Les investigations des effets non-linéaires (NL) qui apparaissent dans les cristaux ferroélectriques deviennent de plus en plus approfondies, et au temps présent, les cristaux optiques NL deviennent de plus en plus utilisés pour le développement de nouvelles sources de radiations cohérente visibles, conversion de fréquences, ainsi que la détection et diverses transformations de signaux et d images. Un cristal très représentatif de cette classe de matériaux est le niobate de lithium, LiNbO3 (LN), qui depuis son apparition n a cessé de surprendre en révélant de plus en plus ses propriétés. Dans ce travail nous montrons comment la microsonde Raman peut être utilisée pour la caractérisation des microstructures de domaines ferroélectriques dans du niobate de lithium périodiquement polarisé (PPLN). L intensité Raman de modes transverses et longitudinaux de phonons optiques a été enregistrée au travers des stries des domaines ferroélectriques à la surface et en volume d échantillons en z-cut , congruents ou dopés, dont l origine provient de différentes techniques de fabrications. Le changement des intensités intégrées à travers ces structures de domaines a été attribué à une influence des contraintes mécaniques et partiellement du champ de dépolarisation écranté. Nous montrons ainsi l importance de la spectroscopie Raman et la place réelle qu elle occupe comme technique de caractérisation. Ceci ouvre la voie à de nombreuses applications dans ce champ d études. / The investigations of the nonlinear (NL) effects that appear in ferroelectric crystals are becoming more and deeper. At the present time, the NL optical crystals are more and more used for the development of new coherent sources of visible radiations, frequency conversion, beside the detection and several signals and images transformations. A very representative crystal of this material class is lithium niobate, LiNbO3 (LN), that since its appearance never stop to surprise with revealing more and more its properties. In this work, we show how Raman microprobe can be used for the characterisation of the ferroelectric domain microstructures in periodically poled lithium niobate (PPLN). The Raman intensity of transverse and longitudinal modes of optical phonons was recorded across the stripe ferroelectric domains at the surface of a z-cut congruent PPLN sample. The change of integrated intensity was attributed to the influence of mechanical stresses and partially screened depolarization fields. So, we show the importance of Raman spectroscopy and the real place that it takes as a characterisation technique. This open the way for numerous applications in this field of studies.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le transistor est la brique élémentaire des circuits intégrés présents dans tous les appareils électroniques. Années après années l’industrie de la microélectronique a amélioré les performances des circuits intégrés (rapidité, consommation énergétique) en réduisant les dimensions du transistor. De nos jours, en plus de la réduction de la taille du transistor d’autres techniques permettent de soutenir cette croissance: ce sont les « booster » technologiques. Les contraintes mécaniques ou encore le remplacement du Silicium par d’autres matériaux tels que germanium (Ge) et les matériaux semi-conducteurs de type III-V sont des exemples de booster technologiques. Grâce à la modélisation numérique, cette thèse propose d’étudier les effets de booster technologiques sur les performances électriques de la future génération de transistors. / The transistor is the elementary brick of Integrated circuits found in all electronic devices. Years after years the microelectronic industry has enhanced the performances of integrated circuits (speed and energy consumption) by downscaling the transistor. Nowadays besides the transistor’s downscaling, other techniques have been considered to maintain this growth: they are called technological boosters. Mechanical strain or new material, such as germanium (Ge) and III-V semiconductors, to replace Silicon are example of technological boosters. By the means of numerical quantum simulations and modeling, this these work propose a study of the effect of technological boosters on the electric performances of the next generation of transistors.

Ce manuscrit rapporte différentes études expérimentales de collisions sous incidence rasante rasantes (<3 deg.) d'atomes et d'ions de H^+, Ne^+, Ne^0 , Na^+...à des énergies voisines du keV avec une surface mono-cristalline d'isolant ionique, le fluorure de lithium LiF(100). Le faisceau incident est pulsé et les particules diffusées sont recueillies sur un détecteur sensible en position procurant les sections efficaces différentielles tandis que temps de vol détermine la perte d'énergie. L'analyse de l'état de charge se fait par un déflecteur électrostatique. Les électrons secondaires sont détectés en coïncidence permettant une mesure de leur temps de vol et donc de leur énergie. On mesure également le rendements d'émission électronique et la distribution angulaire. La structure électronique de ce type de cible, caractérisée par la présence d'une large bande interdite, affecte profondément les mécanismes d'échange de charge, d'excitation électronique et d'émission électronique. Ces études mettent en évidence la création de d'états excités de la cible "excitons de surface" qui contribuent fortement au pouvoir d'arrêt. La neutralisation Auger des ions He^+ et Ne^+ est accompagnée de la population d'excitons délocalisés sur deux lacunes électroniques: des "trions". L'énergie de liaison de ces états est directement déterminée à partir des bilans d'énergie. Deux mécanismes de perte d'énergie nucléaire sont également mesurés. Ces processus impliquent un transfert de moment soit vers un seul atome de la cible lors de collisions rapprochées (collisions binaires) soit, si le projectile est chargé, vers les modes collectifs de phonons optiques par l'intermédiaire du champ coulombien du projectile. L'effet observé de la température sur le profil de diffusion, la contribution des défauts topologiques de la surface au profil de perte d'énergie et a l'effet ricochet sont analysés par des simulations de trajectoire classique.

