Investigamos as propriedades quânticas dos feixes de luz produzidos pelo oscilador paramétrico ótico (OPO) acima do limiar, tanto experimental quanto teoricamente. Apresentamos a primeira medida de emaranhamento entre os feixes gêmeos, sinal e complementar. Estes podem possuir frequências óticas muito distintas, correspondentes a centenas de nanometros em comprimento de onda. O emaranhamento entre duas cores possibilita transferir informação quântica entre diferentes regiões do espectro eletromagnético. A demonstração experimental do emaranhamento foi realizada mostrando que a soma de variâncias de observáveis tipo EPR dos campos, a subtração de intensidades e a soma das fases dos feixes, viola uma desigualdade que deve ser necessariamente satisfeita por todos os estados separáveis. Mostramos a presença de squeezing em ambos os observáveis, com os respectivos valores $\\Delta^2 p_- = 0,49(1)$ e $\\Delta^2 q_+ = 0,65(1)$ relativos ao ruído quântico padrão. A desigualdade violada resultou $\\Delta^2 p_- +\\Delta^2 q_+ = 1,14(2)< 2$. Isso solucionou um problema aberto desde 1988, quando se previu teoricamente pela primeira vez a existência desse emaranhamento. Mostramos teoricamente que as correlações quânticas se estendem ao feixe de bombeio refletido pelo OPO, culminando no emaranhamento entre os três feixes envolvidos no processo paramétrico. Tem-se, assim, a geração direta de emaranhamento tripartite entre três regiões muito distintas do espectro. O emaranhamento multicolor amplia ainda mais as possibilidades de conversão da cor da informação quântica, com aplicações em redes quânticas. As diversas melhorias que realizamos em nosso sistema durante a busca pelo emaranhamento bipartite trouxeram uma compreensão mais profunda sobre a física de seu funcionamento, além de tornar nosso OPO uma fonte estável de feixes de luz coerente emaranhados. Este trabalho vem incluir o OPO acima do limiar no ferramental da área de informação quântica com variáveis contínuas. Esperamos em breve aplicações muito interessantes desse sistema. / We investigate the quantum properties of the light beams produced by an optical parametric oscillator (OPO) above threshold, both experimentally and theoretically. We present the first measurement of entanglement between the bright twin beams, signal and idler. These may differ in wavelength by hundreds of nanometers, showing different \'colors\'. This special characteristic allows for the transfer of quantum information between different regions of the electromagnetic spectrum. Entanglement was experimentally demonstrated by showing that the sum of variances of two EPR-like observables, the subtraction of the beams intensities and the sum of their phases, violates an inequality necessarily fulfilled by all separable states. We obtained squeezing in both observables, with the respective values $\\Delta^2 p_- = 0,49(1)$ and $\\Delta^2 q_+ = 0,65(1)$ relative to the shot noise level. The violated inequality resulted $\\Delta^2 p_- + \\Delta^2 q_+ = 1,14(2)< 2$. This solved an old problem, enunciated in 1988, when this effect was theoretically predicted for the first time. We show theoretically that the quantum correlations extend to the pump beam reflected by the OPO as well, culminating in entanglement among the three fields involved in the parametric process. Therefore, the OPO actually produces tripartite entanglement among very distant spectral regions in a direct manner. Multicolor entanglement opens new possibilities in the frequency conversion of quantum information. The improvements we performed in our system in order to achieve this result have brought a deeper understanding of the phenomena involved, as well as a more stable system operation, resulting in the development of a reliable source of bright entangled light beams. This work has finally added the above-threshold OPO to the optical quantum information toolbox. We expect new and exciting applications to come in the near future.

