new method for single shot characterization of the spatial coherence that does not require the simultaneous measurement of the intensity distribution is presented. Additionally, we present a new holographic technique to improve the resolution of the object reconstruction when a partially coherent source is used.The second part is dedicated to two new multidimensional imaging techniques developed during the thesis. A new tri-dimensional imaging technique that is single shot, easy to implement and that lowers drastically the X-ray dose received by the sample, is presented. Different experimental setups for the generation of two synchronized XUV sources suitable for this ultrafast single shot 3D stereo imaging technique are presented. In addition, we present a holographic technique to extend imaging using a broadband source towards spectrally resolved single shot imaging and attosecond applications. Finally, we present the general conclusions from the work done during the thesis, together with the perspectives drawn from this work.

Le satellite Planck est le satellite de troisième génération visant à observer le fond diffus cosmologique. La résolution et la sensibilité de ses instruments permettent pour la première fois de mettre en évidence les effets de lentille gravitationnelle subis par les photons du fond diffus cosmologique. Cette thèse présente une méthode originale de détection de ces effets dans les données de l'instrument HFI de Planck.La première partie donne dans un premier temps, une description générale du modèle standard de la cosmologie et de la physique du fond diffus cosmologique. Elle aborde ensuite en détails l'effet de lentille gravitationnelle, en se concentrant plus particulièrement sur son impact sur les observables du fond diffus cosmologique. Elle termine par une présentation du satellite Planck et de ses instruments.La seconde partie se concentre sur la description d'un ensemble d'outils de simulations et d'analyse que j'ai développé au cours de ma thèse afin de réaliser la première détection des effets de lentille gravitationnelle sur le fond diffus cosmologique. Elle présente la méthode originale employée qui repose sur une analyse des cartes du ciel par morceaux, permettant de s'affranchir des zones du ciel les plus contaminées. On trouvera également dans cette partie une caractérisation, de l'estimateur du champ de potentiel de lentille, pour des cartes masquée, en présence de bruit inhomogène ainsi que la présentation d'une méthode pour corriger les biais de l'analyse à l'aide de simulations Monte-Carlo.La dernière partie, est consacrée au travail sur les données de l'instrument HFI. Le premier chapitre présente l'application de la méthode d'analyse précédente aux cartes des observations combinées à 143GHz et 217GHz ainsi que la carte issue de la séparation des composantes avec l'algorithme GMCA. Les résultats montrent un spectre de puissance de la déflexion compatible avec le spectre attendu, dans un modèle lambda CMB, calculé à partir des paramètres cosmologiques issus de WMAP intégrant sept années d'observations. Les points de mesure, issus du spectre combiné des cartes à 143GHz et 217GHz, pour les multipôles inférieurs à 500, donnent un Chi2 par degré de liberté de 1.26. Finalement, le dernier chapitre présente l'algorithme de compression des données de l'instrument HFI à bord du satellite. Il traite en détail le réglage et le suivi des paramètres de compression et du débit des données, depuis le lancement du satellite et fait le bilan sur les erreurs de compression rencontrées / The Planck satellite is the third generation experement dedicated to the observation of the cosmic microwave backgroud (CMB). The resolution and sensibility of its intruments allow for the first time the detection of the weak lensing effect on CMB. This thesis present a original detection method of this effect in the data of the HFI instrument of Planck.The first part give a general description of the standard model of cosmology et the physics of the CMB. The part then presents the details of the weak lensing effect, concentrating on its impact on the CMB observables. This part ends with a description of the Planck satellite and its instruments.The second part, discribes the set of simulations and analysis tools that I have developed allowding me to make the first mesureament of the weak lensing effect on CMB. It presents the original method that I used which is based on a patch analysis of the full sky data, that is able to only take into account the less contaminated regions. This part also present the caracterisation of the lensing potential estimator for masked maps in the presence of inhomogeneous noise and introduce a method, based on Monte-Carlo simulations, that is used to correct for the biais produced by the analysis method.The last part, concentrates on the work on HFI data. The first chapter presents the application of the above method to the maps of the combined observations at 143GHz and 217GHz and the maps from component separation using GMCA algorithm. The results show a deflection power spectrum compatible with the one expect in a lambda CMB universe, calculated with the cosmological parameters estimated by WMAP including seven years of observations. Using the points, from the combined estimation from the 143GHz and 217GHz maps, for multipole smaller than 500, gives a 1.26 Chi2 by degree of freedom. Finally, the last chapter presents the comression algorithm used onboard to compression HFI data. It gives the details of the tunning and the following of the compression parameters and the data rate, since the launch and summarize the results on the compression errors