La première partie du manuscrit est consacrée au fonctionnement de sources à diode laser en montage de type cavité étendue et qui intègre un filtre holographique. Ce filtre intra-cavité est dynamique est constitué de l'association d'un matériau photoréfractif et d'un réflecteur. Nous montrons que ce filtre est équivalent à un filtre Fabry-Perot dont l'un des miroirs est constitué par un réseau de Bragg photoréfractif enregistré par la structure de modes du laser. Ses caractéristiques sont décrites en détail. Une brève analyse de stabilité d'un laser auto-organisable illustre le processus de sélection entre les modes, induit par le filtre Fabry-Perot photoréfractif. Nous avons alors étudié des fonctionnements de sources à diode laser montée en cavité étendue utilisant comme réflecteur distant un filtre Fabry-Perot photoréfractif. Dans le cas des diodes laser qualifiées de limitée par diffraction, où l'émission laser est supportée par un seul mode transverse, cette configuration originale force l'oscillation de la source sur un seul mode longitudinal et ce, sur une large plage de courant d'injection. Ce comportement a été démontré pour des longueurs d'onde de fonctionnement allant de 630 à 1550 nm et des puissances de sortie variant de quelques dizaines de milliWatt au Watt. Enfin, nous avons démontré qu'un tel filtre dynamique utilisé avec des diodes laser à ruban large, supportant plusieurs modes transverse, introduit également des pertes sélectives sur la structure transverse des modes. L'application dans ce dernier cas est l'amélioration de la brillance de sources à diode laser de puissance. Enfin, nous présentons le fonctionnement original d'une source à diode laser accordable dont la longueur d'onde de fonctionnement est fixée par l'injection optique temporaire d'un faisceau issu d'un laser maître. Cette source présente la particularité de disposer dans sa cavité d'un milieu holographique dynamique de type photoréfractif qui lui permet, après arrêt de l'injection, de conserver un fonctionnement à la longueur d'onde préalablement imposée par le laser maître. En utilisant un laser maître accordable en longueur d'onde, nous avons réalisé l'adressage optique d'une telle source suivant un peigne de longueurs d'onde quasi périodique. La seconde partie du manuscrit traite des études sur le renforcement des interactions nonlinéaires dans des milieux micro-structurés en semi-conducteurs. La première étape a nécessité le développement complet d'une source OPO accordable en longueur d'onde et délivrant des impulsions picosecondes. Nous rapportons la première démonstration expérimentale et quantitative sur le lien entre la propagation d'une impulsion en régime de lumière lente et l'exaltation des nonlinéarités. Nous avons en particulier étudié les phénomènes d'absorption à deux photons (TPA) et d'auto-modulation de phase induits par les effets Kerr optique et de réfraction par les porteurs libres (FCR) générés par TPA. Par un ajustement de nos courbes expérimentales, sans paramètre ajustable (en s'appuyant sur la valeur de la vitesse de groupe mesurée en régime de propagation linéaire), nous avons démontré de manière quantitative l'effet de l'exaltation des nonlinéarités par l'effet du ralentissement de la lumière. Parallèlement, nous avons initié une étude consacrée à la diffusion Raman stimulée dans des nano-structures semi-conductrices. Nous avons démontré, dans des nanoguides de silicium sur isolant, une saturation du facteur d'amplification Raman par l'élargissement spectral des impulsions pompe par des effets d'automodulation de phase nonlinéaire. Enfin, nous présentons nos résultats expérimentaux sur le fonctionnement d'une microcavité doublement résonnante en régime de diffusion Raman stimulée.