Les métamatériaux à indice de réfraction négative ont attiré énormément l'attention ces dernières années surtout à cause de leurs propriétés électromagnétiques uniques. Ces matériaux sont des structures artificielles qui présentent des caractéristiques n'étant pas disponibles en matériaux naturels. Récemment, le développement technologique avec de nouvelles techniques de fabrication offrent un grand nombre de nouvelles application et développement de nouveaux matériaux. Il est possible d'obtenir un métamatériau en combinant des structures artificielles périodiquement. Les propriétés uniques du Split Ring Resonator (SRR), les Surfaces à Haute Impédance (HIS), les Surface Sélective en Fréquence (FSS) sont étudiées ainsi que les métamatériaux composés. Il a été démontré avec succès l'utilisation pratique de ces structures dans les circuits et les antennes. Il a été confirmé expérimentalement que les métamatériaux pourrait améliorer la performance des structures considérées dans cette thèse, pour des fréquences où la bande interdite électromagnétique se produit.

Les progrès de la microélectronique, axés en premier lieu sur l’amélioration des performances et la réduction des coûts des processeurs et des mémoires, ont aussi bénéficié depuis de nombreuses années aux capteurs, à l’éclairage, aux actionneurs et autres technologies dites More than Moore. La détection infrarouge à l’aide de détecteurs thermiques fait partie de ces bénéficiaires. Les détecteurs thermiques actuels utilisent principalement une fine couche résistive (typiquement du dioxyde de vanadium ou du silicium amorphe) déposée sur une membrane suspendue comme thermomètre : ce sont les microbolomètres. Cette technique a permis de produire des caméras thermiques dont le coût de fabrication a drastiquement chuté avec des performances qui se rapprochent des détecteurs photoniques onéreux, fonctionnant à des températures cryogéniques. Néanmoins, le coût de ces imageurs reste encore excessif pour des applications grand public (conduite nocturne, smartphones, domotique) tandis que les applications militaires (surveillance, lunettes portatives) demandent des performances accrues dans un budget maîtrisé. Un des objectifs des industriels du domaine est donc de réduire la surface des détecteurs, le pas pixel, afin d’augmenter le nombre de rétines fabriquées sur une plaque de silicium. Néanmoins, la réduction de cette surface diminue de facto le flux infrarouge incident sur le pixel, et donc le signal. Il faut donc améliorer la sensibilité des détecteurs à chaque nouveau pas pixel. La technologie résistive, largement employée par l’industrie jusqu’à maintenant, se prêtait volontiers à cet exercice jusqu’au pas de 17 µm, permettant de densifier d’un facteur 4 le nombre de détecteurs tous les 5 ans. L’auto-échauffement lié à la lecture résistive et le bruit en 1/f sont les principales causes du ralentissement observé dans cette réduction des échelles ces dernières années. Nos travaux se sont focalisés sur un nouveau principe de détection au pas de 12 µm, fonctionnant avec un auto-échauffement minime. Dans cette approche, une planche suspendue est mise en résonance mécanique autour de deux bras ancrés subissant une torsion. L’actionnement et la détection électrostatique du mouvement de la membrane sont réalisés avec deux électrodes situés 2 µm sous la planche. La modification du module d’Young avec la température et les contraintes thermiques vont modifier la fréquence de résonance. Les résonateurs mécaniques étant peu bruités, le suivi cette fréquence de résonance doit permettre de réaliser des détecteurs thermiques performants. Le travail de thèse a consisté à concevoir, fabriquer et caractériser de tels pixels et à comparer cette technique aux détecteurs résistifs. Différents modèles (linéaire et nonlinéaire) du mouvement de la structure sont présentés et comparés aux caractérisations expérimentales de résonateurs fabriqués en réseaux denses, selon différentes variantes. Nous avons mesuré le bruit fréquentiel de nos détecteurs puis leur sensibilité à un flux infrarouge. Les meilleurs dispositifs montrent une limite de sensibilité de 30 pW/√Hz. Une résolution sur la scène (NETD) de 2 K est obtenu pour un temps d’intégration adapté au temps image. Ces performances sont inégalées pour un résonateur non refroidi à ces dimensions. Nous montrons qu’un NETD de 20 mK est atteignable au pas