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Ballista est un nouveau système de planification de traitement qui a été développé en alternative à la radiothérapie par modulation d'intensité. L'optimisation à la base de ce dispositif contrôle la configuration des plans de traitement ainsi que le poids des différents champs générés en vue de moduler la radiation. Malgré sa grande flexibilité, Ballista se limite toutefois à la création de plans monoénergétiques. Ce mémoire s'est donc penché sur le rôle de l'énergie dans les plateformes de planification inverse. Le fonctionnement de Ballista s'appuie sur l'emploi de deux engins d'optimisation distincts : un algorithme de recuit simulé qui gère la configuration du traitement et un algorithme de quasi-Newton avec contraintes qui fixe le poids des différents champs. Afin de tirer profit de la nature bidimensionnelle du système, l'introduction de l'énergie en tant que variable versatile se fait par le biais de l'une ou l'autre de ces techniques de calcul. Cette stratégie permet de créer des plans multiénergétiques qui possèdent une ou plusieurs énergies par incidence. Une étude rétrospective détaillée de l'efficacité du système a été réalisée sur la base de cinq patients atteints d'un cancer pulmonaire avancé. L'optimisation de l'énergie a en fait permis d'améliorer la conformité des traitements, mais surtout de limiter la dose délivrée aux poumons sains, l'organe à risque le plus problématique pour ce type d'irradiation. L'introduction de ce paramètre dans les procédés d'optimisation semble donc améliorer sensiblement la qualité des plans produits sans alourdir inutilement le poids clinique de la planification.

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Le présent projet de recherche porte sur l’étude d’un amplificateur à fibre à double gaine codopée à l’erbium et l’ytterbium de haute puissance. Le but premier du projet est de concevoir un outil de simulation capable de prédire adéquatement les performances expérimentales de tels amplificateurs en régime continu. Tout d’abord, un outil de simulation permettant de modéliser l’amplification de la lumière dans une fibre optique est développé et implémenté numériquement avec le langage de programmation C++. Ce modèle est conçu de façon générale et s’applique à tout type d’amplificateur et de laser à fibre où la structure énergétique du dopant est connue. Ensuite, la caractérisation expérimentale complète d’une fibre optique dopée est effectuée. Ces mesures sont nécessaires pour déterminer les paramètres d’entrée des simulations. Des mesures expérimentales sont également effectuées pour caractériser les performances d'un amplificateur et de lasers à fibre erbium/ytterbium. Dans la dernière partie du travail, nous comparons l’outil de simulation aux mesures expérimentales d’amplification. Avant de considérer une fibre codopée à l’erbium et l’ytterbium, nous avons préalablement validé notre modèle avec la littérature et avec le cas simple d’un laser à fibre à double gaine dopée seulement à l’ytterbium. Notre modèle a ensuite été développé précisément pour le système erbium/ytterbium suivant une structure énergétique simple éliminant le nombre de paramètres à corréler. Ensuite, tel que justifié dans notre mémoire, nous avons ajusté le taux de transfert entre l’ytterbium et l’erbium pour obtenir une excellente corrélation entre les simulations et les résultats expérimentaux d’amplificateur erbium/ytterbium de haute puissance. Nous avons constaté que la section efficace d’émission de l’ytterbium prédite par la relation de McCumber est largement surestimée dans l’erbium/ytterbium. Nous avons aussi vérifié que notre modèle ainsi ajusté permet de prédire adéquatement les performances d’amplificateurs erbium/ytterbium dans des configurations variées. / The main purpose of this project is to predict the behaviour of a high power double cladding erbium/ytterbium fibre amplifier in continuous wave operation using a simulation tool. A software simulating the amplification of light in a doped optical fibre has been developed and implemented numerically using the C++ computer language. This general model is suitable for any amplifier or laser scheme with a given active ion. The doped fibres used in the project have been characterized experimentally to determine the input parameters for the simulation. Experiments have also been conducted to measure the performance of such doped fibres in laser and amplifier configurations. We subsequently focus on comparing experiments and simulations. We first validate our software with results from scientific papers and with experimental data for the simple case of an ytterbium doped fibre laser. A simulation model is then developed for an erbium/ytterbium system using a simple energy level scheme reducing the number of parameters to adjust. The transfer rate between ytterbium and erbium atoms is fitted using experiments, which results in an excellent agreement between simulations and experiments. The resulting simulation software is then able to predict experimentally the performance of a high power double clad erbium/ytterbium amplifier in different configuration schemes. A new fact arises from our investigation: the emission cross-section of ytterbium in an erbium/ytterbium codoped fibre happens to be much smaller than that predicted by the McCumber theory.

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