Academic literature on the topic 'Cavité temporelle'

La génération d’états de photon cohérents puissants dans le proche-IR et THz, présentant une structuration 3D spatio-temporelle, représente un défi physique et technologique. Elle est d’intérêt pour les applications : pinces optiques, capteurs, microscopie, LIDAR, télécoms, spectroscopie… Ces états originaux sont ici générés en exploitant les nanotechnologies à semi-conducteur III-V et les lasers à cavité externe verticale intégrant une métasurface : lumière VORTEX, bi-fréquences pour le THz, ou sans mode.

The properties of laser resonators with one phase-conjugate mirror are reviewed. All these resonators are geometrically stable; their resonant frequencies are determined by the frequencies of the pump waves, while the spacing between the satellite resonant frequencies is fixed by the cavity length. Their diffraction losses are higher on the phase-conjugate mirror than on the conventional mirror. Phase-conjugate resonators are less sensitive to intracavity aberrations than conventional resonators. They can be used for short-pulse compression when the phase-conjugate mirror is produced by degenerate four-wave mixing in a nonlinear medium with pump waves consisting of mode-locked pulse trains. [Translated by the journal]

Dans le champ de recherche très général de l'optique atomique, allant de la fabrication de lentilles par masques matériels, à l'interférométrie sur jet ou à partir d'un piège, nous avons développé une technique utilisant un miroir lumineux à onde évanescente à atomes et la gravité, permettant de générer de nombreux éléments optiques, dont la succession et le développement sont temporels. Il a notamment été possible de fabriquer des lentilles pour ondes atomiques, un modulateur de phase, des fentes de diffraction ainsi qu'un interféromètre à fentes d'Young dans le domaine temporel.

La première partie de la thèse est une étude du verrouillage par injection des lasers à excimères. Ce type de fonctionnement est utilisé pour réduire la largeur spectrale du rayonnement émis par des lasers à excimères fonctionnant avec des cavités instables. L'affinement spectral ainsi obtenu présente cependant l'inconvénient de ne pas s'appliquer à toute l'énergie d'émission. Cette limitation de l'efficacité est due à des mécanismes de compétition de fréquences qui sont mis en évidence et analyses au cours de la présente étude. Ces mécanismes sont diagnostiqués au moyen de mesures quantitatives effectuées sur un système laser à mélange krypton-fluor. A l'issue de l'analyse de ces mécanismes, des solutions sont proposées afin d'atteindre une efficacité complète de l'affinement spectral. La seconde partie de la thèse est consacrée a l'étude d'une nouvelle technique destinée à réduire jusqu'à quelques nanosecondes la durée des impulsions lumineuses émises par un laser à excimère.

Un travail d'analyse de schémas implicites pour la Simulation des Grandes Échelles d'écoulements compressibles est présenté. La finalité est d'augmenter l'efficacité des schémas en vue d'aborder des problèmes multi-échelles en aérdynamique, notamment les écoulements contrôlés. Le travail se décompose en trois parties : 1 - une analyse de l'influence des résidus de convergence et autres paramètres numériques sur la qualité des résultats, 2 - le développement d'une stratégie efficace, sur la base d'un concept nouveau d'optimisation locale par blocs, 3 - la démonstration du potentiel de la méthode dans le cas d'un écoulement de cavité transonique contrôlé par un barreau transverse. La méthode a permis de gagner le facteur 10 nécessaire
A study concerning the analysis of implicit time integration methods for Large-Eddy Simulation of compressible flows is presented. The objective is the increasement of the numerical efficiency of schemes to tackle multiscale problems in aerodynamic like controlled flows. This work is divided into three parts: 1- an analysis of the influence of the convergence residual and numerical parameters on the accuracy of the numerical solution, 2 - the developpement of an efficient strategy based on an new block local optimisation, 3 - the demonstration of the potentiability of the method proposed in the case of a transonic cavity flow controlled by means a spanwise cylinder. The method makes it possible to reduce the computational effort by a factor 10