de 12 µm (pour un temps de réponse de 10 ms) en se focalisant sur 3 axes de recherche : une cointégration des résonateurs avec leur électronique de lecture, une acquisition plus précise du signal par un temps d’intégration adapté au temps image et l’amélioration de la sensibilité thermique (TCF) du résonateur d’un facteur 10. Pour ce dernier point, nous présentons des méthodes afin d’améliorer le TCF. Finalement, nous étudions des architectures de pixels au pas de 5 µm présentant des performances théoriques proches de celles requises par l’imagerie infrarouge (NETD=70 mK et τth=8 ms). Des perspectives de transductions tout optiques sont finalement évoquées. / Progress in microelectronics has been mainly driven by informatics needs for addressing both increased performances and lower costs for processors and memories, according to the well-known Moore’s Law. For many years, these tremendous progresses in silicon fabrication and integration have also contributed to the emergence of new type of devices, such as sensors, actuators, filters, clocks or imagers, forming a new class of devices called More than Moore. Uncooled infrared imaging, which uses thermal sensors belongs to this new class of devices. Today thermal sensors principally use a thin resistive layer (mainly vanadium dioxide or amorphous silicon) on a suspended membrane as a thermometer and are called microbolometers. The fabrication cost of thermal cameras has dramatically dropped over the last 20 years, while attaining performances close to the expensive cooled cameras. Nevertheless, the cost of these imagers still remains too high for consumer market (night driving, smartphones, home automation) whereas military applications (surveillance, personal googles) need improved resolutions – in an affordable camera. Therefore, one objective of the microbolometers industry roadmap is to scale down the sensor surface – the pixel pitch – in order to increase the number of imagers fabricated on a silicon wafer. Yet, the pixel pitch reduction goes necessarily with a reduction of the captured infrared power leading to a reduction of the sensor signal. As a consequence, the sensor sensitivity needs to be improved as the pixel pitch scales down. The resistive technology has managed this scaling so far, down to 17µm pixel pitch, allowing a densification of the sensors by a factor 4 every 5 years. Despite this success, the scaling has been recently slowed down, mostly because of microbolometers self-heating issue and 1/f noise which are inherent to the resistive transduction. Our work has focused on a new type of sensor at 12µm pixel pitch, which theoretically gets rid of self-heating and 1/f noise. In our approach, an absorbing plate is excited at its mechanical resonance through two tiny torsion arms using an actuation electrode placed 2µm underneath. Pixel motion is also transduced electrostatically. Since micromechanical resonators feature very low frequency noise, we believe that an uncooled infrared sensor based on the monitoring of its resonance frequency (which changes with temperature through the TCF) should be extremely sensitive. In our work, we present different models (linear and nonlinear) for the pixel mechanical behavior and compare them to experimental characterization of resonators which were fabricated in dense arrays, according to several designs. We measure the frequency stability of our sensors along with their sensitivity to infrared flux. The best devices show a resolution of 30pW/sqrt(Hz), with a response time lower than one millisecond. The scene resolution (NETD) is 2K for an integration time compatible with imaging frame rate. These performances overtake results previously published on this topic with such reduced pixel pitch. We show that a NETD of 20mK (with a response time of 10ms) is reachable at 12µm pixel pitch if we can address the following 3 challenges: a cointegration of the resonators with their electronics, a shared readout of several pixels in the imaging frame rate and an improved TCF by a factor 10. Therefore, we provide different methods in order to improve the TCF. Finally, we present different pixel designs at 5µm pixel pitch which show theoretical performances close to uncooled infrared imaging requirements (NETD=70mK and tau_th=8ms). An optical transduction may also be a new route toward even better signal to noise ratio at low pitch.