O projeto de doutorado tem como objetivo estudo e montagem de um sistema laser que gere feixe laser de comprimento de onda sintonizável continuamente, com intervalo espectral na região infravermelho (IV) próximo e médio. O trabalho foi dividido em três partes: (i) laser de Nd:YAG @1064nm, (ii) aplicação deste sobre uma cavidade ressonante OPO e (iii) simulação de cavidades laser em anel. O laser de Nd:YAG foi montado e aprimorado a partir de outro laser desenvolvido anteriormente, o qual foi transformado em fonte polarizada pela inserção de um elemento óptico no seu interior. Em comparação com o laser não polarizado, ele apresentou potência de saída com valores relativamente altos, com um máximo de 30W, e melhora do fator de qualidade do feixe de M2<1,3 mais próximo do valor ideal igual a 1 e assim próximo do modo TEM00, adequado para aplicações de transferência de energia. A aplicação do laser Nd:YAG polarizado sobre uma cavidade OPO linear (meio ativo: cristal de Niobato de Lítio dopado 5%MgO:LiNbO3 com alternância de polarização, conhecido pela sigla PPLN) foi bem sucedida, por ter sido observado seu funcionamento pela geração em seu meio ativo dos feixes (&lambda;S, &lambda;C) sinal e complementar sintonizados continuamente, mostrando que valores de potência e fator de qualidade foram adequados e suficientes para ser testado em um OPO. Foi mensurada na saída potencia de 1W para o feixe complementar, onde a eficiência de inclinação da curva mostrou valores de 20,8% e 23,4% para bombeio pulsado (temperaturas do cristal TC=100°C/150°C), e o valor de 11,1% (TC=150°C) para bombeio contínuo. A aplicação da técnica knife-edge no feixe complementar (TC=150°C/rede periódica do cristal &Lambda;0=31,59m/ &lambda;C=2470nm) resultou em fator de qualidade do feixe de M2=5,75(165). Foi realizada simulação numérica, visando estudo e planejamento de duas cavidades em anel simétricas, com sintonização contínua dos feixes de interesse na saída. A primeira contém um cristal PPLN como meio ativo, onde ocorre Oscilação Paramétrica, gerando feixe na região espectral do IV médio. A segunda cavidade possui dois cristais, que são PPLN e Triborato de Lítio (LiB3O5 conhecido pela sigla LBO), onde ocorrem na ordem Oscilação Paramétrica e Geração de Segundo Harmônico, gerando feixe na região espectral entre visível e IV próximo. Foram obtidos dois conjuntos de valores de dimensões para as cavidades, usando base teórica e condições de contorno apropriadas ao realizar os cálculos necessários, fixadas as informações sobre os respectivos componentes ópticos, onde o feixe de bombeio @1064nm focalizado no centro do cristal PPLN possui valor de cintura de feixe pouco maior que 50 &mu;m. O laser de Nd:YAG @1064nm polarizado desenvolvido possui montagem simples e custo baixo de seus componentes, reduzindo o custo do sistema laser final onde foi aplicado, comparado com outros sistemas laser sintonizáveis. Deseja-se estudar o desenvolvimento destes para um modelo de frequência única, usando-o como fonte de bombeio para geração de feixes com largura de linha estreita, visando aplicação em espectroscopia. / The purpose of this doctoral project is the study and mounting of a continuously tunable wavelength laser system generating beams in the near and to middle infrared (IR) spectral region. This work was divided into 3 parts: (i) fundamental mode, polarized Nd:YAG @1064nm laser, (ii) its use in a resonant OPO cavity and (iii) ring cavity laser simulations. A continuous Nd:YAG @1064nm laser was mounted and developed, based on an already tested setup, with the added feature of a polarized beam at the exit. Compared with the non-polarized laser source, it presented high output power, with maximum value of 30W, and an improvement of the beam quality factor such that M2<1,3, close to the ideal value of 1. The application of this polarized Nd:YAG laser as a pump source for a linear Optical Parametric Oscillator (OPO) was successful, generating tunable Signal and Idler beams (&lambda;S, &lambda;C) inside the active media (5%MgO:LiNbO3; doped periodically-poled Lithium Niobate crystal, or PPLN). For the idler beam, a maximum power of 1,1W was measured, and 3 slope efficiency values were obtained of 20,8% (TC=100°C) and 23,4% (TC=150°C) for the pulsed pump source, and the value of 11,1% (TC=150°C) for the CW pump source. The knife-edge technique applied in the idler beam (TC=150°C, crystal periodic grating &Lambda;0=31,59m, &lambda;C=2470nm) resulted in a beam quality factor of M2=5,75(165). Numerical simulations were performed, aiming at the study and planning of 2 symmetrical ring-cavities to generate continuous tunable beams at their exits. The first cavity contains a PPLN crystal as active media, where Parametric Oscillation occurs generating two beams in the mid IR spectral region. The second cavity contains two crystals inside it, a PPLN for the OPO and a Lithium Triborate (LiB3O5 known as LBO) for Second Harmonic Generation (SHG), with the beam of interest being in the near IR spectral region. The polarized Nd:YAG @1064nm laser shows a simple setup and uses low cost components, reducing the final laser system price, compared with other tunable laser systems. The next steps involve research and development of a single frequency laser pump source, to generate single frequency beams in the projected OPO ring cavities for future applications in spectroscopy.

