Dissertations / Theses: 'Cavité optique de haute finesse'

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Triki, Meriam. "Cavités optiques de haute finesse pour la mesure de composés à l'état de trace en phase gazeuse." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00331642.

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Abstract:

Le thème central de ce travail de thèse est consacré à la mesure de concentrations de gaz à l'état de traces par spectroscopie d'absorption à haute sensibilité dans le domaine de l'infrarouge et du visible. Différentes sources spectrales sont employées, des lasers à émission verticale en cavité externe (VECSELs), des diodes laser à cavité externe (ECDLs) et des diodes électroluminescentes à émission large bande (LEDs). Deux techniques sont abordées : la OF-CEAS (Optical-Feedback Cavity--Enhanced Absorption Spectroscopy) et la IBB-CEAS (Incoherent Broadband-Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy).

D'abord, les notions nécessaires à la compréhension des techniques considérées sont présentées. Suit la description du développement d'un système IBB-CEAS avec une source LED émettant autour de 643 nm, avec application à la détection des oxydes d'azote à l'état de traces. Les résultats obtenus mettent en avant les avantages de cette technique en termes de simplicité, robustesse et de compacité. La limite de détection obtenue pour le radical NO2 est estimée à 1 ppbv pour deux minutes de temps d'acquisition.

Pour la deuxième étude concernant une source laser de type VECSEL émettant à 2.3 μm et pompé optiquement, le résultat principal a été l'obtention d'un balayage monofréquence sur une grande plage spectrale de l'ordre de 16.5 cm-1. Cela a demandé un balayage simultané de la température et de la longueur de la cavité laser. Ensuite, des essais préliminaires on été effectués pour coupler cette source avec la technique OF-CEAS. Ces essais ont révélé un problème de stabilité du comportement monofréquence de la source VECSEL en présence de rétroaction optique.

Enfin, la faisabilité de la technique OF-CEAS avec une source ECDL émettant dans l'infrarouge proche pour le diagnostic des décharges à basse pression a été démontrée. Le coefficient d'absorption minimale obtenu est de l'ordre de 10-9 cm-1 pour un temps d'acquisition court (0.1 s), valeur typique atteinte auparavant dans divers systèmes OF-CEAS. Des essais ont été réalisés avec une décharge en flux d'argon avec des traces de méthane autour de 1 mbar. Le même niveau de bruit a été observé que sans décharge. Cependant, dans la gamme spectrale accessible avec le ECDL disponible, les radicaux de type CHX produits dans ce type de décharge n'ont pas été détectés.

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Cantin, Etienne. "Cavité à haute finesse pour la production et la détection de sources atomiques cohérentes." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0259/document.

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Abstract:

Cette thèse décrit le développement de deux outils originaux pour l’interférométrie atomique. Le premier est une cavité optique à haute finesse pour la manipulation d’atomes ultra-froids de 87Rb. Cette cavité est d’abord utilisée pour augmenter l’intensité d’un piège dipolaire optique qui permet de piéger et refroidir les atomes. Ainsi, en procédant à un refroidissement par évaporation de l’échantillon atomique, nous avons atteint le régime de condensation de Bose-Einstein. La cavité étant non dégénérée, elle permet également l’injection de différents modes transverses électromagnétiques. Nous avons alors démontré la création et la manipulation de réseau d’ensembles atomiques en utilisant ces modes. La mesure successive de ces ensembles atomiques au cours d’une séquence d’interférométrie atomique permettrait d’augmenter le temps de mesure et ainsi d‘améliorer la sensibilité de l’instrument. Deuxièmement, l’utilisation d’une mesure faible non destructive sur les atomes permet de soutirer de l’information du système sans le perturber. En appliquant une rétroaction après ces mesures, l’état quantique peut être contrôlé. Par l’utilisation d’une séquence de Ramsey adaptée avec des mesures faibles et des corrections de phase, nous avons ainsi démontré la réalisation d’une boucle à verrouillage de phase entre un oscillateur local et l’état atomique. Nous avons ensuite démontré que ce protocole améliore la stabilité d’une horloge atomique en surpassant la limite de stabilité de l’oscillateur local. Nous avons également validé l’utilisation de la plate-forme laser commercial EYLSA de Quantel sur deux expériences de refroidissement d’atomes par laser
This thesis reports the development of two original tools for atom interferometry.The first is a high finesse optical cavity for the manipulation of 87Rb cold atoms. This cavity isfirstly used to enhance the intensity of an optical dipole trap. Thus, by realizing an evaporativecooling on the atomic sample, we reached Bose-Einstein condensation. Furthermore, the nondegeneratecavity allows the injection of different transverse electromagnetic modes. In thisway, we have demonstrated the generation and the manipulation of arrays of atomic ensemblesusing these modes. Successive measurements of these atomic ensembles in an atominterferometric sequence would increase the interrogation time and thus the sensitivity of thesensor.Secondly, the use of weak nondestructive measurements on the atoms allows to extractinformation from the system with negligible perturbation of the ensemble. Applying feedbackafter the measurement, we were able to control the quantum state of the system. Using amodified Ramsey sequence with weak nondestructive measurements and phase corrections, werealized a phase lock loop between a local oscillator and the atomic state. We have thendemonstrated that this protocol leads to a stability enhancement of an atomic clock byovercoming the limit set by the local oscillator.We also contributed to the development of the commercial laser platform EYLSA fromQuantel, testing its performances on two laser cooling experiments

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Favier, Pierre. "Etude et conception d'une cavité Fabry-Perot de haute finesse pour la source compacte de rayons X ThomX." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS412/document.

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Abstract:

La diffusion Compton inverse est un moyen unique pour produire des rayons X quasi-monochromatiques via l'interaction entre des électrons relativistes et une impulsion laser. Ce processus présente l'avantage de produire des flux très élevés de rayons X avec des énergies supérieures à quelques dizaines de keV. De plus, la divergence du faisceau de sortie est beaucoup plus grande que dans les sources de lumière synchrotron classiques et le faisceau de rayons X est donc plus facile à manipuler. Nous présentons une source de rayons X en construction à l'Université Paris-Sud, ThomX. Cette source utilise un faisceau d'électrons de 50 MeV qui interagit à 16,7 MHz avec une impulsion laser de quelques picosecondes dont la puissance moyenne est à l'état de l'art avec 600 kW, permettant de produire des rayons X entre 30 et 50 keV avec un flux de 10^{13} ph/s. Cette gamme d'énergie ainsi que la dépendance énergie-angulaire provenant du processus physique conviennent aux applications sociétales comme la radiothérapie ou l'histoire de l'art.Une cavité optique de très haute finesse (> 24000) est utilisée comme prototype pour effectuer des travaux de R&D pour la source ThomX. 400 kW de puissance laser moyenne ont été stockés avec succès dans cette cavité, en utilisant un faisceau laser d'entrée de seulement 40 W. Ce résultat, unique au monde, permet d'envisager l'achèvement de la source de rayons X de faible coût et de haut flux ThomX. Cette thèse explique les études expérimentales et analytiques qui ont été réalisées pour atteindre cette performance, dont une généralisation du processus d'empilement des impulsions laser pour les faisceaux laser ayant une fréquence de répétition différente de celle de la cavité, et les méthodes développées pour l'amélioration expérimentale du couplage spatial
Inverse Compton Scattering provides a unique way to produce quasi-monochromatic X-rays via the interaction of relativistic electrons with a laser pulse. This process has the advantage of producing very high fluxes of X-rays with energies above a few tens of keV. In addition the output beam divergence is much larger than in classical synchrotron light sources and the X-ray beam is thus easier to manipulate. We present an X-ray source under construction at Paris-Sud University, ThomX. This source uses a 50 MeV electron beam that collides at 16.7 MHz with a few picoseconds pulsed laser beam whose power is enhanced at the state of the art 600 kW average power to produce X-rays between 30 and 50 keV with a flux of 10^{13} ph/s. This energy range as well as the energy-angular dependence coming from the physical process are suitable for societal applications like radiotherapy or art history.A very high finesse optical cavity (> 24000) is used as a prototype to perform R&D for the ThomX source. 400 kW of average laser power have been successfully stored in this cavity, using an input laser beam of only 40 W. This result, unique in the world, is a pathway towards the completion of the low-cost, compact, high flux X-ray source ThomX. This thesis explains the experimental and analytical studies that have been performed to reach this performance, including a generalization of the process of laser pulse stacking to frequency-detuned laser beams, and the methods developped for experimental spatial coupling enhancement

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Vanderbruggen, Thomas. "Détection non-destructive pour l'interférométrie atomique et Condensation de Bose-Einstein dans une cavité optique de haute finesse." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00702905.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse étudie diverses méthodes d'amélioration des interféromètres atomiques. Dans la première partie du manuscrit, nous analysons comment une détection non-destructive, au sens où elle préserve la cohérence entre les états internes de l'ensemble atomique, permet d'améliorer la sensibilité des interféromètres. Nous montrons tout d'abord, grâce à une étude théorique, que la projection du vecteur d'onde engendrée par la mesure permet de préparer des états comprimés de spin. Nous présentons ensuite la mise en œuvre de cette méthode à l'aide d'une détection reposant sur la spectroscopie par modulation de fréquence. Finalement, nous exposons quelques premières applications de cette détection non-destructive, plus précisément nous présentons la réalisation du rétroaction quantique qui protège l'état atomique contre la décohérence induite par un basculement du spin collectif, nous montrons aussi comment réaliser une boucle à verrouillage de phase où les atomes servent de référence de phase. Dans la seconde partie du manuscrit, nous présentons la réalisation tout-optique d'un condensat de Bose-Einstein dans une cavité de haute finesse, exploitant les technologies développées pour les télécommunications optiques. Nous commençons par une analyse du résonateur et des méthodes d'asservissement, nous introduisons notamment une méthode d'asservissement originale exploitant la modulation serrodyne. Enfin, nous montrons comment un condensat est obtenu par évaporation dans le mode optique de la cavité.