Nous avons etudie le comportement d'un spectrometre d'absorption intracavite laser (i. C. L. A. S. ) utilisant un milieu amplificateur a semi-conducteur. Une etude theorique, basee sur les equations de bilan du laser en cavite externe, permet de mettre en evidence, d'une part, que l'important taux d'emission spontanee present dans les semi-conducteurs est une limitation pour la methode de mesure, d'autre part, que le coefficient de reflexion residuel non nul des faces de la diode conduit inevitablement a un spectre constitue d'amas, et enfin, que la presence d'une raie d'absorption spectrallement beaucoup plus large que la distribution spectrale du laser ne constitue pas une limite a la technique de mesure i. C. L. A. S. L'implication de la configuration geometrique de la cavite sur le spectre stationnaire du laser est etudiee aussi bien theoriquement qu'experimentalement, elle donne l'avantage a une configuration de cavite en l. La presence d'un traitement antireflet insuffisant sur les faces de certains de nos composants nous a, par ailleurs, permis d'observer un comportement dynamique proche de celui rencontre dans les montages ou la diode est soumise a une contre-reaction optique moderee. Le comportement dynamique du semi-conducteur en cavite externe revele la presence de couplages non lineaires entre les modes de la cavite. Ces couplages interviennent pour un temps de generation plus court que celui donne par l'emission spontane, qui est une limite fondamentale de la methode. Des mesures d'absorptions intracavite sur une raie de la vapeur d'eau atmospherique nous a permis d'atteindre une longueur d'absorption equivalente de 1500 m. L'ensemble de l'etude a permis de mettre en evidence le role penalisant de l'optique guidee (faible dimension du guide et inevitables coefficients de reflexion residuels des faces du milieu amplificateur) pour la methode de mesure intracavite. Une solution utilisant d'autres materiaux semi-conducteurs est cependant envisageable

L’exploration expérimentale de l’intrication quantique est un domaine de recherche très actif actuellement. Les systèmes d’électrodynamique quantique en cavité permettent notamment de générer de l’intrication dans des ensembles de plusieurs dizaines de particules, grâce à l’interaction à longue portée fournie par un mode du champ électromagnétique. Mon travail de thèse a consisté à mettre en place un nouveau dispositif expérimental afin d’assurer le chargement rapide et fiable d’une cavité optique miniaturisée à l’intérieur de laquelle l’adressage et la détection d’atomes uniques viennent s’ajouter à l’interaction collective fournie par le mode de la cavité. La tomographie quantique des états intriqués requière l’acquisition d’un grand nombre de données expérimentales, un soin tout particulier doit donc être porté quand à la stabilité et à la rapidité de répétition de l’expérience. Pour satisfaire à ces critères, un système de lasers particulièrement compacts et robustes, a été conçu et fabriqué afin d’assurer le refroidissement et l’interaction avec les atomes. Pour permettre la rapidité de répétition de l’expérience, une source de rubidium est utilisée en mode impulsionnel dans l’unique cellule à vide. Elle permet de moduler temporellement la pression atomique en fonction des besoins de l’expérience. Un chargement prompt du piège magnéto-optique est alors possible sans réduire la durée de vie des atomes dans la cavité, au moment où se déroulent les expériences. Le transport des atomes entre leur position de capture et le centre de la cavité s’effectue grâce à un piège dipolaire, déplacé selon son axe fort de confinement à l’aide d’un déflecteur acousto-optique. Cela permet un déplacement rapide, de l’ordre de la centaine de millisecondes pour une distance de 1,5 cm. Grâce à cette combinaison de techniques, ce nouveau dispositif expérimental devrait donner accès à la physique riche des systèmes intriqués à plusieurs dizaines de particules
The study of quantum entanglement is a very active research field. Cavity quantum electrodynamics systems are versatile tools allowing for instance entanglement in mesoscopic systems, that is to say with about a hundred particles. The purpose of the new experimental setup built during this thesis is to reach the single atom manipulation and detection level while working with mesoscopic ensembles, collectively coupled to the cavity mode. Toward this goal, three new experimental techniques have been developed to enable reliable and fast data acquisition rate, essential to reconstruct entangled states by quantum tomography means. First, robust extended cavity diode lasers have been constructed, allowing acquisitions that last for days. Then, a pulsed atomic source has been set up, it combines the advantages of fast magneto-optical trap loading and long lifetime in conservative traps by modulating the pressure inside a single vacuum chamber apparatus on a short timescale. Finally, to ensure the fast transport of cold atomic ensembles from the magneto-optical trap to the cavity position, a dipole trap moved with an acousto-optic deflector has been built. This allows a transport over few centimetres leaving the full optical access to the atomic cloud for other manipulations. Thanks to this new experimental setup, we hope to contribute to the understanding of the rich physics lying beyond multi-particle entangled systems