O projeto de doutorado tem como objetivo estudo e montagem de um sistema laser que gere feixe laser de comprimento de onda sintonizável continuamente, com intervalo espectral na região infravermelho (IV) próximo e médio. O trabalho foi dividido em três partes: (i) laser de Nd:YAG @1064nm, (ii) aplicação deste sobre uma cavidade ressonante OPO e (iii) simulação de cavidades laser em anel. O laser de Nd:YAG foi montado e aprimorado a partir de outro laser desenvolvido anteriormente, o qual foi transformado em fonte polarizada pela inserção de um elemento óptico no seu interior. Em comparação com o laser não polarizado, ele apresentou potência de saída com valores relativamente altos, com um máximo de 30W, e melhora do fator de qualidade do feixe de M2<1,3 mais próximo do valor ideal igual a 1 e assim próximo do modo TEM00, adequado para aplicações de transferência de energia. A aplicação do laser Nd:YAG polarizado sobre uma cavidade OPO linear (meio ativo: cristal de Niobato de Lítio dopado 5%MgO:LiNbO3 com alternância de polarização, conhecido pela sigla PPLN) foi bem sucedida, por ter sido observado seu funcionamento pela geração em seu meio ativo dos feixes (&lambda;S, &lambda;C) sinal e complementar sintonizados continuamente, mostrando que valores de potência e fator de qualidade foram adequados e suficientes para ser testado em um OPO. Foi mensurada na saída potencia de 1W para o feixe complementar, onde a eficiência de inclinação da curva mostrou valores de 20,8% e 23,4% para bombeio pulsado (temperaturas do cristal TC=100°C/150°C), e o valor de 11,1% (TC=150°C) para bombeio contínuo. A aplicação da técnica knife-edge no feixe complementar (TC=150°C/rede periódica do cristal &Lambda;0=31,59m/ &lambda;C=2470nm) resultou em fator de qualidade do feixe de M2=5,75(165). Foi realizada simulação numérica, visando estudo e planejamento de duas cavidades em anel simétricas, com sintonização contínua dos feixes de interesse na saída. A primeira contém um cristal PPLN como meio ativo, onde ocorre Oscilação Paramétrica, gerando feixe na região espectral do IV médio. A segunda cavidade possui dois cristais, que são PPLN e Triborato de Lítio (LiB3O5 conhecido pela sigla LBO), onde ocorrem na ordem Oscilação Paramétrica e Geração de Segundo Harmônico, gerando feixe na região espectral entre visível e IV próximo. Foram obtidos dois conjuntos de valores de dimensões para as cavidades, usando base teórica e condições de contorno apropriadas ao realizar os cálculos necessários, fixadas as informações sobre os respectivos componentes ópticos, onde o feixe de bombeio @1064nm focalizado no centro do cristal PPLN possui valor de cintura de feixe pouco maior que 50 &mu;m. O laser de Nd:YAG @1064nm polarizado desenvolvido possui montagem simples e custo baixo de seus componentes, reduzindo o custo do sistema laser final onde foi aplicado, comparado com outros sistemas laser sintonizáveis. Deseja-se estudar o desenvolvimento destes para um modelo de frequência única, usando-o como fonte de bombeio para geração de feixes com largura de linha estreita, visando aplicação em espectroscopia. / The purpose of this doctoral project is the study and mounting of a continuously tunable wavelength laser system generating beams in the near and to middle infrared (IR) spectral region. This work was divided into 3 parts: (i) fundamental mode, polarized Nd:YAG @1064nm laser, (ii) its use in a resonant OPO cavity and (iii) ring cavity laser simulations. A continuous Nd:YAG @1064nm laser was mounted and developed, based on an already tested setup, with the added feature of a polarized beam at the exit. Compared with the non-polarized laser source, it presented high output power, with maximum value of 30W, and an improvement of the beam quality factor such that M2<1,3, close to the ideal value of 1. The application of this polarized Nd:YAG laser as a pump source for a linear Optical Parametric Oscillator (OPO) was successful, generating tunable Signal and Idler beams (&lambda;S, &lambda;C) inside the active media (5%MgO:LiNbO3; doped periodically-poled Lithium Niobate crystal, or PPLN). For the idler beam, a maximum power of 1,1W was measured, and 3 slope efficiency values were obtained of 20,8% (TC=100°C) and 23,4% (TC=150°C) for the pulsed pump source, and the value of 11,1% (TC=150°C) for the CW pump source. The knife-edge technique applied in the idler beam (TC=150°C, crystal periodic grating &Lambda;0=31,59m, &lambda;C=2470nm) resulted in a beam quality factor of M2=5,75(165). Numerical simulations were performed, aiming at the study and planning of 2 symmetrical ring-cavities to generate continuous tunable beams at their exits. The first cavity contains a PPLN crystal as active media, where Parametric Oscillation occurs generating two beams in the mid IR spectral region. The second cavity contains two crystals inside it, a PPLN for the OPO and a Lithium Triborate (LiB3O5 known as LBO) for Second Harmonic Generation (SHG), with the beam of interest being in the near IR spectral region. The polarized Nd:YAG @1064nm laser shows a simple setup and uses low cost components, reducing the final laser system price, compared with other tunable laser systems. The next steps involve research and development of a single frequency laser pump source, to generate single frequency beams in the projected OPO ring cavities for future applications in spectroscopy.

