Les ailes iridescentes du papillon Morpho rhetenor sont couvertes d'écailles profondément striées comme des réseaux de diffraction. Chaque strie est un empilement de couches minces d'air et de chitine. La recherche d'inspiration pour de nouveaux composants motive l'étude des propriétés optiques de cette structure photonique. Sa géométrie est caractérisée à différentes échelles. Les spectres de réflexion confirment les interférences. La diffraction par les stries explique la répartition spatiale de l'intensité réfléchie. Nous avons exploré les propriétés optiques des écailles en microspectrophotométrie et en micropolarimétrie. Nous simulons le champ électromagnétique dans la structure avec la méthode Rigorous Coupled-Wave Analysis. L'introduction de désordre dans la structure photonique et entre écailles permet de mieux comprendre les résultats des mesures. Des simulations avec la méthode des éléments finis et la première approximation de Born montrent l'intérêt de ces outils.

La mise en forme en amplitude, phase spectrale et polarisation des impulsions laser ultracourtes dans le régime femtoseconde peut fortement influencer le résultat d'une expérience d'optique non-linéaire. Dans cette thèse nous présentons un dispositif de façonnage d'impulsions basé sur l'utilisation de deux modulateurs spatiaux de lumière (SLM) pour contrôler ces trois propriétés simultanément et ce pour toutes les fréquences présentes dans l'impulsion. Une méthode basée sur la génération de second harmonique (SHG) est développée pour lire individuellement les composantes de la susceptibilité non-linéaire du deuxième ordre dans les milieux cristallins et biomoléculaires. Une approche similaire a été utilisée pour la diffusion Raman anti-Stokes cohérente (CARS). Pour cette étude, l'ordre d'orientation des molécules peut être déterminé par des mesures d'impulsion unique. Une approche polarimétrique basée sur la fluorescence à deux photons (TPEF) est présentée pour quantifier les distorsions introduites par tous les éléments optiques dans le trajet du faisceau. Des distorsions de la phase spectrale sont déterminées et corrigées soit par une stratégie évolutive ou par une méthode SPIDER (interférométrie de phase spectrale pour la reconstruction directe du champ électrique) homodyne d'impulsion unique. De plus, l'exaltation des signaux non-linéaires par des structures photoniques est caractérisée par SHG pour des nano-ouvertures dans un film métallique et par impulsion unique CARS pour des microsphères diélectriques avec un façonnage en amplitude, phase et polarisation.