Les ions de terres rares en matrice cristalline, refroidis à très basse température, offrent des propriétés remarquables pour le traitement analogique du signal sur porteuse optique. L’élargissement inhomogène du spectre d’absorption peut en effet atteindre plusieurs centaines de gigahertz alors que la largeur homogène des raies d’absorption des ions individuels ne dépasse pas quelques kilohertz. Par pompage optique il est alors possible de modifier à volonté le profil du spectre d’absorption. On dispose ainsi d’un filtre programmable présentant à la fois une très grande bande passante, donnée par la largeur inhomogène, et une excellente résolution, fixée par la largeur homogène. Une raie d’absorption étroite correspond à un état de superposition quantique de longue durée de vie. C’est sous cet angle, celui des transitoires cohérents, et spécifiquement celui des échos de photons que nous abordons les propriétés du filtre programmable. Dans la première partie de la thèse, le filtre est programmé comme un élément dispersif. Il permet d’atteindre des taux de dispersion inaccessibles aux dispositifs optiques conventionnels, tels que les fibres optiques. Nous l’utilisons comme un composant de lentille temporelle, en vue de produire des signaux de forme arbitraire. Par rapport à des dispositifs d’optique conventionnels, on gagne plusieurs ordres de grandeurs en termes de produit temps x bande passante. Après avoir exploité l’écho de photon dans un contexte de filtrage linéaire, nous tirons parti de ses propriétés de très forte non-linéarité dans la seconde partie de la thèse. Cette fois nous cherchons à capturer un signal lumineux de très faible intensité, à le convertir en état de superposition atomique, puis à le restituer dans son état lumineux initial. Cela suppose en particulier d’empêcher les effets d’émission spontanée ou stimulé qui nuisent à la fidélité de la restitution. Pour ce faire, nous proposons un nouveau protocole que nous avons appelé « Revival Of Silenced Echo » (ROSE) / Rare earth ions doped crystals, when cooled at very low temperature, exhibit outstanding properties for optically-carried analogical signal processing. The absorption spectral broadening can reach several hundred of Gigahertz, while the homogeneous width of each individual ion does no exceed a few kilohertz. With the help of optical pumping, one may modify the absorption profile at will. The resulting programmable filter simultaneously offers a very large bandwidth, given by the inhomogeneous width, and a very good resolution, fixed by the homogeneous width. Narrow absorption line is related to long lifetime quantum superposition. We contemplate the programmable filter properties, keeping in mind this coherent transient picture, specifically related to photon echoes. In the first part of the dissertation, the programmable filter is programmed as a dispersive element. This gives access to dispersion rate values out of reach of conventional optical devices, such as optical fibers. We use the filter as a temporal lens component, with an eye to generating arbitrary waveforms. Thereby, we gain several orders of magnitude against conventional optical devices in terms of time x bandwidth product. After taking advantage of photon echoes in the linear filtering context, we capitalize on their strongly non-linear properties in the second part of the dissertation. This time we want to capture a very weak optical signal, to convert it into an atomic superposition state, and to restore it in its initial state of light. Faithful retrieval of the incoming signal relies on the elimination of spontaneous and stimulated emission. To this end, we propose a new protocol we have named « Revival Of Silenced Echo » (ROSE).