Le phénomène de blocage de photon est observé lorsqu'un système à deux niveaux est fortement couplé à une cavité, limitant ainsi le nombre d'occupation des photons dans le mode de la cavité à zéro ou un. Ce phénomène est analogue au blocage de Coulomb en physique mésoscopique et a été observé en optique en couplant un atome unique ou une boîte quantique à une cavité. L'efficacité du blocage, mesurée par la fonction d'autocorrélation du deuxième ordre g2(0) augmente d'autant plus que la non-linéarité du système est grande devant la largeur de la cavité. Ce travail de thèse présente l'étude théorique et expérimentale d'un nouveau phénomène de blocage appelé "phénomène de blocage anormal de photon", dans le régime micro-onde. Ce phénomène apparaît dans un système photonique comprenant deux modes couplés, où au moins un des modes est non-linéaire. Par contraste avec le blocage de photon standard, le blocage anormal permet d'obtenir un blocage parfait (g2(0)=0) pour une non-linéarité arbitrairement faible. Nous présentons les propriétés théoriques du blocage anormal, et notamment sa formulation en termes d'états gaussiens. Afin de mettre en évidence ce phénomène, nous avons réalisé deux résonateurs supraconducteurs couplés, dont l'un est rendu non-linéaire et ajustable en fréquence par l'ajout d'un SQUID. Nous montrons les techniques de fabrication employées et la caractérisation des paramètres de notre échantillon. Enfin, nous présentons les techniques mises en œuvre pour mesurer g2(t). Cette mesure nous a permis de mettre en évidence le phénomène de blocage anormal et d'en étudier les propriétés en fonction des différents paramètres expérimentaux. / Photon blockade is observed when a two level system is strongly coupled to a cavity thus limiting the occupation number of the cavity mode to zero or one photon. This phenomenon is analogous to the Coulomb blockade effect in mesoscopic physics and has been observed in optics by coupling a single atom or a quantum dot to a cavity. The efficiency of the blockade, as measured by the second order auto-correlation function g2(0) increases with the non-linearity of the system in comparison to the cavity width. In this thesis, we present a theoretical and experimental study of a new blockade mechanism, called "anomalous photon blockade effect", in the microwave domain. This effect appears in photonics systems consisting of two coupled modes, where at least one of the mode is non-linear. In contrast to the standard blockade effect, perfect blockade (g2(0)=0) can be achieved with an arbitrary weak non-linearity strength. In the first part, we present a theoretical study of the anomalous blockade, and we use, in particular, a description in terms of gaussian states. To experimentally observe this effect, we have micro-fabricated two coupled superconductive resonators, where one of the resonator is frequency tunable and non-linear thanks to a SQUID. In the second part, we present the fabrication process and the characterization of our sample. Finally, we present the different techniques that we use to measure the auto-correlation function g2(τ). This measurement allowed us to demonstrate the anomalous blockade effect and to study its various properties as a function of the experimental parameters.

L’objet de cette thèse de doctorat est la conception et la construction d’une horloge atomique réalisée sur un microcircuit à atomes (TACC) et améliorée par l’intrication. L’élément principal de cette nouvelle expérience est un micro-résonateur Fabry Pérot qui permet la génération d’états de spin comprimés de l'ensemble atomique grâce aux interactions entre la lumière et les atomes. Il a déjà été montré que ces états peuvent améliorer les performances métrologiques des horloges atomiques. Cependant, les expériences ayant permis cette démonstration de principe n'ont pas encore atteint un niveau de précision présentant un intérêt métrologique. C’est précisément l'objectif de la nouvelle configuration expérimentale que nous proposons ici. Afin de conserver la compacité et la stabilité de notre installation, nous avons choisi d’utiliser une cavité Fabry-Pérot fibrée (fibered Fabry-Pérot, FFP) comme résonateur optique, dans lequel les miroirs du résonateur sont réalisés sur la pointe de fibres optiques. Pour répondre aux exigences de notre expérience, une nouvelle génération de résonateurs FFP a été développée au cours de cette thèse, les plus longs réalisés à ce jour. A cette fin, nous avons développé une procédure d’ablation par tirs multiples à l'aide d'un laser CO$_2$ focalisé, qui permet la mise en forme des surfaces de silice fondue avec une précision et une polyvalence sans précédent.L'intégration du résonateur optique au dispositif expérimental TACC nécessite une conception nouvelle du microcircuit à atomes, qui doit permettre le transport du nuage atomique jusqu’au résonateur. Nous présenterons donc la