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Vanderbruggen, Thomas. "Détection non-destructive pour l’interférométrie atomique et Condensation de Bose-Einstein dans une cavité optique de haute finesse." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112067/document.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse étudie diverses méthodes d'amélioration des interféromètres atomiques. Dans la première partie du manuscrit, nous analysons comment une détection non-destructive, au sens où elle préserve la cohérence entre les états internes de l'ensemble atomique, permet d'améliorer la sensibilité des interféromètres. Nous montrons tout d'abord, grâce à une étude théorique, que la projection du vecteur d'onde engendrée par la mesure permet de préparer des états comprimés de spin. Nous présentons ensuite la mise en œuvre de cette méthode à l'aide d'une détection reposant sur la spectroscopie par modulation de fréquence. Finalement, nous exposons quelques premières applications de cette détection non-destructive, plus précisément nous présentons la réalisation du rétroaction quantique qui protège l'état atomique contre la décohérence induite par un basculement du spin collectif, nous montrons aussi comment réaliser une boucle à verrouillage de phase où les atomes servent de référence de phase. Dans la seconde partie du manuscrit, nous présentons la réalisation tout-optique d'un condensat de Bose-Einstein dans une cavité de haute finesse, exploitant les technologies développées pour les télécommunications optiques. Nous commençons par une analyse du résonateur et des méthodes d'asservissement, nous introduisons notamment une méthode d'asservissement originale exploitant la modulation serrodyne. Enfin, nous montrons comment un condensat est obtenu par évaporation dans le mode optique de la cavité
In this thesis, we study several methods to improve atom interferometers. In the first part of the manuscript, we analyze how a nondestructive detection, that preserves the coherence between the internal degrees of freedom in an atomic ensemble, can be used to increase the sensitivity of interferometers. We first theoretically show how the projection of the wave-function induced by the measurement prepares spin-squeezed states. We then present the implementation of this method with a detection based on the frequency modulation spectroscopy. Finally, some first applications are described, more explicitly we show how to implement a quantum feedback that preserve the atomic state against the decoherence induced by a random collective flip, we also introduce a phase-locked loop where the atomic sample is used as the phase reference. In the second part of the manuscript, we present the all-optical realization of a Bose-Einstein condensate in a high-finesse cavity using a laser system based on standard telecoms technologies. We first describe the resonator and the frequency lock of the laser on the resonance, in particular, we introduce a new stabilization method based of the serrodyne modulation. Finally, we show how the condensate is obtained from the evaporation in the cavity mode

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Bernon, Simon. "Piégeage et mesure non-destructive d'atomes froids dans une cavité en anneau de haute finesse." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. https://theses.hal.science/docs/00/62/46/68/PDF/Manuscript_totalV2.pdf.

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Abstract:

Cette thèse s'intéresse à la génération d'états atomiques compressés par la mesure. La mesure considérée est de type quantique non-destructive, et profite de la surtension d'un résonateur optique de grande finesse. L'interférométrie atomique a démontré des performances inégalées pour la mesure de rotations, d'accélérations et du temps. Mais la sensibilité de ces appareils est aujourd'hui limitée par le bruit de grenaille, qui ne pourra être dépassé que par l'utilisation d'états non-classiques. Dans ce contexte, nous avons développé un appareil contenant une cavité optique de haute-finesse résonante à 1560 nm et à 780 nm. La lumière laser à 1560 nm qui est injectée dans la cavité génère un piège dipolaire où des atomes de Rb 87 sont chargés à partir d'un piège magnéto-optique. Le temps de vie de ces atomes dans le piège dipolaire est limité par les collisions avec le gaz résiduel, ce qui donne bon espoir pour l'implémentation d'une évaporation. Les concepts de mesure QND sont ensuite mis en place et un formalisme de fonction d'onde décrivant la dynamique de compression d'états est discuté et appliqué à des situations concrètes. Expérimentalement, cette mesure non-destructive réalisée à 780 nm a été implémentée grâce à une technique de modulation de fréquence particulièrement insensible aux bruits classiques. L'influence de cette sonde sur le système a été quantifiée en simple passage et cet outil a permis de suivre en temps réel l'état d'un interféromètre atomique. En outre, nous avons réalisé un laser Raman de faible largeur de raie. Ce laser qui utilise les atomes froids comme milieu à gain serait particulièrement adapté pour réaliser des mesures spectroscopiques de précision
This thesis investigates the generation of atomic spin-squeezed states by quantum non-demolition (QND) measurements in a high-finesse optical cavity. Cold atom interferometry has demonstrated state of the art performance for the measurement of tiny rotations, accelerations and time. The sensitivity of atom interferometers has already reached the atomic shot noise level, a limit that could be overcome by the use of non-classical atomic states. In this context, we developed a crossed high-finesse cavity resonating both at 1560 nm and 780 nm. Laser light at 1560 nm injected in the cavity generates a far off resonance optical dipole trap where Rb 87 cold atoms are loaded from a magneto-optical trap. The lifetime of the atoms in this dipole trap is limited by the residual background collisions, indicating that further evaporation process should be effective. The concepts of QND measurement are introduced and a wavefunction formalism that describes the spin-squeezing dynamics of the atomic state is discussed. This formalism is applied to practical measurement apparatus that are the Mach-Zehnder interferometer and the heterodyne detection. Experimentally, this non-destructive measurement was implemented at 780 nm in a frequency modulation scheme strongly immune to noise. The influence of this non-demolition probe on the atomic sample has been characterized in single pass and this tool has been applied to follow in real time the state of atomic interferometers. In addition to this work, a narrow linewidth Raman laser suitable for high precision spectroscopy was implemented with cold atoms as the gain medium

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Morville, Jérôme. "Injection des cavités optiques de haute finesse par laser à diode : application à la CW-CRDS et à la détection de traces atmosphériques." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2001. http://www.theses.fr/2001GRE10092.

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Thiébaud, Jérôme. "Développement d'un spectromètre à cavité optique de haute finesse couplé à la photolyse laser : mesures spectroscopiques et cinétiques du radical HO2." Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-Thiebaud.pdf.

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Abstract:

Le radical hydroperoxyle HO2 joue un rôle central dans les processus d'oxydation intervenant en combustion de basses températures et au sein de l'atmosphère. Son interconversion avec le radical OH, espèce ayant le pouvoir d'oxydation le plus important dans l'atmosphère, en fait notamment un composé clé pour la compréhension de ces mécanismes réactionnels. Cependant, la détection de HO2 est une tâche difficile puisque sa haute réactivité se traduit par des temps de vie et des concentrations très faibles. Le radical HO2 présente dans le proche infrarouge un spectre d'absorption composé de fines raies qui est rendu exploitable pour sa détection par les progrès de l'instrumentation opérant dans cette région. Nous avons apporté une contribution à ce développement en mettant au point le premier spectromètre CW-CRDS (Continuous Wave Cavity Ring-Down Spectroscopy) couplé à un réacteur de photolyse pour le dosage résolu dans le temps du radical HO2. Le principal attrait de ce dispositif réside dans sa grande sensibilité : le rayonnement proche infrarouge intracavité peut parcourir un chemin d'absorption effectif allant jusqu'à 15 km au sein du volume de photolyse. Ce montage nous a permis d'enregistrer un spectre haute résolution du radical HO2 entre 6600 et 6700 cm-1 et de mesurer les forces de raie indispensables aux futures mesures cinétiques. Initialement couplée au réacteur, la LIF (Laser Induced Fluorescence) a été restaurée pour la détection du radical OH. Nous disposons ainsi d'un dispositif de photolyse laser couplé à deux techniques de détection: la CW-CRDS dédiée au dosage de HO2 et la LIF pour le radical OH.

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Motto-Ros, Vincent. "Cavités de haute finesse pour la spectroscopie d'absorption haute sensibilité et haute précision : Application à l'étude de molécules d'intérêt atmosphérique." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011763.

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Abstract:

La haute sensibilité permise par l'emploi des cavités optiques est exploitée pour caractériser la signature spectrale de molécules d'intérêt atmosphérique. Deux méthodologies différentes sont abordées.
Tout d'abord, la technique CW-CRDS (Continuous Wave – Cavity Ring Down Spectroscopie) est utilisée pour étudier l'évolution avec la pression et la température des spectres atmosphériques de la vapeur d'eau dans le proche infrarouge. Cette étude, destinée à calibrer des mesures d'absorption différentielle par Lidar, entre dans le cadre de la mission WALES (Water Vapour Lidar Experiment in Space) proposée par l'Agence Spatiale Européenne. Une attention particulière est portée pour décrire et caractériser le système expérimental.
Ensuite, la technique OF-CEAS (Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy) et ses performances pour la spectroscopie sont mises en évidence avec l'étude de la bande B de l'oxygène dans le rouge. Cette technique repose sur un schéma d'injection avec rétroaction optique (de la cavité vers le laser) qui permet d'augmenter la cohérence de son émission pour mesurer les maxima de transmission des modes même avec des cavités de haute finesse. Une configuration nouvelle permettant ces effets est proposée (la cavité Brewster). Une gamme dynamique sur la mesure d'absorption d'environ cinq ordres de grandeurs est démontrée (1e-5 à 1e-10 /cm) ainsi qu'une sensibilité < 1e-10 /cm/Hz^(1/2). Un schéma d'acquisition mode par mode est employé et permet d'exploiter la linéarité du peigne de mode pour atteindre des hautes précisions sur la fréquence. La pertinence de cette approche est mise en évidence par la mesure de « pressure shifts » de l'oxygène obtenus avec une précision absolue record inférieure à 5*1e-5 cm^(-1)/atm.