Cette etude experimentale porte sur la dynamique de la photoluminescence des polaritons en cavite, dans des microcavites de semiconducteurs ii-vi en regime de couplage fort. Dans ces materiaux, la petite taille et la tres forte energie de liaison des excitons nous ont permis d'etudier le regime de couplage fort entre exciton et photon jusqu'a des densites d'excitation tres elevees, en explorant les regimes d'emission lineaire et non-lineaire. La technique experimentale utilisee est la spectroscopie de la photoluminescence, resolue en angle et en temps, sur une echelle de picosecondes. En regime lineaire et pour un desaccord negatif entre photon et exciton, nous observons une suppression de la relaxation des polaritons par emission de phonons acoustiques qui conduit a une distribution polaritonique non thermalisee sur la branche basse. Cet effet de goulot d'etranglement ou bottleneck, deja decrit pour les polaritons dans les semiconducteurs massifs, resulte du caractere photonique des polaritons au voisinage de k = 0, particulierement marque dans cette configuration. Sous forte excitation, des processus de relaxation non-lineaires, tels que la stimulation de la relaxation par l'etat final et la diffusion polariton-polariton, court-circuitent ce bottleneck et conduisent a une relaxation tres rapide vers le bas de la bande. Nous montrons que ce bouleversement de la dynamique de la relaxation est a l'origine de l'augmentation sur-lineaire de l'emission polaritonique observable sur ces etats.

Une écoulement de cavité ouverte tridimensionnel saturé non-linéairement est étudié par une approche spatio-temporelle utilisant des données expérimentales résolues à la fois en temps et en espace. Ces données ont été acquises dans deux plans longitudinaux, respectivement perpendiculaire et parallèle au fond de la cavité, dans le régime incompressible, en air ou en eau. À l'aide de multiples méthodes de décompositions globales en temps et en espace, les ondes et les structures cohérentes constituant la dynamique dans le régime permanent et pouvant être produites par des mécanismes d'instabilités différents sont identifiées et caractérisées.Tout d'abord, on approfondit la compréhension de l'effet des non-linéarités sur les oscillations auto-entretenues de la couche cisaillée impactante et leurs interactions avec l'écoulement intra-cavitaire. En particulier, l'analyse spectrale d'une portion de l'espace des paramètres permet de mettre en évidence un lien entre l'accrochage des modes d'oscillations auto-entretenues, la modulation d'amplitude au niveau du coin impactant et l'intermittence de ces modes. De plus, l'observation des basses fréquences intéragissant fortement avec les oscillations de la couche de mélange démontre l'existence d'une dynamique tridimensionnelle intrinsèque à l'intérieur de la cavité malgré les perturbations causées par la couche cisaillée instable.Les analyses de stabilité linéaire ont montré que des instabilités centrifuges peuvent résulter de la courbure induite par la recirculation. L'étude de la dynamique après saturation révèle de nombreuses structures cohérentes dont les propriétés sont quantifiées et classées en s'appuyant sur la forme des instabilités sous-jacentes: des ondes transverses progressives ou stationnaires. Enfin, certains comportements des structures saturées suggèrent que les mécanismes non-linéaires gouvernant le développement de l'écoulement une fois sorti du régime linéaire pourraient être étudiés dans le cadre des équations d'amplitude.

Un des défis auxquels sont confrontées les technologies plasmas est le développement de concepts de sources de plasma qui peuvent être transposés à des dimensions plus importantes, avec pour objectif par exemple le traitement de surface d'objets de grandes dimensions (panneaux solaires, écrans plats, grand wafer...). Cependant, plus la surface à traiter est grande, plus il devient difficile de la traiter. En fait, lorsqu'on augmente la surface, ces technologies se heurtent à des limites physiques et technologiques. Pour les sources plasmas microondes, l'incapacité à contrôler les plasmas vient du caractère multi-mode des grandes cavités, qui rend le contrôle de la distribution spatiale du champ électrique (et donc du plasma) en leur sein très difficile avec les technologies conventionnelles. L'objectif de la thèse est de développer une source plasma micro-onde répondant à ce besoin de contrôle des plasmas dans les grandes cavités (multimodes). Nous avons alors introduit un concept innovant de source de plasma micro-ondes : le "pinceau plasma ondulatoire". Le principe de cette source plasma consiste à contrôler dynamiquement la position du plasma dans une cavité en jouant sur la forme d'onde du signal transmis à la cavité. L'idée est alors d'utiliser le "Retournement Temporel", qui permet de focaliser spatio-temporellement l'énergie électromagnétique dans les cavités de grandes dimensions. Cette thèse propose les premières études théoriques et les premières démonstrations expérimentales du concept de "pinceau plasma ondulatoire"
One of the challenges that face plasma technologies is the development of plasma source concepts that can be scaled to larger dimensions, for example for the surface processing of large objects (solar panels, flat screens, large wafers, etc.). However, the more the area to be processed is large, the more it is difficult to process it. In fact, when increasing the area these technologies face physical and technological limitations. For microwave plasma sources, the inability to control plasmas comes from the multi-mode nature of large cavities, which makes the control of the spatial distribution of the electric field (and thus of the plasma) inside very difficult with conventional technologies. The objective of this thesis is to develop a microwave plasma source addressing this need for plasma control in large cavities (multimode). We then introduced an innovative concept of microwave plasma source: the "wave plasma brush". The principle of this plasma source consists in dynamically controlling the position of the plasma in a cavity by playing on the waveform of the transmitted signal to the cavity. The idea is then to use "Time Reversal", which allows a spatio-temporal focusing of the electromagnetic energy in large cavities.This thesis proposes the first theoretical studies and the first experimental demonstrations of the concept of "wave plasma brush"