conception et la fabrication de ce microcircuit à atomes. / This thesis describes the conception and construction of an “entanglement-enhanced” trapped atom clock on an atom chip (TACC). The key feature of this new experiment is the integration of two optical Fabry-Pérot micro resonators which enable generation of spin-squeezed states of the atomic ensemble via atom-light interactions and non-destructive detection of the atomic state. It has been shown before that spin-squeezed states can enhance the metrological performance of atomic clocks, but existing proof-of-principle experiments have not yet reached a metrologically relevant level of precision. This is the first goal of the new setup. To retain the compactness and stability of our setup, we chose the optical resonator to be a fiber Fabry-Pérot (FFP) resonator where the resonator mirrors are realized on the tip of optical fibers. To meet the requirements of our experiment, a new generation of FFP resonators was developed in the context of this thesis, demonstrating the longest FFP resonators to date. For this purpose, we developed a “dot milling” procedure using a focused CO2-laser that allows shaping of fused silica surfaces with unprecedented precision and versatility. Incorporating optical resonators in the TACC system requires a new atom chip design, allowing transportation of the atom cloud into the resonator. We present the design and the fabrication of this atom chip. The completed setup will enable investigations of the interplay of spin-dynamics in presence of light mediated correlations and spin-squeezing at a metrologically relevant stability level of $10^{-13}$ at 1 s.

Práce je věnována modelování mikrovlnných rezonátorů z metamateriálů (materiálů se záporným indexem lomu). V úvodu je rozebráno, co metamateriály jsou, jak se vytvářejí a které jejich vlastnosti jsou podstatné při návrhu rezonátorů. Následuje návrh planárního rezonátoru z metamateriálů. Pro tento účel byly naprogramovány funkce počítající rozměry jednotlivých součástí struktury. Simulace navržené struktury probíhala v programu Zeland IE3D. Simulované struktury byly optimalizovány s ohledem na požadované kmitočty rezonance. První rezonátor sestával z jedné elementární buňky, druhý ze dvou buněk, naladěných na rozdílné kmitočty. Rezonátory byly vyrobeny a experimentálně byly ověřeny jejich vlastnosti.

The presentation describes the development and design of a spring & damper element in ring form made of elastomer. It was developed to protect sensitive equipment against high dynamic random loads by assuring supercritical dynamic operation of the resonator symmetrically built with help of two of these bearing elements. The special feature of this elastomer bushing is that its spring stiffness can be adjusted by simple means: One ring element is made of 12 segments, so that by changing the number of segments used its spring stiffness can be coarsely adjusted. A fine tuning can then be undertaken by preloading the elastomer elements within the bushing. In total, the axial as well as the radial spring stiffness can be synchronously adjusted by a factor of eight. Furthermore, it is being described how a similar axial and radial stiffness was obtained by using the parameter optimizer of the commercial FEM software Creo Simulate. In addition, Geometric nonlinear analyses have been undertaken to compute the effect of elastomer deformation by preloads on the stiffness of the spring/damper element. Finally, the obtained field of characteristic spring stiffness curves of the bushing is shown. / Die Präsentation beschreibt die Entwicklung und den konstruktiven Aufbau eines ringförmigen Feder-/Dämpferelementes aus einem Elastomer. Es wurde entwickelt, um empfindliche Ausrüstung gegen hohe dynamische Random-Lasten zu schützen. Dazu wird der Resonator, der symmetrisch mit Hilfe zweier dieser Elemente gebildet wird, dynamisch überkritisch betrieben. Das besondere dieses Elastomerlagers ist, dass seine Federsteifigkeit einfach eingestellt bzw. justiert werden kann. Ein Ringelement besteht aus 12 Einzelsegmenten; durch unterschiedliche Bestückung kann die Federsteifigkeit grob voreingestellt werden. Die Feineinstellung auf eine bestimmte Ziel-Eigenfrequenz wird durch Vorspannung der einzelnen Elastomersegmente erreicht. Insgesamt kann dadurch die Federsteifigkeit sowohl in axialer als auch in radialer Richtung synchron um den Faktor 8 eingestellt werden. Darüber hinaus wird beschrieben, wie man eine identische Axial- und Radialsteifigkeit des Elastomerelementes durch Verwendung des Parameteroptimierers der kommerziellen FEM-Software Creo Simulate erhalten hat. Weiterhin werden nichtlineare Analysen vorgestellt, um den Einfluss der durch mechanische Vorspannung erzeugten Elastomerdeformation auf die Federsteifigkeit zu bestimmen. Abschließend wird das erhaltene Kennlinienfeld für die Federsteifigkeit des Lagers vorgestellt.