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Cermak, Peter. "Spectroscopie optique de haute sensibilité dans les plasmas et les gazes." Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00564511.

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Abstract:

Le travail de thèse a été réalisé dans le cadre d'une cotutelle entre le Département de Physique Expérimental à l'Université Comenius à Bratislava et Laboratoire de Spectrométrie Physique à l'Université Joseph Fourier à Grenoble. Le but de la thèse était le développement et l'application de nouvelles méthodes spectroscopiques pour l'analyse de plasma et de gaz. A Bratislava, mon travail était supervisé par le prof. Pevel Veis et le Doc. Peter Macko . Il s'est orienté vers le diagnostique optique de plasma. Mon travail principal a été d'étudier le comportement de la décharge à barrière diélectrique(DBD) ainsi que la production d'oxygène dans l'état singulet. En parallèle, j'ai développé des méthodes de mesures des propriétés physiques liées à cette expérience. Dans le DBD, l'objectif était d'écrire l'évolution temporelle des états électroniques excités au cours de la décharge. La méthode utilisée était la spectroscopie rapide et large bande. Mon travail a consisté à mettre en place l'instrumentation ainsi que les algorithmes pour le traitement de données. Concernant l'étude de la production de l'oxygène singulet, on a développé un système CRDS (Cavity-Ring-Down Spectroscopy) capable de le détecter dans la post-décharge de plasma. A Grenoble, sous la supervision du Dr. Daniele Romanini, l'objectif principal de mon travail a consisté dans le développement d'une nouvelle source laser - Vertical External Cavity Surface Emitting Laser (VECSEL) et son application dans la spectroscopie d'absorption. Le travail a été réalisé en collaboration avec l'Institut d'électronique du Sud dans le cadre du projet ANR MIREV. En plus de ce travail, j'ai participé au développement d'un détecteur portable et bon marché pour l'analyse quantitative de NO$_2$ et NO$_3$ dans l'atmosphère par la technique Incoherent Broadband Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy.

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Durand, Mathieu. "Maintien du couplage optique entre une ECDL et une cavité de haute finesse : application à la mesure ultrasensible de biréfringence induite par effet Kerr." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00432201.

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Abstract:

Ce travail se place dans le cadre de la mesure ultrasensible d'anisotropie de phase optique que permet l'emploi adapté des cavités de très haute finesse. Pour stabiliser la fréquence laser sur une résonance de la cavité, un schéma d'asservissement reposant sur la rétroaction optique est utilisé.Une première partie décrit le couplage optique entre le laser et la cavité à travers l'analyse du comportement de la fréquence d'émission du laser auto-réinjecté. Une comparaison analytique théorie expérience a permis d'identifier les signaux d'erreur nécessaires au maintien durable de la fréquence du laser à l'exacte résonance d'un mode de la cavité. Après une description détaillée du dispositif d'asservissement, sa réalisation expérimentale sur une cavité de finesse de quelques milliers (F = 3 000)a démontré la possibilité de stabiliser la fréquence laser sur plus de dix heures avec une excursion résiduelle à la seconde de 375 Hz.Dans la deuxième partie, le développement précédent a été mis en œuvre sur une cavité de très haute finesse (F = 250 000) et a permis la mesure ultrasensible de biréfringence induite dans des gaz par effet Kerr. L'originalité du dispositif repose sur la mise à profit de la biréfringence résiduelle des miroirs de haute réflectivité.Elle est utilisée d'une part comme source à la rétroaction optique, et d'autre part comme biais optique à la mesure de la biréfringence du gaz. Une étude théorique et expérimentale détaillée des sources de bruit présent dans la chaîne de détection en fonction de la valeur du biais optique a permis de réaliser la mesure de déphasage au niveau du bruit de photons avec quelques mW de puissance laser. Ainsi, une sensibilité référence sur la mesure de déphasage Kerr de 3.10−13 rad a été démontrée pour un temps de mesure de 800 sec. Cette valeur record améliore de trois ordres de grandeur les déphasages Kerr précédemment mesurés. Le dispositif a été de plus mis à profit pour la mesure à faible champ électrique (< 40 V /mm) et à pression atmosphérique, des constantes de Kerr de différents gaz moléculaires et atomiques jusqu'à l'He.

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Bernon, Simon. "Piégeage et mesure non-destructive d'atomes froids dans une cavité en anneau de haute finesse." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00624195.

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Abstract:

Cette thèse s'intéresse à la génération d'états atomiques compressés par la mesure. La mesure considérée est de type quantique non-destructive, et profite de la surtension d'un résonateur optique de grande finesse. L'interférométrie atomique a démontré des performances inégalées pour la mesure de rotations, d'accélérations et du temps. Mais la sensibilité de ces appareils est aujourd'hui limitée par le bruit de grenaille, qui ne pourra être dépassé que par l'utilisation d'états non-classiques. Dans ce contexte, nous avons développé un appareil contenant une cavité optique de haute-finesse résonante à 1560 nm et à 780 nm. La lumière laser à 1560 nm qui est injectée dans la cavité génère un piège dipolaire où des atomes de Rb 87 sont chargés à partir d'un piège magnéto-optique. Le temps de vie de ces atomes dans le piège dipolaire est limité par les collisions avec le gaz résiduel, ce qui donne bon espoir pour l'implémentation d'une évaporation. Les concepts de mesure QND sont ensuite mis en place et un formalisme de fonction d'onde décrivant la dynamique de compression d'états est discuté et appliqué à des situations concrètes. Expérimentalement, cette mesure non-destructive réalisée à 780 nm a été implémentée grâce à une technique de modulation de fréquence particulièrement insensible aux bruits classiques. L'influence de cette sonde sur le système a été quantifiée en simple passage et cet outil a permis de suivre en temps réel l'état d'un interféromètre atomique. En outre, nous avons réalisé un laser Raman de faible largeur de raie. Ce laser qui utilise les atomes froids comme milieu à gain serait particulièrement adapté pour réaliser des mesures spectroscopiques de précision.

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Collot, Laurent. "Etude théorique et expérimentale des résonances de galerie de microsphères de silice: pièges à photons pour des expériences d'électrodynamique en cavité." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1994. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011895.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l'étude des résonances de galerie de très haute surtension observées sur des microsphères de silice d'un diamètre voisin de 100μm. Ces résonances correspondent à des modes de propagation du champ le long d'un anneau équatonal dont les dimensions transversales sont de l'ordre de la longueur d'onde. Les pertes de ces modes guidés sont extrêmement faibles. Ils offrent donc une combinaison remarquable d'une très forte localisation du champ dans un tout petit volume et de très longs temps de vie pour les photons. Ces propriétés en font des résonateurs de choix tant pour de nombreuses applications pratiques que pour des expériences d'Électrodynamique Quantique en cavité. Le mémoire de thèse présente les propriétés de ces résonances, décrit leur observation expérimentale par spectroscopie laser et analyse quelques perspectives ouvertes par ces études en physique appliquée et fondamentale. Les possibilités d'utiliser ces modes de galerie pour asservir en phase un laser à diode ou pour fabriquer des lasers microscopiques sont envisagées. Une expérience de déflexion d'atomes froids dans l'onde évanescente associée à un mode de galerie est également étudiée. Une telle expérience devrait permettre de mettre en évidence la nature discrète de l'intensité d'un champ lumineux constitué de quelques photons et réaliser une mesure dispersive de tous petits champs optiques

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Abd, Alrahman Chadi. "Spectroscopie Laser avec des cavités résonantes de haute finesse couplées à un peigne de fréquences : ML-CEAS et vernier effet techniques. Applications à la mesure in situ de molécules réactives dans les domaines UV et visible." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENY095/document.