Investigamos as propriedades quânticas dos feixes de luz produzidos pelo oscilador paramétrico ótico (OPO) acima do limiar, tanto experimental quanto teoricamente. Apresentamos a primeira medida de emaranhamento entre os feixes gêmeos, sinal e complementar. Estes podem possuir frequências óticas muito distintas, correspondentes a centenas de nanometros em comprimento de onda. O emaranhamento entre duas cores possibilita transferir informação quântica entre diferentes regiões do espectro eletromagnético. A demonstração experimental do emaranhamento foi realizada mostrando que a soma de variâncias de observáveis tipo EPR dos campos, a subtração de intensidades e a soma das fases dos feixes, viola uma desigualdade que deve ser necessariamente satisfeita por todos os estados separáveis. Mostramos a presença de squeezing em ambos os observáveis, com os respectivos valores $\\Delta^2 p_- = 0,49(1)$ e $\\Delta^2 q_+ = 0,65(1)$ relativos ao ruído quântico padrão. A desigualdade violada resultou $\\Delta^2 p_- +\\Delta^2 q_+ = 1,14(2)< 2$. Isso solucionou um problema aberto desde 1988, quando se previu teoricamente pela primeira vez a existência desse emaranhamento. Mostramos teoricamente que as correlações quânticas se estendem ao feixe de bombeio refletido pelo OPO, culminando no emaranhamento entre os três feixes envolvidos no processo paramétrico. Tem-se, assim, a geração direta de emaranhamento tripartite entre três regiões muito distintas do espectro. O emaranhamento multicolor amplia ainda mais as possibilidades de conversão da cor da informação quântica, com aplicações em redes quânticas. As diversas melhorias que realizamos em nosso sistema durante a busca pelo emaranhamento bipartite trouxeram uma compreensão mais profunda sobre a física de seu funcionamento, além de tornar nosso OPO uma fonte estável de feixes de luz coerente emaranhados. Este trabalho vem incluir o OPO acima do limiar no ferramental da área de informação quântica com variáveis contínuas. Esperamos em breve aplicações muito interessantes desse sistema. / We investigate the quantum properties of the light beams produced by an optical parametric oscillator (OPO) above threshold, both experimentally and theoretically. We present the first measurement of entanglement between the bright twin beams, signal and idler. These may differ in wavelength by hundreds of nanometers, showing different \'colors\'. This special characteristic allows for the transfer of quantum information between different regions of the electromagnetic spectrum. Entanglement was experimentally demonstrated by showing that the sum of variances of two EPR-like observables, the subtraction of the beams intensities and the sum of their phases, violates an inequality necessarily fulfilled by all separable states. We obtained squeezing in both observables, with the respective values $\\Delta^2 p_- = 0,49(1)$ and $\\Delta^2 q_+ = 0,65(1)$ relative to the shot noise level. The violated inequality resulted $\\Delta^2 p_- + \\Delta^2 q_+ = 1,14(2)< 2$. This solved an old problem, enunciated in 1988, when this effect was theoretically predicted for the first time. We show theoretically that the quantum correlations extend to the pump beam reflected by the OPO as well, culminating in entanglement among the three fields involved in the parametric process. Therefore, the OPO actually produces tripartite entanglement among very distant spectral regions in a direct manner. Multicolor entanglement opens new possibilities in the frequency conversion of quantum information. The improvements we performed in our system in order to achieve this result have brought a deeper understanding of the phenomena involved, as well as a more stable system operation, resulting in the development of a reliable source of bright entangled light beams. This work has finally added the above-threshold OPO to the optical quantum information toolbox. We expect new and exciting applications to come in the near future.