Je presente une etude theorique des instabilites spatio-temporelles dans une cavite en anneau contenant une cellule d'atomes a deux niveaux. Les equations qui decrivent ce systeme sont les equations couplees de maxwell-bloch plus une condition aux limites pour le champ electrique dans la cavite. J'ai fait d'abord une analyse de stabilite lineaire pour les solutions stationnaires qui predit une emission multiconique autour de l'axe optique. Pour connaitre les vraies structures spatiales transverses on a introduit les nonlinearites negligees dans l'analyse lineaire dans un modele qui puisse etre resolu numeriquement. J'ai choisi comme parametre de controle l'intensite du faisceau incident, qui peut etre: une onde plane ou a symetrie de revolution (gaussienne ou hypergaussienne). On a observe la lumiere a la sortie de la cellule dans le champ proche ainsi que dans le champ lointain. Mon travail s'est essentiellement concentre sur les structures monoconiques. Suivant les valeurs du desaccord en frequence entre la lumiere d'entree et la cavite, et suivant la taille du faisceau on a trouve des structures transverses ordonnees, hexagonales et en forme de marguerites, ainsi que des structures chaotiques. Une methode de filtrage des frequences spatiales nous permet de passer du desordre vers l'ordre. Cette etude numerique a ete completee par une analyse nonlineaire a multi-echelles qui a confirme nos resultats. Finalement je presente des structures transverses biconiques en rouleaux croises et en carres qui resultent du couplage entre vecteurs d'onde appartenant aux deux premiers cones de la cavite en anneau

Les Structures Localisées (SL) se forment dans les milieux non-linéaires dissipatifs à large rapport d'aspect où une ou plusieurs solutions peuvent coexister dans l'espace des paramètres. Bien que la formation des SL est un phénomène général, leur mise en œuvre dans les lasers à semi-conducteur se montre très intéressante due au potentiel qu'offre les SL pour le traitement tout optique de l'information. En effet, l'idée de base est d'utiliser les SL comme des bits d'information en exploitant leur propriété d'addressabilité dans un milieu laser rapide et miniaturisé. Dans ce travail, je décrirai les résultats théoriques et expérimentaux obtenus dans les lasers à semi-conducteur à cavité vertical (VCSEL). Après une courte introduction sur les SL spatiales déjà observées dans la section transverse des VCSELs, j'expliquerai comment nous sommes parvenus à générer des SL temporelles à partir d'un régime de Mode-Locking passif obtenu quand le laser est couplé à une longue cavité externe fermée par un absorbant saturable rapide. Nous avons également observé l'émergence d'un autre type de SL, les SL temporelles vectorielles, dont le mécanisme de formation exploite le degré de liberté de polarisation de la lumière émise par le VCSEL alors que celui-ci est soumis à de la rétro-action optique sélective en polarisation (PSF) et de la réinjection de polarisation croisée (XPR)
Localized Structures (LS) appear in nonlinear dissipative media with large aspect-ratios where one or several solutions coexist in the parameters space. Although LS formation is a general phenomenon, their implementation in semiconductor lasers is of great interest due to the potential of LS for all-optical data processing. In fact, the basic idea consists in using LS as bits of information exploiting their property of addressability in a fast and small-sized medium. In this contribution, I will show the experimental and theoretical results obtained in Vertical Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs). After a brief historical introduction on spatial LS emerging in the transverse profile of VCSELs, I will describe our method for the generation of temporal LS, that we observed in the frame of passive mode-locking when the VCSEL is coupled to a long external cavity closed by a fast saturable absorber, and vectorial LS, whose formation exploits the polarization degree of freedom of the VCSEL, which is submitted to the actions of a polarization-selective feedback (PSF) and a crossed-polarization reinjection (XPR)