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Abstract:

La communauté de la chimie atmosphérique souffre d'un manque de mesures rapides, fiables résolues spatialement et temporellement pour un large éventail de molécules réactives (radicaux tels que NO2, OH, BrO, IO, etc). En raison de leur forte réactivité, ces molécules contrôlent largement la durée de vie et la concentration de nombreuses espèces clés dans l'atmosphère, et peuvent avoir un impact important sur le climat. Les concentrations de ces radicaux sont extrêmement faibles (ppbv ou moins) et très variable dans le temps et dans l'espace, ce qui impose un véritable défi lors de la détection. Dans la première partie de cette thèse, un spectromètre UV robuste, compacte et transportable est développé, exploitant la technique ML-CEAS pour mesurer à des niveaux très faibles (pptv et même en dessous) des molécules réactives d'importance atmosphérique, en particulier, les radicaux d'oxyde d'halogènes, afin de répondre aux besoins émergents. La technique ML-CEAS est basée sur le couplage d'un laser femtoseconde à blocage de modes à une cavité optique de haute finesse, qui agit comme un piège à photons pour augmenter l'interaction entre la lumière et l'échantillon de gaz intracavité. Cela permet d'améliorer fortement la sensibilité d'absorption. La limite de détection obtenue pour le radical IO est de 20 ppqv pour un temps d'acquisition de 5 minutes, ce qui est un résultat impressionnant. Dans la deuxième partie de cette thèse, une nouvelle technique spectroscopique est développée appelée effet Vernier, qui est également basé sur l'interaction entre un laser femtoseconde à blocage de mode et une cavité optique de haute finesse. Cette technique fournit une sensibilité de détection similaire à la technique ML-CEAS, mais l'avantage est que le nombre des éléments spectraux est donné par la finesse de la cavité optique et donc peut atteindre plusieurs dizaines de milliers. De plus, cette configuration simplifie le montage expérimental par la suppression du spectrographe qui est remplacé par une simple photodiode. Le temps d'acquisition d'un spectre peut être aussi réduit à moins d' 1 ms
The atmospheric chemistry community suffers a lack of fast, reliable and space resolved measurements for a wide set of reactive molecules (e.g. radicals such as OH, NO3, BrO, IO, etc). Due to their high reactivity, these molecules largely control the lifetime and concentration of numerous key atmospheric species, and may have an important impact on the climate. The concentrations of such radicals are extremely low (ppbv or less) and highly variable in time and space, which imposes a real challenge during the detection. In the first part of this thesis, a compact, robust and transportable UV spectrometer is developed, exploiting the Mode-Locked Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy (ML-CEAS) technique to measure pptv and sub-pptv levels of atmospherically important reactive molecules, in particular, halogen oxide radicals, to respond to the emerging needs. The ML-CEAS technique is based on coupling a Mode-Locked femtosecond laser to a high finesse optical cavity, which acts as a photon trap to increase the interaction between the light and the intracavity gas sample, which highly enhances the absorption sensitivity. The detection limit obtained for the IO radical is 20 ppqv (part per quadrillion), which is an impressive result. In the second part of this thesis, a new spectroscopic technique is developed, called Vernier effect, which is also based on the interaction between a mode-locked femtosecond laser with a high finesse optical cavity. This technique provides detection sensitivity similar to that of ML-CEAS technique, but the advantage is that the number of the spectral elements is given by the cavity finesse, so it can reach ten thousands, as well as this technique has a simple setup, where the spectrograph is replaced by a photodiode. Additionally, the time required to measure one output absorption spectrum can be less than 1 ms

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Abd, alrahman Chadi. "Spectroscopie Laser avec des cavités résonantes de haute finesse couplées à un peigne de fréquences : ML-CEAS et vernier effet techniques. Applications à la mesure in situ de molécules réactives dans les domaines UV et visible." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00849145.

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Abstract:

La communauté de la chimie atmosphérique souffre d'un manque de mesures rapides, fiables résolues spatialement et temporellement pour un large éventail de molécules réactives (radicaux tels que NO2, OH, BrO, IO, etc). En raison de leur forte réactivité, ces molécules contrôlent largement la durée de vie et la concentration de nombreuses espèces clés dans l'atmosphère, et peuvent avoir un impact important sur le climat. Les concentrations de ces radicaux sont extrêmement faibles (ppbv ou moins) et très variable dans le temps et dans l'espace, ce qui impose un véritable défi lors de la détection. Dans la première partie de cette thèse, un spectromètre UV robuste, compacte et transportable est développé, exploitant la technique ML-CEAS pour mesurer à des niveaux très faibles (pptv et même en dessous) des molécules réactives d'importance atmosphérique, en particulier, les radicaux d'oxyde d'halogènes, afin de répondre aux besoins émergents. La technique ML-CEAS est basée sur le couplage d'un laser femtoseconde à blocage de modes à une cavité optique de haute finesse, qui agit comme un piège à photons pour augmenter l'interaction entre la lumière et l'échantillon de gaz intracavité. Cela permet d'améliorer fortement la sensibilité d'absorption. La limite de détection obtenue pour le radical IO est de 20 ppqv pour un temps d'acquisition de 5 minutes, ce qui est un résultat impressionnant. Dans la deuxième partie de cette thèse, une nouvelle technique spectroscopique est développée appelée effet Vernier, qui est également basé sur l'interaction entre un laser femtoseconde à blocage de mode et une cavité optique de haute finesse. Cette technique fournit une sensibilité de détection similaire à la technique ML-CEAS, mais l'avantage est que le nombre des éléments spectraux est donné par la finesse de la cavité optique et donc peut atteindre plusieurs dizaines de milliers. De plus, cette configuration simplifie le montage expérimental par la suppression du spectrographe qui est remplacé par une simple photodiode. Le temps d'acquisition d'un spectre peut être aussi réduit à moins d' 1 ms.

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Cohadon, Pierre-François. "Bruit thermique et effets de la pression de radiation dans une cavité optique de grande finesse." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011772.

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Abstract:

Nous étudions les possibilités qu'offre une cavité à miroir mobile pour mesurer de très petits déplacements. L'utilisation d'une cavité optique de grande finesse permet d'observer le bruit thermique des miroirs, qui constitue une limitation importante des mesures de très grande sensibilité. Le miroir est également susceptible de se déplacer sous l'effet des fluctuations quantiques de la pression de radiation, ce qui mène à une Limite Quantique Standard dans une mesure de position. Nous présentons les résultats obtenus dans notre expérience, où un faisceau laser est envoyé dans une cavité à une seule entrée-sortie, dont le miroir arrière est déposé sur un résonateur mécanique. Nous avons observé le mouvement Brownien de ce miroir avec une très grande sensibilité (2,75 x 10^-19 m/√Hz). Nous avons également étudié la possibilité de refroidir le miroir à l'aide de la pression de radiation d'un second faisceau modulé en intensité. Au voisinage de la résonance mécanique. on applique une force visqueuse supplémentaire sans bruit additionnel (friction froide). Nous avons observé une réduction du bruit thermique aussi bien à la fréquence de résonance mécanique qu'à basse fréquence. Une application potentielle d'un tel processus de refroidissement aux interféromètres gravitationnels est discutée.

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Debecker, Isabelle. "Développement de dispositifs de Cavity Ring Down Spectroscopy rapide pour la caractérisation d'écoulements transitoires et inhomogènes." Paris 11, 2006. http://www.theses.fr/2006PA112088.

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Abstract:

Le développement de nouveaux outils de diagnostic optique est nécessaire pour analyser de manière plus rapide et plus sensible les écoulements réactifs transitoires. La Cavity Ring Down Spectroscopy en régime continu (cw-CRDS) présente un fort potentiel pour répondre à ces attentes. Les dispositifs actuels sont toutefois assez complexes et offrent des cadences d'acquisition limitées. L'objectif de cette étude est de développer une cw-CRDS plus rapide et plus simple, adaptée à la métrologie des écoulements transitoires produits dans des installations de type soufflerie ou chambre de combustion. Le schéma de cw-CRDS proposé repose sur l'injection de la cavité au cours d'un balayage rapide et continu de la fréquence du laser, sans extinction optique et sans moyenne des signaux. Après avoir modélisé les événements de Ring Down obtenus par passage en résonance du laser, la technique est validée expérimentalement en enregistrant des profils de raie d'absorption du dioxygène autour de 766. 7 nm en moins de 2 ms. Les résultats de l'implantation de la CRDS rapide en soufflerie hypersonique sont également présentés. Ensuite, nous étudions une nouvelle approche destinée à augmenter la résolution spectrale du dispositif. La méthode repose sur l'utilisation d'un balayage simultané du laser et de la cavité. Les gains en résolution accessibles sont évalués théoriquement puis expérimentalement. Finalement, nous explorons la faisabilité de mesures locales par cw-CRDS rapide, en vue de la caractérisation de milieux inhomogènes
The development of new optical sensing tools is needed to perform faster and more sensitive analysis of transient reactive flows. Continuous wave Cavity Ring Down Spectroscopy (cw-CRDS) offers a great potential to fulfil these requirements. The current devices exhibit high sensitivity, in spite of a relative complexity and limited acquisition rates. The aim of this study is thus to develop a faster and simpler cw-CRDS scheme, in order to use the technique for the metrology of transient flows produced in research or industrial installations (wind tunnels, combustion systems, exhaust ducts). The cw-CRDS design which is proposed is based on the cavity injection during a rapid and continuous tuning of the laser frequency, without any optical switch or averaging procedures of the signals. After simulating the Ring Down events that are obtained during a pass of the laser through resonance, our strategy is validated by recording experimental O2 absorption line profiles near 766. 7 nm. A 1. 1 10-9-cm-1-Hz-1/2 detection limit is obtained. The results of the integration of fast cw-CRDS in hypersonic wind tunnels are also shown. Then, we present a new approach to increase the spectral resolution of fast cw-CRDS and obtain well-defined absorption line profiles at low pressure. The method employs a simultaneous sweep of the laser and the cavity. The obtainable gains are evaluated theoretically and experimentally. Finally, we explore the potential application of fast cw-CRDS to make local measurements and characterize inhomogeneous media

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Baudrand-Ouadi, Sylvestre. "Mesure de la polarisation longitudinale de faisceaux de positons et d'électrons à HERA par effet Compton à l'aide d'une cavité Fabry-Perot de haute finesse." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066562.