No / A novel multi-standard dual-wide band filter with a compact size of only 8.8 mm by 16.8mm is designed and developed for transceiver devices. The proposed filter has a fundamental bandwidth of 1.6GHz with fractional bandwidth (FBW) of 29.7% centered at the 5.4GHz band, and second bandwidth of 300.0MHz with FBW of 3.6% centered at the 8.15GHz band. The basic dual-wide bandwidth is attributed to the interaction of the novel modified polygon pair and upper stub loaded stepped impedance resonator. Moreover, the added down stub loaded stepped impedance resonator (SLSIR) further enhances the pass band performance by widening the bandwidth and optimizing reflection coefficient performance considerably. To validate the proposed ideas, the multi-standard filter is designed and simulated by Ansoft HFSS software. The simulated results agree well with the theory predictions. The featured broad bandwidths over two frequency bands and the miniaturized size of the proposed filter make it very promising for applications in future multi-standard wireless communication.

Ein Fortschritt im Verständnis der Naturgesetzte wäre eine quantenphysikalische Beschreibung der Gravitation. Eine gültige Theorie der Quantengravitation (QG) existiert derzeit wegen des fehlenden experimentellen Zugangs des Planck-Skalen-Bereichs nicht. Dennoch können Experimente Hinweise für die Suche nach einer QG liefern. Die Standardmodellerweiterung (SME) bspw. beschreibt mögliche QG-induzierte beobachtbare niederenergetische Planck-Skalen-Effekte. Diesem Ansatz folgend wurde ein modernes Michelson-Morley-Experiment der nächsten Generation entwickelt, das es erstmalig erlaubt, simultan Obergrenzen für niederenergetische Planck-Skalen-Effekte in den Bewegungsgleichungen von Photonen und Fermionen zu bestimmen. Das zugrundeliegende theoretische Modell innerhalb der SME wurde neu betrachtet und Unstimmigkeiten korrigiert. Der Aufbau besteht aus ultra-stabilen kryogenen optischen Resonatoren (COREs) und Mikrowellenresonatoren, die gemeinsam im Raum rotieren. Die durch thermisches Rauschen limitierte vorhergesagte relative Frequenzinstabilität der entwickelten COREs liegt bei Temperaturen von flüssigem Helium im Bereich von 10^-17. Die Mikrowellenresonatoren können eine relative Frequenzinstabilität von 10^-16 erreichen. Um Störeinflüsse zu reduzieren, wurde zudem ein rauscharmer Niedrigtemperatur- sowie Drehtischaufbau konzipiert. Parallel wurde mit den Mikrowellenresonatoren ein einjähriges modernes Michelson-Morley-Experiment mit einer Sensitivität im Bereich von 10^-18 durchgeführt und erstmalig vollständig entkoppelte Obergrenzen für niederenergetische Planck-Skalen-Effekte im Bereich von 10^-17 bestimmt. Für den Aufbau der nächsten Generation lässt sich basierend auf der Frequenzinstabilität der COREs und der Mikrowellenresonatoren eine Sensitivität für niederenergetische Planck-Skalen-Effekte im Bereich von 10^-20 abschätzen. Zum ersten Mal kann somit der hypothetische Planck-unterdrückte-Bereich mit elektromagnetischen Resonatoren erkundet werden. / The next big leap in understanding the working principles of nature can be expected from a quantum physical description of gravity. None of the quantum gravity (QG) candidate theories can be verified, since observations at the Planck regime have currently been impossible. Still, experiments can help to give insights. For example, standard model extension (SME) describes potential observable low-energy remnant Planck scale effects. With this in mind, a design for a next-generation modern Michelson-Morley experiment has been developed that allows extracting upper bounds on potentially observable remnant Planck scale effects in the equations of motion of photons and fermions simultaneously. The corresponding theoretical