Les matériaux artificiellement structurés que sont les cristaux photoniques sont couramment utilisés pour leurs propriétés dispersives. Leur constante diélectrique varie périodiquement à l'échelle de la longueur d'onde selon deux ou trois directions avec un contraste d'indice suffisamment élevé. La relation de dispersion ω = ω(k) qui résulte de cette variation périodique a la forme d'une structure de bande à l'intérieur de laquelle il existe des bandes interdites photoniques où la propagation du champ électromagnétique est interdite. En dehors de ces bandes, i.e. dans les bandes photoniques, se trouvent les propriétés de dispersion des cristaux photoniques.Le but de ce travail de thèse est de concevoir, de fabriquer et de caractériser des dispositifs à cristal photonique à gradient. Ces dispositifs ont été conçus de façon à s'appliquer dans les domaines allant des micro-ondes à l'optique. Nous avons conçu des dispositifs à partir de cristaux photoniques dont les propriétés dispersives les rendent analogues à des milieux linéaires, homogènes et isotropes (LHI). À la maille élémentaire de ces cristaux photoniques LHI, nous avons appliqué un gradient pour réaliser des lentilles à gradient 1D. Des résultats importants concernant la conception, la fabrication et la caractérisation expérimentale d'une lentille plate à gradient d'indice fonctionnant dans la bande X des micro-ondes sont reportés. Celle lentille focalise une onde plane incidente et collimate l'onde émise par une source ponctuelle situés dans son plan focal. Si cette lentille constitue en soi un démonstrateur et valide la démarche mise en œuvre pour la concevoir, ses applications potentielles concernent particulièrement les antennes. Nous réalisons également plusieurs lentilles à gradient 2D dont des lentilles de Lüneburg et Half Maxwell Fisheye; leurs applications aux antennes sont importantes. Nous nous intéressons aussi à la réalisation de lentilles optiques à gradient d'indice dites « SELFOC® ». Dans le but de confirmer les propriétés dispersives remarquables qui ont été mises en évidence, nous avons poursuivi dans ce sens en revisitant une expérience classique qui met en évidence l'existence des ondes évanescentes : celle du « double prisme à angle droit ». Nous mettons également en évidence le phénomène de « réflexion totale frustrée » ainsi que le décalage, découvert par Goos et Hänchen, que subit l'onde réfléchie sur le dioptre. Ce sont ces deux points — réflexion totale frustrée et effet Goos-Hänchen — que nous vérifions dans le cas de cristaux photoniques LHI. / Artificially structured materials that are photonic crystals are commonly used for their dispersive properties. Their dielectric constant varies periodically across the wavelength in two or three directions with a sufficiently high index contrast. The resulting dispersion relation ω = ω(k) of the periodic variation has the form of a band structure within which there are photonic bandgaps in which the propagation of the electromagnetic field is prohibited. Outside of these bands, i.e. in the photonic band, there are the dispersion properties of the photonic crystals.The aim of this thesis is to design, fabricate and characterize graded photonic crystal devices. These devices were designed to be applied in areas ranging from microwaves to optics. We designed devices from photonic crystals with dispersive properties which make them similar to linear, homogeneous and isotropic media (LHI). In the unit cell of the LHI photonic crystal, we applied a gradient to achieve 1D graded lenses. Important results regarding the design, manufacturing and experimental characterization of a flat lens GRIN operating in X-band microwaves are deferred. This lens focuses an incident plane wave and collimates the wave emitted by a point source located in its focal plane. If this lens is itself a demonstrator and validates the approach implemented for the design, its potential applications particularly concern antennas. We also carry several 2D graded lenses including Lüneburg and Half Maxwell Fisheye lenses; their applications to the antennas are important. We are also interested in making optical graded index lenses called "SELFOC®".In order to confirm the remarkable dispersive properties that have been identified, we continued in that direction by revisiting a classic experiment that highlights the existence of evanescent waves: the "double right angle prism". We also highlight the phenomenon of "frustrated total internal reflection" and the shift discovered by Goos and Hänchen suffered by the reflected wave on the interface. It's these two points – frustrated total internal reflection and Goos-Hänchen effect - that we check in the case of LHI photonic crystals.

L'une des prédictions fortes de la Relativité Générale d'Einstein repose sur la capacité de toute masse à courber l'espace-temps et par là-même à infléchir la course des rayons lumineux. Une conséquence directe est alors l'effet de lentille gravitationnelle: les images de sources situées en arrière-plan d'un objet massif sur la ligne de visée sont déformées, amplifiées voire démultipliées. Les amas de galaxies, structures les plus massives de l'Univers, produisent l'effet le plus intense. Leur histoire, leur processus de formation, et leur état dynamique actuel constituent des éléments clés pour comprendre la formation et l'évolution de l'Univers lui-même. La présente thèse se propose de comprendre et de contraindre la distribution de masse d'un échantillon d'amas de galaxies telle que l'on peut la mesurer grâce à l'effet de lentille gravitationnelle faible, par le biais d'une étude statistique des objets faiblement déformés permettant de mesurer l'intensité de la distorsion.