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Abstract:

Cette thèse présente l'installation et la mise en œuvre d'un polarimètre à HERA. La présence de radiations synchrotron due à un changement de configuration de l'expérience HERMES, postérieure à notre installation sur le site de l'accélérateur HERA en 2003 à retardé de manière importante la mise en route du polarimètre. Nous avons mesuré le degré de polarisation circulaire du faisceau de photon laser Nd:YAG utilisé dans ce polarimètre. Nous avons obtenue -99. 9% (laser droit) et 99. 8% (laser gauche) à quelques pour milles près dans l’environnement extrêmement bruyant de l’accélérateur. Les mesures de la polarisation du faisceau de positron obtenues en 2006 sont les premières mesures de polarisation effectuées dans le mode quelques photons. Ce sont les mesures de polarisation les plus rapides et les plus précises statistiquement jamais effectuées à HERA.

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Arcizet, Olivier. "Mesure optique ultrasensible et refroidissement par pression de radiation d'un micro-résonateur mécanique." Paris 6, 2006. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00175959.

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Abstract:

On présente une expérience de mesure optique de la position d'un micro-miroir inséré dans une cavité Fabry-Perot de grande finesse, constitué d'un traitement optique présentant peu de pertes déposé sur un résonateur sub-millimétrique en silicium. On a mesuré son bruit thermique sur une large plage de fréquences et étudié les caractéristiques de ses modes propres de vibration qui ont des fréquences de résonance élevées (1 MHz) et des faibles masses effectives (100 µg). Une force électrostatique permet de tester sa réponse mécanique et de le refroidir en utilisant un processus de friction froide. On a aussi démontré un refroidissement par pression de radiation dans une cavité désaccordée, un chauffage et même une instabilité dynamique. Ces techniques, associées à la cryogénie passive, devraient permettre de refroidir suffisamment le micro-résonateur pour observer son état quantique fondamental. On présente enfin une étude expérimentale de l'effet photothermique
We present a very sensitive optical measurement of the mechanical vibrations of a micro-mirror inserted in a high finesse Fabry-Perot cavity, made of a low-loss dielectric coating deposited on a sub-millimetric silicon etched resonator. We have measured the thermal noise of the resonator over a wide frequency range and characterized its eigenmodes which have high frequency resonances (1 MHz) and low effective masses (100 µg). With an electrostatic force, we have tested its mechanical response and cooled it with a cold damping technique. We have also demonstrated a new cooling mechanism, induced by radiation pressure in a detuned cavity, and even observed an optomechanical instability at large intracavity power. These cooling mechanisms, combined with passive cryogenic techniques, may lead to the observation of the quantum ground state of the mechanical oscillator. An experimental study of the photothermal effect follows

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Hadjar, Yassine. "Etude du couplage optomécanique dans une cavité de grande finesse; observation du mouvement Brownien d'un miroir." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004675.

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Abstract:

Nous étudions théoriquement et expérimentalement le couplage optomécanique induit par la pression de radiation entre un faisceau lumineux et un objet macroscopique tel qu'un miroir. Nous présentons une étude théorique des effets quantiques induits par la pression de radiation dans une cavité optique dont un miroir est mobile. Le miroir peut se déplacer sous l'effet de la pression de radiation et ce mouvement change la phase du champ réfléchi par la cavité. Ce couplage optomécanique induit un déphasage du champ équivalent à un effet Kerr optique. Un tel dispositif peut être utilisé pour produire des états comprimés ou réaliser une mesure quantique non destructive.
Nous présentons les résultats obtenus dans notre expérience où un faisceau laser est envoyé dans une cavité à une seule entrée-sortie, dont le miroir mobile est déposé sur un résonateur mécanique. Nous avons observé le mouvement Brownien du miroir. Nous avons aussi utilisé un second faisceau modulé en intensité afin d'exciter les modes acoustiques du résonateur. Ceci permet de caractériser la réponse mécanique du résonateur et le couplage entre la lumière et les modes acoustiques. Nous avons enfin démontré l'efficacité de notre dispositif pour la mesure de petits déplacements du miroir. Le plus petit déplacement observable est égale à 2x10^(-19) m/Hz(1/2), en bon accord avec la prédiction théorique.

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Fedala, Yasmina. "Etude d'une cavité Fabry Pérot haute finesse à quatre miroirs pour des applications de production de rayons X et gamma par interaction Compton laser-électrons." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112197.

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Abstract:

L'objectif principal de cette thèse porte sur l'étude et la conception d'une cavité Fabry Pérot de haute finesse pour amplifier un faisceau laser dans le but d'atteindre des gains de puissance allant de 104 à 105. Cette cavité est destinée à la production de rayons-X intenses et monochromatiques pour des applications médicales (anneau médical RADIOTHOMX) et de rayons gamma, pour la source de positrons polarisés pour les collisionneurs linéaires CLIC "Collisionneur Linéaire Compact" et ILC "International Linear Collider", par interaction Compton entre un faisceau laser de grande puissance et un faisceau d'électrons. Pour augmenter la luminosité de l'interaction Compton aux points de collisions, il est essentiel d'avoir non seulement un faisceau laser de très grande puissance mais il faut aussi que le faisceau soit très focalisé au point d'interaction. Pour atteindre de telles performances, deux cas de figures se présentent : une cavité concentrique mécaniquement instable ou une cavité à quatre miroirs plus complexe mais plus stable. Nous avons testé numériquement la stabilité mécanique et la stabilité de polarisation des modes propres de la configuration non planaire de différentes géométries de cavités à quatre miroirs. Expérimentalement, nous avons développé une cavité à quatre miroirs tétraédrique, des rayons de l'ordre de 20 micromètres ont été obtenus. Les modes propres de cette cavité, dans ses deux géométries planaire et non planaire, ont été mesurés et comparés aux résultats calculés numériquement. Un bon accord a été observé. Dans un deuxième temps, l'impact de l'interaction Compton sur la dynamique transverse, dans le cas de la source de positrons polarisés, et sur la dynamique longitudinale, dans le cas de l'anneau médical, du faisceau d'électron a été étudié. La diffusion Compton provoque une perte d'énergie et induit une dispersion d'énergie additionnelle du faisceau d'électrons. Dans le cas de la source de positrons polarisés, dix points de collisions sont prévus. La ligne de focalisation a été déterminée et une modélisation de l'effet de l'interaction Compton sur le transport du faisceau, avec un calcul matriciel simple, a été faite. Dans le cas de l'anneau médical, l'interaction Compton provoque l'allongement du paquet d'électrons, qui à son tour influence le flux de rayons-X produit. Une étude de la dynamique longitudinale du faisceau d'électrons dans l'anneau a été présentée. Les paramètres de l'anneau qui permettent d'optimiser la luminosité de l'interaction Compton ont été discutés. Le flux de rayons-X qui peut être atteint avec ces paramètres est de l'ordre de 1E13 photons/s
The main goal of this thesis focuses on the study and design of a high finesse Fabry Perot cavity to amplify a laser beam in order to achieve power gains ranging from 104 to 105. This cavity is dedicated to the production of intense and monochromatic X-ray for medical applications (medical RADIOTHOMX ring) and gamma rays, for Compton based polarized positron source of the "Compact Linear Collider" CLIC, and the "International Linear Collider " ILC, by Compton scattering of a high power laser beam and electron beam. To increase the brightness of the Compton interaction at the collision points, it is essential to have not only a high power laser beam but also very small laser beam radii at the interaction points. To achieve such performances, two scenarii are possible: a concentric two mirrors cavity witch is mechanically unstable or a four mirrors cavity more complex but more stable. We tested numerically mechanical stability and stability of eigen modes polarization of various planar and non-planar geometries of four mirrors cavities. Experimentally, we have developed a four mirrors tetrahedral "bow-tie" cavity; radii of the order of 20 microns were made. The eigen modes of such a cavity, in both planar and non planar geometries, were measured and compared with the numerical results. A good agreement was observed. In a second time, the impact of Compton interaction on the transverse dynamics, in the case of the source of polarized positrons source, and the longitudinal dynamic, in the case of the medical ring of the electron beam was studied. Compton scattering causes energy loss and induces an additional dispersion of energy in electron beam. For the polarized positrons source, ten collision points are planned. The transport line has been determined and modelling of the Compton interaction effect with a simple matrix calculation was made. For the medical ring, Compton scattering causes bunch lengthening and energy dispersion increase which are to influence the produced X-ray flux. A study of the longitudinal dynamics of the electron beam in the ring was presented. The parameters of the ring that optimize the brightness of the Compton interaction were discussed. The X-ray flux that can be achieved with these parameters is about 1E13 photons/s

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Fedala, Y. "Étude d'une cavité Fabry Pérot haute finesse à quatre miroirs pour des applications de production de rayons X et gamma par interaction Compton laser-électrons." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00343028.