Cette thèse en deux parties porte sur le développement de sources lasers nano et picosecondes et leurs applications. La première partie présente l'étude, et la réalisation d'une chaîne amplificatrice laser nanoseconde pour l'allumage de turbomoteurs. Après avoir présenté les performances et l'évolution de cette chaîne seront présentes les résultats des campagnes d'essais réalisées sur une chambre de combustion sur un banc d'essai à l'ONERA dans des conditions de basses températures et de basses pressions. La deuxième partie de cette thèse traite du développement d'un oscillateur paramétrique optique (OPO) nécessaire pour accorder en longueur d'onde dans l'infrarouge un laser impulsionnel picoseconde ou femtoseconde à haute cadence et forte puissance moyenne. Après avoir présenté la cavité de l'OPO ainsi que ses performances, nous détaillerons la capacité de cet OPO à générer des impulsions femtoseconde comprimées à partir d'impulsions pompe présentant un étirement temporel. / This two-part thesis focuses on the development of nano and picosecond laser sources and their applications. The first part presents the study, and the realization of a nanosecond laser amplifier chain for the ignition of turboshaft engines. After the repport of the performances and the evolution of this amplifier chain will be presented the results of the tests carried out on a combustion chamber on a test bench at ONERA under low temperatures and low pressures conditions. The second part of this thesis deals with the development of an optical parametric oscillator (OPO) in order to tune in the infrared the wavelength of a pulsed picosecond or femtosecond laser at high cadency and high average power. After presenting the OPO cavity and its performance, we will detail the ability of this OPO to generate compressed femtosecond pulses from pump chirped pulses.

A compact optical terahertz (THz) source was demonstrated based on an efficient high-repetition-rate doubly resonant optical parametric oscillator (OPO) around 2 mu m with two type-II phase-matched KTP crystals in the walk-off compensated configuration. The KTP OPO was intracavity pumped by an acousto-optical (AO) Q-switched Nd:YVO4 laser and emitted two tunable wavelengths near degeneracy. The tuning range extended continuously from 2.068 mu m to 2.191 mu m with a maximum output power of 3.29 W at 24 kHz, corresponding to an optical-optical conversion efficiency (from 808 nm to 2 mu m) of 20.69%. The stable pulsed dual-wavelength operation provided an ideal pump source for generating terahertz wave of micro-watt level by the difference frequency generation (DFG) method. A 7.84-mm-long periodically inverted quasi-phase-matched (QPM) GaAs crystal with 6 periods was used to generate a terahertz wave, the maximum voltage of 180 mV at 1.244 THz was acquired by a 4.2-K Si bolometer, corresponding to average output power of 0.6 mu W and DFG conversion efficiency of 4.32x10(-7). The acceptance bandwidth was found to be larger than 0.35 THz (FWHM). As to the 15-mm-long GaSe crystal used in the type-II collinear DFG, a tunable THz source ranging from 0.503 THz to 3.63 THz with the maximum output voltage of 268 mV at 1.65 THz had been achieved, and the corresponding average output power and DFG conversion efficiency were 0.9 mu W and 5.86x10(-7) respectively. This provides a potential practical palm-top tunable THz sources for portable applications.

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.