La nature de la matière sombre demeure aujourd'hui une des interrogations majeures de la cosmologie. Une hypothèse envisageable est qu'elle soit en partie constituée de matière baryonique ordinaire sous forme d'objets compacts sombres, appelés "MACHOs" (MAssive Compact Halo Objects), situés dans le halo des galaxies. Pour détecter de tels objets, il est possible de rechercher les effets de microlentille gravitationnelle qu'ils produisent lorsqu'ils passent devant une étoile d'arrière plan. La collaboration AGAPE effectue cette recherche en direction de la galaxie M31 (Andromède), située à environ 725 kpc. A cette distance, très peu d'étoiles sont résolues, c'est pourquoi la collaboration a dû imaginer et mettre en oeuvre une méthode d'analyse, nommée "méthode des pixels", permettant de détecter les variations de luminosité directement dans les pixels de la caméra CCD. <br> La collaboration POINT-AGAPE a observé M31 entre 1999 et 2002, à l'aide du télescope de 2,5 m Isaac Newton (INT), à La Palma, aux îles Canaries, avec la caméra grand champ WFC, couvrant deux champs de 0,3 deg$^2$. Cette thèse porte sur l'analyse des données issues des deux premières saisons d'observation (d'août 1999 à janvier 2001). Une dizaine de candidats microlentille ont été détectés. Dans la plupart des cas l'hypothèse d'étoiles variables reste vraisemblable et sera mieux contrainte lorsque la dernière saison de données sera analysée. Quatres candidats ont cependant particulièrement retenu l'attention car, ayant eu lieu sur des échelles de temps de quelques jours, il est particulièrement difficile d'envisager une alternative à leur interprétation en tant que microlentille. <br> Pour deux candidats sur les quatre, l'hypothèse d'auto-lentilles (i.e : les lentilles sont elles-mêmes des étoiles de M31 situées en avant plan des étoiles sources) est favorisée car ils sont situés proches du bulbe de la galaxie. Un troisième candidat se trouve à 2'54'' du centre de M32, une galaxie elliptique naine satellite de M31. Si M32 se trouve en avant plan de M31, la profondeur optique est vraisemblablement dominée à cet endroit par les événements ayant comme étoile source une étoile du disque de M31 et comme lentille une étoile de M32. Le dernier candidat est une étoile du disque de M31 amplifiée soit par un MACHO soit par une autre étoile du disque. Bien que la seconde éventualité semble moins vraisemblable, elle n'est pas exclue. Quoi qu'il en soit, le nombre d'événements détectés est très inférieur à celui prédit par la simulation Monte Carlo de l'expérience, même dans le cas d'un halo exempt de MACHO. Ceci montre que : soit il existe un biais mal compris dans l'efficacité de détection ; soit les modèles (fonctions de luminosité, de densité, etc.) adoptés pour simuler la galaxie doivent être revus. La première éventualité est en cours d'investigation.

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Les variations de l'indice de réfraction d'origine électronique, proportionnelles au nombre d'ions actifs du matériau laser portés dans leur état excité et à la variation de polarisabilité entre le niveau excité et le niveau fondamental, peuvent avoir un impact considérable sur les propriétés spatio-temporelles des résonateurs laser. Il est ainsi nécessaire de disposer de méthodes sensibles afin de les évaluer. Ce travail de thèse est donc centré autour de la métrologie de ces effets dits " de population ", afin d'être en mesure de mieux appréhender le comportement des lasers à solide voire d'être capable d'utiliser ces effets pseudo-nonlinéaires pour diverses applications. La première partie de cette thèse consiste donc à quantifier les effets de population dans des cristaux laser dopés Chrome et Ytterbium à l'aide de la technique Z-scan. Dans cette optique, nous avons donc mis en place en expérience résolue en temps afin de nous affranchir des effets thermiques, phénomène inhérent à tout processus de pompage optique. Nous avons par la suite mis au point une technique originale, appelée Baryscan, permettant de mesurer de très faibles variations d'indice et d'atteindre une sensibilité parmi les plus grande rencontrée à ce jour. Cette technique est basée sur l'utilisation d'un Position Sensitive Detector (PSD) et les propriétés non-linéaires des cristaux sont déduites de l'évolution du barycentre du faisceau laser pompe-sonde. Nous présentons de plus des résultats concernant la focalisant diffractive de faisceaux laser à l'aide d'optiques de phase ainsi que des techniques de mise en forme permettant de forcer une cavité laser à osciller sur le mode transverse souhaité.

SITUATION DE LA PLACE DE LA CONCENTRATION DANS LE DOMAINE DE LA RECHERCHE ACTUELLE EN CONVERSION PHOTOVOLTAIQUE. ANALYSE DE DEUX EXPERIMENTATIONS DE SYSTEMES A CONCENTRATION PAR LENTILLES DE FRESNEL: SOPHOCLE 100 W ET SOPHOCLE 500 W. COMPARAISON AVEC LES PANNEAUX DE CELLULES SOUS CONCENTRATION PERMETTANT DE DEGAGER LES PERSPECTIVES DE DEVELOPPEMENT DU SYSTEME SOPHOCLE

Ce mémoire présente le confinement d'atomes froids dans des pièges dipolaires mis en forme par des micro-structures gravées à la surface d'un miroir, à la manière de lentilles de Fresnel.<br />Dans la première partie, nous détaillons le dispositif expérimental que nous avons mis en place pour former un piège magnéto-optique à miroir, et donnons ses caractéristiques.<br />Dans la deuxième partie, nous décrivons les moyens théoriques, numériques et expérimentaux que nous avons utilisés pour dessiner et caractériser différents motifs de lentilles. Nous étudions alors le chargement, la température et la durée de vie des atomes de Césium capturés. Plusieurs géométries sont présentées : lentilles simples (cylindriques ou circulaires), lentille à focale variable, réseaux de lentilles.<br />Un adressage dynamique de ces derniers est démontré. Quelques perspectives sont finalement dégagées, en particulier au sujet des lentilles à focales variables et d'une possibilité d'adressage magnétique des pièges.