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Abstract:

L'objectif principal de cette thèse porte sur l'étude et la conception d'une cavité Fabry Pérot de haute finesse pour amplifier un faisceau laser dans le but d'atteindre des gains de puissance allant de 1E4 à 1E5. Cette cavité est destinée à la production de rayons-X intenses et monochromatiques pour des applications médicales (anneau médical RADIOTHOMX) et de rayons gamma, pour la source de positrons polarisés pour les collisionneurs linéaires CLIC "Collisionneur Linéaire Compact" et ILC "International Linear Collider", par interaction Compton entre un faisceau laser de grande puissance et un faisceau d'électrons.
Pour augmenter la luminosité de l'interaction Compton aux points de collisions, il est essentiel d'avoir non seulement un faisceau laser de très grande puissance mais il faut aussi que le faisceau soit très focalisé au point d'interaction. Pour atteindre de telles performances, deux cas de figures se présentent : une cavité concentrique mécaniquement instable ou une cavité à quatre miroirs plus complexe mais plus stable. Nous avons testé numériquement la stabilité mécanique et la stabilité de polarisation des modes propres de la configuration non planaire de différentes géométries de cavités à quatre miroirs. Expérimentalement, nous avons développé une cavité à quatre miroirs tétraédrique, des rayons de l'ordre de 20 micromètres ont été obtenus. Les modes propres de cette cavité, dans ses deux géométries planaire et non planaire, ont été mesurés et comparés aux résultats calculés numériquement. Un bon accord a été observé.
Dans un deuxième temps, l'impact de l'interaction Compton sur la dynamique transverse, dans le cas de la source de positrons polarisés, et sur la dynamique longitudinale, dans le cas de l'anneau médical, du faisceau d'électron a été étudié. La diffusion Compton provoque une perte d'énergie et induit une dispersion d'énergie additionnelle du faisceau d'électrons. Dans le cas de la source de positrons polarisés, dix points de collisions sont prévus. La ligne de focalisation a été déterminée et une modélisation de l'effet de l'interaction Compton sur le transport du faisceau, avec un calcul matriciel simple, a été faite. Dans le cas de l'anneau médical, l'interaction Compton provoque l'allongement du paquet d'électrons, qui à son tour influence le flux de rayons-X produit. Une étude de la dynamique longitudinale du faisceau d'électrons dans l'anneau a été présentée. Les paramètres de l'anneau qui permettent d'optimiser la luminosité de l'interaction Compton ont été discutés. Le flux de rayons-X qui peut être atteint avec ces paramètres est de l'ordre de 1E13 photons/s.

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Arcizet, Olivier. "Mesure optique ultrasensible et refroidissement par pression de radiation d´un micro-résonateur mécanique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00175959.

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Abstract:

On présente une expérience de mesure optique ultrasensible des vibrations mécaniques d'un micro-miroir inséré dans une cavité Fabry-Perot de grande finesse. Le micro-miroir est constitué d'un traitement optique présentant peu de pertes déposé à la surface d'un résonateur de taille sub-millimétrique en silicium. On a mesuré le bruit thermique du résonateur sur une large plage de fréquences et déterminé les caractéristiques de ses modes propres de vibration: fréquence, facteur de qualité, masse effective, structure spatiale. Ces modes ont des fréquences de résonance élevées (1 MHz) et des faibles masses effectives (100 µg). On a appliqué une force électrostatique sur le micro-résonateur, ce qui a permis de tester sa réponse mécanique et de le refroidir par contrôle actif en mettant en oeuvre un processus de friction froide.

On a également mis en évidence un effet d'auto-refroidissement dû à la modification de la dynamique par la pression de radiation dans une cavité désaccordée. On a observé selon le désaccord un refroidissement et un chauffage du résonateur, qui conduit à forte puissance à une instabilité dynamique.

Ces techniques de refroidissement combinées à de la cryogénie passive devraient permettre de refroidir suffisamment le micro-résonateur pour observer son état quantique fondamental.

On présente enfin une étude expérimentale de l'effet photothermique et une mesure des dilatations induites par l'échauffement lié à l'absorption de lumière dans les traitements optiques.

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Forget, Sébastien. "Source laser picoseconde à haute cadence dans l'ultraviolet." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004272.

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Abstract:

Les sources laser font désormais partie intégrante des outils permettant d'étudier finement la matière ou le vivant. En particulier, la spectroscopie de fluorescence résolue en temps est une technique d'importance pour les biologistes. Elle nécessite de disposer de sources laser impulsionnelles (typiquement picoseconde) fonctionnant dans le visible ou l'ultraviolet. De plus, un taux de répétition de quelques MHz est nécessaire si l'on cherche à étudier des temps de vie " longs " (plusieurs dizaines de nanosecondes). Pour atteindre ce régime " picoseconde-MHz " tout en conservant simplicité et compacité à la source, il faut bâtir des cavités laser de dimension inhabituelles. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons donc mis au point deux types de laser : un laser déclenché ou " Q-switched " à cavité ultra courte (200 µm) et un laser à verrouillage de mode ou " modelock " à cavité ultra longue (150 m). Le fonctionnement impulsionnel est obtenu dans les deux cas via un absorbant saturable à semiconducteur (" SESAM "). Les cristaux laser utilisés (Nd :YVO4) permettent une émission dans l'infrarouge proche à 1064 nm :si la durée des impulsions produites ainsi que leur cadence satisfont au cahier des charges, leur longueur d'onde doit être convertie vers el visible et l'UV. Pour ce faire, nous avons développé une structure amplificatrice originale basée sur l'utilisation tridimensionnelle de la zone de gain dans un amplificateur solide multipassage. Grâce à cet amplificateur original (qui a donné lieu au dépôt d'un brevet avec JDS Uniphase), l'énergie de nos lasers est suffisante pour pouvoir utiliser un certain nombre d'effets non-linéaires. Nous avons mis au point des étages de doublement, triplement et quadruplement de fréquence pour atteindre l'UV ainsi qu'un étage de génération paramétrique optique dans un cristal de niobate de lithium périodiquement polarisé (ppLN) pour avoir accès à une large accordabilité dans la gamme visible du spectre.

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Huet, Vincent. "Étude et réalisation de lignes à retard optique intégrées dans des micro-résonateurs à modes de galerie en verres actifs dopés erbium." Thesis, Rennes 1, 2015. http://www.theses.fr/2015REN1S108/document.

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Abstract:

Les microrésonateurs à modes de galerie en matériaux amorphes sont faciles à produire par des techniques de fusion. Leur facteur de qualité est cependant limité à quelques 108 du fait du phénomène de contamination de surface ou d'une absorption résiduelle plus importante que celle des matériaux cristallins. Nous avons développé deux méthodes utilisant des micro-résonateurs actifs, fabriqués par fusion de poudres de verres ZBLALiP dopés Erbium, permettant de dépasser cette limite. Il est tout d'abord possible de compenser les pertes en introduisant du gain optique dans le micro-résonateur. Des facteurs de qualité chargés de 5×109 correspondant à un facteur de qualité intrinsèque de 1010 ont ainsi pu être mesurés. En plus d'une augmentation du facteur de qualité, le gain interne offre un paramètre supplémentaire de contrôle du couplage, cela nous a permis d'obtenir tous les régimes de couplage d'un résonateur à partir du sous couplage jusqu'au régime d'amplification sélective. Nous avons atteint en particulier le régime de transparence, un micro-résonateur dans un tel régime peut trouver des applications comme ligne à retard variable transparente ayant un retard de groupe qui peut être modifié en jouant sur le taux de couplage entre le résonateur et la ligne d'accès. La deuxième méthode consiste à augmenter très fortement la valeur de l'indice de groupe du milieu par des effets de lumière lente. Un indice de groupe d'environ 4×106 a été obtenu via le phénomène d'Oscillations Cohérentes de Populations (OCP) ce qui caractérise un très fort ralentissement de la lumière. Ceci nous a permis d'augmenter, dans une micro-cavité, le temps de stockage des photons de 200 ps à 2,5 ms ce qui correspond à un facteur Q de 3×1012
Glass-based whispering gallery mode (WGM) microresonators are easy to produce by melting techniques. However, they suffer from surface contamination or residual absorption which limits their long term quality factor to only about 108. We show that an optical gain provided by erbium ions can compensate for residual losses. Moreover it is possible to control the coupling regime of an ultrahigh Q-factor microresonator from undercoupling to spectral selective amplification by changing the pumping rate. We demonstrate a critically coupled fluoride glass WGM microresonator with a diameter of 220 μm and a loaded Q-factor of 5,3×109. We also show that by introducing slow-light effects in a monolithic WGM microresonator it is possible to enhance the photon lifetime by several orders of magnitude and circumvent fabrication limitations. We experimentally demonstrate Erbium-doped fluoride glass microresonators with a photon lifetime up to 2,5 ms at room temperature, corresponding to a Q-factor of 3×1012 at 1530 nm, by combining WGM resonance effect and population oscillations

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Kuhn, Aurélien. "Optomécanique en cavité cryogénique avec un micro-pilier pour l'observation du régime quantique d'un résonateur mécanique macroscopique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00842915.

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Abstract:

Nous présentons la réalisation d'un montage expérimental visant à mesurer optiquement les fluctuations quantiques de position d'un résonateur mécanique macroscopique. Le résonateur est placé dans un environnement cryogénique et son mouvement est observé grâce à une cavité Fabry-Perot de grande finesse. Nous avons conçu et réalisé un résonateur optimisé pour l'observation de ses fluctuations quantiques de position. Il s'agit d'un micro-pilier en quartz vibrant selon un mode de compression et maintenu en son milieu par une fine membrane. Nous avons obtenu un mode fondamental de vibration oscillant à 4 MHz avec un facteur de qualité mécanique de près de deux millions. Nous avons conçu une cavité Fabry-Perot de grande finesse avec ce résonateur. Un miroir de haute réflectivité est déposé uniquement au sommet du pilier afin d'éviter de dégrader son facteur de qualité mécanique. Nous avons développé une technique d'ablation par laser pour réaliser des coupleurs d'entrée de la cavité ayant à la fois un très faible rayon de courbure et une grande réflectivité. Ceci nous a permis de construire une cavité de finesse 50 000 dont la taille du col optique, inférieure à 10 μm, est bien adaptée aux dimensions du résonateur. Nous avons fait développer un cryostat à dilution optimisé pour une mesure de position ultrasensible, dans lequel nous avons placé le dispositif optomécanique. L'ensemble du montage optique, constitué d'une source laser ultra-stable et d'un dispositif de détection des mouvements du résonateur, nous a permis d'observer les fluctuations thermiques de position du résonateur jusqu'à une température de l'ordre de 1 K.