This thesis describes research on near degenerate quasi phase-matched opticalparametric oscillators (OPO) where volume Bragg gratings (VBG) are used toproduce narrow oscillation bandwidth. These OPOs are then used to pump a secondOPO to generate mid-infrared radiation. The atmospheric transmission windows in the 3.5 to 5 μm wavelength region areused for seekers on infrared homing missiles. These missiles are available to guerrillaand terrorist groups and have been used in a number of attacks on military and civilianaircraft. Laser sources at the same wavelengths are an important component incountermeasure systems for aircraft self-protection. Similar laser sources also haveapplications in laser surgery. At wavelengths longer than 4 μm crystal materials for multi-Watt level averagepower nonlinear devices is a problem. The best solution so far is to use ZnGeP2(ZGP). ZGP and the available alternatives all have a problem of near-infraredabsorption, and a mid-infrared OPO thus has to use a pump wavelength near 2 μm.This pump source can be a neodymium laser at 1.06 μm with a near degenerate OPO. Nonlinear devices for low to medium pulse energies are dominated by quasi phasematchedmaterials because of their higher effective nonlinearities and lack of walkoff.In addition they allow type I interaction where signal and idler from the OPOhave the same polarization, which has the advantage that both waves can be used topump the ZGP OPO. The drawback of this is that the near-degenerate interaction hasvery wide gain bandwidth. Efficient pumping of the second OPO demands narrowbandwidth output from the first OPO.Volume Bragg gratings that are glass materials with a periodic refractive indexmodulation have emerged as high quality narrow bandwidth reflectors. By using aVBG as one cavity mirror in an OPO the feedback bandwidth and hence the OPOoscillation bandwidth can be kept very narrow. Signal and idler bandwidths of 10 and20 GHz (FWHM) at 2122 and 2135 nm, respectively, have been demonstrated. Thisshould be compared to the several hundred nanometre bandwidth from an OPO usingdielectric mirrors. Very narrow bandwidth operation has been achieved so close todegeneracy that the signal and idler are not resolvable. The total output energy generated in the PPKTP OPO (signal and idler together)has been used to pump a ZGP OPO that produced mid-IR radiation. Tuning of thesignal from a ZGP OPO from 2.9 μm to degeneracy at 4.3 μm has been shown, with acorresponding idler wavelength tuneable up to 8 μm. The highest conversionefficiency that has been reached from 1.06 μm to the mid-IR was 12 %. This setupused a PPKTP OPO with 30 % conversion efficiency and 13 nm separation of signaland idler (2122 and 2135 nm). The pulse repetition frequency was 20 kHz and thegenerated output power in the mid-IR was 3.2 W. / QC 20100517

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont pour objectifs l'étude et la mise en oeuvre de nouvelles techniques actives de spectroscopie d'absorption infrarouge pour la détection multi-gaz à distance. Pour cette application, nous avons étudié le potentiel de deux sources laser innovantes : un Oscillateur Paramétrique Optique Doublement Résonnant (DROPO), émettant un rayonnement monochromatique accordable entre 3,3µm et 3,7µm et un laser fibré Supercontinuum, émettant un spectre continu s'étendant de 1µm jusquau-delà de 3,8µm. Après avoir modélisé les signaux ainsi que le bruit, nous avons calculé les performances théoriques d'estimation de concentration à l'aide des Bornes de Cramer-Rao (BCR). Puis, nous avons développé des estimateurs de concentrations multi-gaz adaptés aux caractéristiques des signaux DROPO et Supercontinuum. Ces estimateurs ont été appliqués à des signaux expérimentaux dans le but de valider le calcul des prévisions de performances. Dans le cas de la spectroscopie par DROPO, des mesures simultanées des concentrations en vapeur d'eau et en méthane, intégrées sur un trajet de 30m dans l'atmosphère ont été réalisées (après diffusion sur une cible non coopérative). Dans le cas de la spectroscopie Supercontinuum, nous avons réalisé un premier montage basé sur une source proche infrarouge et un analyseur de spectre commerciaux afin de valider le traitement du signal ainsi que la prédiction de performances. Nous avons réalisé des mesures simultanées de la quantité de méthane présente dans une cellule et la concentration atmosphérique en vapeur d'eau intégrée sur une distance de plus de 10m (par réflexion sur une cible coopérative). L'estimation est non biaisée et l'écart type calculé sur un grand nombre d'estimations est inférieur à 1, 5 fois les BCR. Pour les expériences de spectroscopie réalisées autour de 3,3µm, nous avons adapté, implémenté et calibré un spectrographe permettant d'acquérir en quelques secondes une centaine de spectres sur un domaine spectral de200nm, avec une résolution inférieure au nanomètre. Un estimateur du maximum de vraisemblance a fourni une estimation peu biaisée (3%) avec un écart type égal à 2, 5 fois la BCR. Nous avons ainsi montré expérimentalement la faisabilité de mesures rapides et précises par spectroscopie Supercontinuum infrarouge.

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