model within the framework of the SME has been revisited and discrepancies have been corrected. The experimental setup consists of co-rotating ultra-stable cryogenic optical resonators (COREs) and ultra-stable sapphire loaded cryogenic microwave whispering-gallery resonators. The developed COREs have a theoretical thermal noise limited fractional frequency instability on the order of 10^-17 at liquid helium temperatures. The cryogenic microwave resonators allow in principle a performance on the order of 10^-16. For noise reduction, a suitable low noise cryogenic as well as turntable system has been designed. In parallel, a one-year modern Michelson-Morley measurement campaign with a sensitivity on the order of 10^-18 was carried out using the cryogenic microwave resonators. The experiment has allowed to set new stringent disentangled upper bounds on remnant Planck scale effects on the order of 10^-17. With the frequency performance of the COREs and cryogenic microwave resonators of the next-generation experimental setup, a sensitivity for remnant Planck scale effects on the order of 10^-20 can be estimated. Thus, the designed setup has the potential to explore the hypothetical Planck suppressed regime using electromagnetic resonators for the first time.

The project contains adventurous research, with an aim to understand and design a planar Gunn diode with a novel integrated circuit configuration to extract the 2nd harmonic. This will potentially enhance the Gunn diode as a high frequency source towards frequencies in excess of 600 GHz. The RF performance from the above integrated circuit was achieved by design and simulation of radial and diamond stub resonators, which were used to short the fundamental oscillation frequency while allowing the second harmonic frequency to pass through to the load. The diamond stub resonator is a new configuration offering a number of advantages which include a higher loaded quality factor and occupies 55% less chip area than a comparable radial stub resonator. The designed novel circuits with integrated planar Gunn diode were fabricated using microwave monolithic integrated circuits (MMIC) technology at the James Watt Nanofabrication centre in Glasgow University. Full DC and microwave characterisation of the diodes and integrated circuits with diodes was carried out using a semiconductor analyser, network analyser (10 MHz to 110GHz) and spectrum analyser (10 MHz to 125GHz). The microwave measurements were carried out at the high frequency RF laboratories in Glasgow University. Both GaAs and InP based Gunn diodes were characterised and RF characterisation work showed that higher fundamental frequencies could be obtained from Gunn diodes fabricated on InGaAs on a lattice matched InP substrate. Planar Gunn diodes with an anode to cathode spacing of 4 microns giving a fundamental frequency of oscillation of 60 GHz were fabricated as an integrated circuit with coplanar waveguide (CPW) circuit elements to extract the second harmonic. A second harmonic frequency of 120 GHz with an RF output power of -14.11 dBm was extracted with very good fundamental frequency suppression. To the authors knowledge this was the first time second harmonic frequencies have been extracted from a planar Gunn diode technology. Aluminium gallium arsenide (AlGaAs) planar Gunn diodes were also designed with an integrated series inductor to match the diode at the fundamental frequency to obtain higher RF output powers. Devices with a 1 micron anode to cathode separation gave the highest fundamental oscillation frequency of 121 GHz the highest reported for a GaAs based Gunn diode and with an RF output power of -9 dBm. These circuits will have potential applications in secure communications, terahertz imaging etc.