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Rasoloniaina, Alphonse. "Études expérimentales de dispositifs intégrés à base de micro-résonateurs à mode de galerie en verres actifs." Phd thesis, Université Rennes 1, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01009345.

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Abstract:

Les microrésonateurs à mode de galerie passifs à base de cristal ou de verre fabriqués par la méthode de fusion possèdent un facteur de qualité limité à quelques 10E8. Ceci est généralement dû à la contamination de la surface du résonateur lors de sa fusion. Dans ces travaux, nous proposons de contourner cette limitation en utilisant des microrésonateurs actifs pour compenser les pertes. Afin de caractériser les microrésonateurs actifs de très haut facteur de qualité ainsi obtenu, nous nous appuyons sur la méthode CRDM (Cavity Ring Down Measurement). Cette méthode interférométrique est d'une part bien adaptée à la caractérisation de résonateurs de très haut facteur de qualité et d'autre part elle permet de remonter de manière univoque aux facteurs de qualité intrinsèque Qo et extrinsèque Qe du résonateur. Dans un régime de compensation de pertes, nous avons pu atteindre tous les régimes de couplage et obtenus des facteurs de qualité intrinsèques excédant les 10E10. En régime d'amplification sélective, nous avons démontré expérimentalement que l'on pouvait obtenir des gains élevés allant jusqu'à 33 dB et des retards de groupe excédant 2,3 µs dans ces microrésonateurs actifs. Ces microrésonateurs de très haut facteur de qualité et de très haute finesse peuvent présenter un couplage modal se manifestant par un doublet de résonances. Une confrontation théorie/expérience avec la méthode CRDM permet de mesurer un écart très faible entre les doublets. Par ailleurs, ces microrésonateurs présentant un fort confinement spatial et une forte surtension, sont propices à l'observation d'effets non-linéaires. Une modélisation intégrant l'effet thermique et l'effet Kerr a été réalisée. Une confrontation théorie/expérience nous a permis d'estimer la puissance réellement injectée dans le mode ainsi qu'à estimer le volume du mode.

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Verlot, P. "Etude des effets de pression de radiation et des limites quantiques du couplage optomécanique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00551033.

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Abstract:

En mécanique quantique, toute mesure est responsable d'une action en retour sur le système mesuré, qui limite en général la sensibilité de la mesure. Il en est ainsi dans les mesures interférométriques, où les miroirs de l'interféromètre sont susceptibles de se déplacer sous l'effet de la pression de radiation exercée par la lumière. Nous présentons une expérience visant à mettre en évidence ces limites, basée sur la détection ultra-sensible des déplacements d'un miroir mobile inséré dans une cavité Fabry-Perot de très grande finesse. Grâce aux améliorations que nous avons apportées à ce dispositif, nous avons observé des corrélations entre un bruit classique d'intensité et la phase de faisceaux lumineux, induites par couplage optomécanique avec le miroir mobile. Nous décrivons les conditions expérimentales nécessaires pour prolonger ces expériences au niveau quantique, afin d'observer les corrélations optomécaniques produites par les fluctuations quantiques de la pression de radiation, mais aussi pour réaliser une mesure quantique non destructive de la lumière par des moyens purement mécaniques. Nous présentons également plusieurs conséquences de la pression de radiation que notre montage nous a permis de mettre en évidence : annulation de l'action en retour dans les mesures de longueur ou de force, refroidissement laser du miroir dans une cavité désaccordée, et enfin un effet dynamique de l'action en retour qui conduit à l'amplification d'un signal par la mise en mouvement du miroir. Cet effet, prédit dans le cadre de la détection interférométrique des ondes gravitationnelles, devrait permettre d'améliorer la sensibilité au-delà de la limite quantique standard, qui devrait être atteinte dans les antennes gravitationnelles de seconde génération.

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Di, Pace Sibilla. "Vers l’observation du bruit quantique de la pression de radiation dans un interféromètre suspendu : l’expérience QuRaG." Thesis, Nice, 2014. http://www.theses.fr/2014NICE4108/document.

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Abstract:

L'existence des ondes gravitationnelles (OG) est l'une des prédictions les plus intéressantes de la théorie de la Relativité Générale d'Einstein. La découverte expérimentale des OG serait donc un test important de la théorie elle-même et permettra d'ouvrir une nouvelle fenêtre d'observation en particulier dans les régions de l'Univers inaccessible à l'observation électromagnétique. Les détecteurs interférométriques, comme Virgo, sont les dispositifs les plus prometteurs pour la détection d’OG. Actuellement, leur sensibilité n'est pas encore suffisante pour avoir un taux d'observation de quelques événements/an. Un intense programme expérimental pour l’améliorer est en cours. Particulièrement, les prochaines générations de détecteurs d'OG, aux basses fréquences, seront limitées par l'effet de la pression de radiation (PR) sur les miroirs suspendus. Ce phénomène, pas encore observé expérimentalement, est l'objet d'un champ de recherche très actif. Mon travail ici présenté vise à la construction d'un détecteur pour l'étude des effets quantiques de la PR dans les détecteurs d’OG: QuRaG. Il sera constitué d'un interféromètre de Michelson suspendu dont chaque bras sera une cavité Fabry-Pérot de très haute finesse, dans laquelle seulement le miroir de fond sera suspendu et sensible au bruit quantique de la PR. Durant ma thèse j'ai participé activement au R&D de tous les sous-systèmes de QuRaG. Par conséquent, le travail que j'ai fait porte sur divers aspects du projet dont les problématiques appartiennent à différents domaines de la physique. Mon travail présenté ici démontre que QuRaG sera réalisable et qu’il observera le bruit de la PR dans la bande de fréquences attendue
The existence of gravitational waves (GW) is one of the most interesting predictions of the theory of general relativity of Einstein. The experimental discovery of GW would be an important test of the theory itself. In addition, the detection of GW will open a new window of observation especially in those regions of the Universe inaccessible to electromagnetic observations. Interferometers, as Virgo are the most promising devices for the detection of GW. Currently, the sensitivity of these detectors is not yet sufficient to have a detection rate of few events/year. Therefore, an intense experimental program to improve the sensitivity is underway. Specifically, the sensitivity of the next generations of GW detectors, at low frequencies, will be limited by the effect of the radiation pressure (RP) on the suspended mirrors. This phenomenon not yet observed experimentally in the ground based GW detectors band, is currently the subject of a very active research field. My work presented here aims at building a detector for studying quantum effects of RP in GW detectors: the QuRaG experiment. It will consist of a suspended Michelson interferometer where each arm will be a high finesse Fabry-Pérot cavity, in which only the end mirror will be further suspended and then sensitive to the RP noise. During my PhD I have actively participated to the R&D of all QuRaG subsystems. Therefore, the work that I have done deals with various aspects of the project whose related problems belong to different domains of physics. My work described in this manuscript demonstrates that QuRaG is realizable and that it will be able to observe the RP noise in the expected frequency range

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Wang, Huan. "Study of an Optical Enhancement Cavity for Thomson Scattering Light Sources." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03179872.

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Abstract:

Les cavités d'amélioration optique (OEC) de puissance moyenne élevée ont un large éventail d'applications, y compris la diffusion Thomson produisant des rayons X / gamma quai monochromatiques à flux moyen élevé, la génération d'harmoniques d'ordre élevé (HHG) améliorée par cavité, les interféromètres à ondes gravitationnelles, Sources de lumière de microbunching en régime permanent (SSMB) et expériences d'énergie de fusion, etc. Les travaux de cette thèse se concentrent sur les études théoriques et expérimentales des OEC de puissance moyenne élevée dédiées aux sources lumineuses diffusantes Thomson. Dans le but d'augmenter le flux moyen des photons générés par diffusion Thomson, il est demandé que le faisceau laser à l'intérieur de l'OEC ait une petite taille avec une taille de rayon de quelques dizaines de microns, une longueur d'impulsion de l'ordre de la picoseconde et une puissance moyenne intra-cavité stable de quelques centaines de kilowatts. Pour décrire précisément et efficacement le champ laser hautement focalisé à l'intérieur de l'OEC à utiliser dans les simulations de la diffusion Thomson, une expression de champ de champ laser polarisé linéairement hautement focalisé corrigé non paraxial est dérivée avec une méthode d'expansion de la série Lax généralisée. Pour supprimer les instabilités modales commencent à apparaître apparemment sur OEC avec une puissance moyenne intra-cavité atteignant ~ 100 kW qui affectent la stabilité de la cavité et pourraient conduire à une perte de verrouillage, les instabilités modales sont bien décrites avec des dégénérations de mode induites par une déformation thermoélastique de la surface du miroir caractérisée par le modèle Winkler. Nous avons évoqué la méthode du miroir en forme de D pour supprimer les instabilités modales et prouvé son efficacité par simulation. Une puissance moyenne intra-cavité stable à l'échelle horaire de 200 kW a été réalisée sur le prototype OEC de la source de lumière diffusée Thomson Thomson avec mise en œuvre de miroirs en forme de D à l'intérieur. L'analyse est effectuée pour comprendre le phénomène de chute de puissance rapide apparaissant sur l'OEC qui affecte la stabilité de la cavité et empêche la puissance intra-cavité d'atteindre l'objectif conçu. Des chutes de puissance intra-cavité sont apparues avec une ampleur et une échelle de temps en fonction du niveau de puissance. L'augmentation supplémentaire de la puissance incidente a conduit à des dommages irréversibles de la surface du miroir de couplage de cavité. L'origine de ce phénomène est étudiée par imagerie de surface de miroir post mortem et analyse des signaux transmis et réfléchis par l'OEC. La perte de diffusion induite par la déformation de la surface du miroir due à un contaminant de point chaud est très probablement la physique dominante derrière ce phénomène et le comportement de la cavité pourrait être bien reproduit par simulation. Cette analyse pourrait aider à comprendre le processus physique derrière ce type de phénomène de chute de puissance apparaissant sur l'OEC appliqué dans une large gamme d'applications et à prévenir les dommages permanents au miroir. La conception complète du prototype OEC de la source de rayons X à diffusion Tsinghua Thomson (TTX) est présentée et une expérience préliminaire est effectuée dessus, réalisant l'objectif de verrouiller un laser à injection à ondes continues avec la cavité avec le gain de cavité mesuré à 133. La conception de l'installation expérimentale haute puissance pour le prototype TTX OEC et la conception pour TTX OEC à coupler avec l'anneau de stockage d'électrons sont fournies
High-average-power optical enhancement cavities (OEC), have a wide range of applications including Thomson scattering producing high average flux quasi-monochromatic X/gamma-rays, cavity-enhanced high-order harmonic generation (HHG), gravitational wave interferometers, steady-state microbunching (SSMB) light sources and fusion energy experiments etc. The works of this thesis focus on the theoretical and experimental studies of high-average-power OEC dedicated to Thomson scattering light sources. With the purpose of increasing the average flux of Thomson scattering generated photons, it is demanded for the laser beam inside OEC to have small waist with radius size of few tens of microns, pulse length at the order of picosecond and stable intra-cavity average power of few hundreds of kilowatts. To precisely and effectively describe the highly focused laser field inside OEC to be used in simulations of Thomson scattering, a field expression of nonparaxial corrected highly focused linearly polarized laser field is derived with a generalized Lax series expansion method. To suppress the modal instabilities start to appear apparently on OEC with an intra-cavity average power reaching ~100 kW which affect cavity stability and could lead to lose of lock, the modal instabilities are well described with mode degeneracies induced by mirror surface thermoelastic deformation characterized by Winkler model. We brought up the D-shape mirror method for suppressing modal instabilities and proved its effectiveness with simulation. An hour-time-scale stable intra-cavity average power of 200 kW was realized on the prototype OEC of Thomson scattering light source ThomX with implementation of D-shape mirrors inside. Analysis is carried out for understanding the fast power drop phenomenon appearing on OEC which affects the cavity stability and hinders the intra-cavity power reaching the designed goal. Intra-cavity power drops appeared with magnitude and time scale depending on the power level. Increasing further the incident power led to irreversible damage of the cavity coupling mirror surface. The origin of this phenomenon is investigated with post mortem mirror surface imaging and analysis of the signals transmitted and reflected by the OEC. Scattering loss induced by mirror surface deformation due to a hot-spot contaminant is found to be most likely the dominant physics behind this phenomenon and the cavity behavior could be well reproduced by simulation. This analysis could help to understand the physical process behind this kind of power drop phenomenon appearing on OEC being applied in wide range of applications and to prevent permanent mirror damage. Full design of the prototype OEC of Tsinghua Thomson scattering X-ray source (TTX) is presented and preliminary experiment is carried out on it, realizing the goal of locking a continuous wave injection laser with the cavity with the cavity gain measured to be 133. Design of the high power experimental setup for TTX prototype OEC and the design for TTX OEC to be coupled with the electron storage ring are provided

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Araujo, Viana Carlos. "Développement technologique et intégration système de VCSEL et HPT SiGe pour des applications radio-sur-fibre 60 GHz bas coût." Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1003/document.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet français FUI8-ORIGIN qui vise à développer les performances des réseaux domestiques en apportant des solutions sans multi-Gigabits faiblement radiatives, économes et pérennes. La solution ORIGIN est caractérisée par l'action complémentaire de deux technologies: les communications sans fil 60 GHz, avec notamment la création récente en Janvier 2013 de la nouvelle norme WiFi 60GHz, et la mise en place d'une infrastructure Radio-sur-Fibre (RoF) afin d'étendre la propagation de ses signaux radio fortement atténués par l'atmosphère et les murs, au sein de l'ensemble de la maison. Cette thèse porte sur le développement des composants et modules optoélectroniques bas couts, permettant d'assurer ces contraintes. Le travail implique de couvrir de la puce semi-conducteur au modules et jusqu'au système intégré dans le démonstrateur. Les puces sélectionnées sont caractérisées de manière précise en développant des bancs de mesures adaptées aux applications analogiques RoF. Les performances RoF ont été évaluées et comparées en termes de réponse en fréquence, de bruit et de non-linéarités. Un dimensionnement complet de l'infrastructure Radio-sur-Fibre pour le démonstrateur est ensuite mené, intégrant et dimensionnant le bilan de liaison global à partir modules et cartes réalisés et développés par les partenaires du projet. Le module transmetteur Radio-sur-Fibre (TRoF) est ainsi conçu, assemblé et testé. Les performances du module ont été mesurées et simulées à chaque étape de la procédure d'intégration. Le démonstrateur final basé sur l'architecture multipoint-à-multipoint a été réalisée à l'aide d'un nœud central optoélectronique pour la répartition du signal et d'une Green Box permettant le contrôle de l'allumage des différentes pièces, et ainsi la rationalisation du rayonnement et de la consommation du système. Une transmission bidirectionnelle en temps réel entre deux dispositifs de Wireless HD commerciaux à ~3 Gbit/s a été démontrée. Dans une dernière section de cette thèse, des directions pour améliorer les lasers à cavité émettant par la surface (VCSEL) et les phototransistors SiGe sont explorées. Des VCSEL analogiques avec une bande passante de plus de 25 GHz sont développés avec la société Philips ULM Photonics et mesurés. Notre action s'est concentrée sur les dimensions latérales de la structure, en bénéficiant des améliorations des couches verticale de la part de ULM Photonics. Outre les dimensions du VCSEL propre, ce travail a aussi visé l'amélioration des lignes d'accès pour permettre à la fois une meilleure dissipation thermique et une meilleure adaptation réactive du VCSEL à son électronique amont. Une nouvelle technologie de couplage optique collective et passive est enfin proposée. Originale et brevetée à l'occasion de ce travail, elle permet le couplage optique vertical à la fibre optique multimode et monomode de dispositifs optoélectroniques de petites tailles, inférieurs à 10µm, ainsi permettant simultanément de réduire les pertes de couplage, d'augmenter la fréquence de fonctionnement des composants couplés en réduisant leur dimensions, et de réduire le coût et le temps de réalisation du couplage
Wireless communication technologies have become one of the most popular and indispensable part of people's lives in the recent years, offering mobility and services never before available from mobile communication until local network communication. This work is based on the frame of the French ORIGIN project and intended to explore the Home Area Network using the most recent Wi-Fi standard at 60 GHz with the goal to present a solution for the upcoming days where MultiGbit/s wireless communication will be required. The ORIGIN solution is characterized by the complementary action of two technologies: 60 GHz Wireless communication and Radio-over-Fiber (RoF) infrastructure. The project pretends to propose a real prototype based on RoF transducers and a Multipoint-to-Multipoint architecture to cover the entire house. This thesis covers from the single optoelectronic chip devices until the system implementation and the final demonstrator. The light source and the photodetector choice were very important since it dictated the RoF transducer architecture. Our choice was on 850 nm multimode devices (GaAs VCSEL and SiGe HPT) which allow relaxed constraints on the optical packaging and, therefore, low cost solutions. In terms of performances those devices are limited in a few tens of Gigahertz of bandwidth which was the reason for the intermediate frequency (IF) architecture. This thesis work addressed the electrical and optical interconnection of the optoelectronic chip devices. It explored the integration of hybrid amplification stages and passive networks within optoelectronic receivers and emitters. The optical packaging issues were addressed through a conventional coupling technique using a ball lens first. The die device performances were evaluated and compared with a packaged module in terms of frequency response, noise and nonlinearities. Since performances are usually measured as link performances we proposed a definition of the Opto-microwave figures of merit, such as Opto-microwave gain, noise, nonlinearities and EVM. They are presented and integrated into behavioral models, allowing both the individual performances extraction and system design. The integration of the RoF module in the system is the final part of this thesis. The performances were measured and simulated at each integration step. The final demonstrator based on the multipoint-to-multipoint architecture was implemented using an optoelectronic central node for the signal repartition and the Green Box for signal controlling. Real-time bidirectional transmission between two commercial WirelessHD devices at ~3 Gbit/s was validated. In a final section directions to improve VCSEL and SiGe HPT are explored. 25 GHz analogue VCSELs are explored with a focus on their dimensions, improved access and the potential of a suited matching approach. A novel collective and passive optical coupling technology is also proposed for both VCSEL and top illuminated detectors that couple smaller and faster devices

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Dissertations / Theses on the topic 'Cavité optique de haute finesse'

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