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: Lasers are commonly used in the industry for various applications such as laser cutting, laser drilling, lithography, medical applications, surface cleaning and a myriad of other applications. In any application of a laser the beam properties are significant. In the paint removal application discussed in this thesis, the beam properties of the laser beam can have a large impact on the efficiency of the paint removal process. The pulse energy or the average output power of the laser is normally an important parameter in laser materials processing applications. The spatial profile or intensity distribution of the beam also has an influence on the process. The propagation of the laser beam from the laser to the working point is also significant in applying the laser beam to the material. In the ideal scenario one would like to control all the parameters of the laser in terms of the output, in energy or output power, the propagation of the laser beam and the intensity distribution of the beam. The process of laser-based paint removal is no different to this. In this process a TEA CO2 laser is used for the ablation of paint from a substrate. In this application high pulse energy is required from the laser together with good beam propagation properties for delivery of the beam over a long distance. For this application the multimode beam of the TEA CO2 laser can be applied for the paint removal. The multimode beam has sufficiently high pulse energy for the paint removal process, but is not suitable for propagating over long distances through a beam path with a finite aperture. Furthermore the multimode beam does not have a uniform energy intensity distribution. It would therefore be ideal if the TEA CO2 laser could be designed with a custom beam that has a uniform intensity distribution, high pulse energy and good beam propagation. These requirements lead to the study of flattened irradiance profile laser beams. In this thesis flattened irradiance profile beams in the form of Flattened Gaussian beams are investigated. The theory of the Flattened Gaussian profile as well as the propagation of the beam is investigated. Furthermore the generation of such a beam internally to the laser resonator is studied. In succession to this a custom laser resonator was designed and implemented on the TEA CO2 laser. The resulting Flattened Gaussian Beam was characterised and applied to the application of laser paint removal. It was finally shown that the Flattened Gaussian Beam could be successfully generated and applied with equal success in the application of laser paint removal. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Lasers word algemeen in die industrie gebruik vir toepassings soos laser snywerk, laser boorwerk, litografie, mediese toepassings, oppervlakreiniging en verskeie ander. In enige toepassing van 'n laser is die eienskappe van die laserbundel van groot belang vir die proses. In die verf verwydering toepassing wat bespreek word in hierdie tesis het die bundel eienskappe 'n groot invloed op die effektiwiteit van die verf stropings proses. Die pulsenergie of uitset drywing van die laser is gewoonlik 'n belangrike parameter in 'n materiaalverwerkings toepassing. Die ruimtelike profiel of energie intensiteitprofiel van die bundel het ook 'n invloed op die proses. Die voortplanting van die bundel vanaf die laser na die werkspunt het ook 'n beduidende invloed op die toepassing van die laserbundel op die materiaal. In die ideale geval sal mens graag al die parameters van die laserbundel soos pulsenergie of drywing, die bundel voortplanting en energie intensiteitprofiel wil beheer. Die toepassing van die laser vir verfverwydering vereis ook die beheer van hierdie unieke parameters wat reeds genoem is. In hierdie proses is 'n TEA CO2 laser gebruik vir die verwydering van verf van 'n substraat. Die toepassing vereis hoë pulsenergie saam met goeie bundel voortplantingseienskappe vir lewering van die bundel oor lang afstande. Die multimode bundel van die laser kan gebruik word vir hierdie toepassing. Die multimode bundel bevat genoegsame energie vir die verfstropings proses maar is nie geskik vir voortplanting oor lang afstande deur 'n bundelpad wat 'n beperking op die bundel grootte het nie. Verder het die multimode bundel ook nie 'n uniforme energie intensiteitprofiel nie. Dit sou ideal wees as die TEA CO2 laser toegerus kon word met 'n toepassingsgerigte bundel wat hoë puls energie, goeie bundel voortplanting en 'n uniforme intensiteitprofiel het. Hierdie vereiste het gelei tot die studie van laserbundels met 'n uniforme plat energie intensiteitprofiel. In hierdie tesis word plat intensiteit bundels in die vorm van plat Gaussiese bundels ondersoek. Die teorie van plat Gaussiese bundels sowel as die voortplanting van hierdie bundels word hier ondersoek. Verder word die opwekking van hierdie bundels intern tot die laserresonator ook ondersoek. Na die ondersoek is daar oorgegaan in die ontwerp en implementering van 'n doelgemaakte resonator op 'n TEA CO2 laser. Die resonator het 'n plat Gaussiese bundel as uitset gelewer. Die bundel was gevolglik gekarakteriseer en aangewend in 'n verfstropings toepassing. Ten einde is daar getoon dat 'n plat Gaussiese bundel suksesvol opgewek en toegepas kon word.