Dissertations / Theses: 'Métrologie optique'

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Adapa, Bharath Reddy. "L'analyse de front d'onde appliquée à la métrologie de surface optique." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY032.

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Abstract:

Les synchrotrons utilisent une grande diversité de miroirs pour conditionner ou rediriger le faisceau de rayons X. Ces miroirs peuvent mesurer jusqu'à 1,5 m de long avec des erreurs de forme de la surface optique inférieures à 1 nm. La caractérisation de telles surfaces nécessite des instruments de métrologie avancés. Les instruments les plus couramment utilisés sont les profilomètres optiques de type LTP (Long Trace Profiler) ou NOM (Nanometer Optical Component Measuring Machines), les interféromètres de Fizeau et les micro interféromètres. Le capteur de front d'onde Stitching Shack-Hartmann (SHARPeR) développé et commercialisé par Imagine Optic et Q-Sys est venu récemment complété cette liste. Il s'agit d'un instrument innovant par sa mesure de pente 2D qui utilise des algorithmes d'assemblage de sous-pupille pour mesurer les miroirs synchrotrons. La thèse a permis d’améliorer les performances de l’instrument SHARPeR installé à l'ESRF. De nouvelles techniques de mesure ont été développées pour réduire les erreurs dues aux aberrations des éléments optiques. L’influence sur la répétabilité et la précision des mesures, des erreurs de déplacement dues à la mécanique de translation et des erreurs environnementales comme les turbulences de l'air ou les fluctuations de température, ont été caractérisées, permettant d’apporter des améliorations notables à la conception de l'instrument. Les performances de divers algorithmes d’assemblage de sous-pupilles ont été étudiées et un progiciel de type open source a été développé pour les utiliser. L'amélioration des performances de l'instrument a pu être vérifiée grâce à des mesures comparatives avec d’autres instruments de métrologie reconnus tels que le LTP, le Fizeau et les micro-interféromètres sur des miroirs de référence
Synchrotrons use a variety of mirrors for reshaping or redirecting X-ray beams. The mirrors can have lengths up to 1.5 m and surface figure errors below 1 nm. Characterization of these mirrors requires advanced metrology tools. More commonly used instruments are Long Trace Profilers (LTP), Nanometer Optical Component Measuring Machines (NOM), Fizeau interferometers and Micro interferometers. The Stitching Shack-Hartmann wavefront sensor (SHARPeR) is a novel 2D slope measuring instrument developed as an integrated commercial product by Imagine Optic and Q-Sys, and uses subaperture stitching algorithms to measure synchrotron mirrors. This thesis has improved the performance of the SHARPeR installed at ESRF. New measurement techniques have been developed to reduce errors from aberrations of optical elements. The impact of mechanical translation errors and environmental errors such as those from air turbulence and temperature fluctuations upon measurement repeatability and accuracy have been characterized, and consequent improvements have been made to the instrument design. The performance of subaperture stitching algorithms has been explored and an open source stitching software package has been developed with multiple working algorithms. The improved instrument performance has been verified using comparative measurements of various artefact mirrors, and comparing to results obtained from more established metrology instruments such as LTP, Fizeau and Micro-interferometers

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Mohamed, Ajmal Khan. "Métrologie optique en hypersonique à haute enthalpie pour la rentrée atmosphérique." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00829327.

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Abstract:

Ce document synthétise mes actions de recherches dans la métrologie optique pour l'hypersonique à haute enthalpie rencontré lors d'une rentrée atmosphérique. Je présente en début de ce document la problématique de la rentrée atmosphérique dont la maîtrise est primordiale pour le retour sur Terre d'un vol habité ou d'une sonde de retour d'échantillons. Je décris ensuite les moyens de mesures servant à caractériser le gaz en écoulement autour d'un véhicule de rentrée en test dans une soufflerie ou en vol de démonstration. En particulier les moyens d'optique linéaire que sont la fluorescence induite par faisceau d'électrons (FFE) ou par laser, la spectroscopie d'absorption ou d'émission et le LIDAR à diffusion Rayleigh.

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Moreau, Julien. "Nouvelle métrologie optique pour l'amélioration des performances de l'antenne gravitationnelle VIRGO." Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066337.

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Khodnevych, Vitalii. "Etudes de lumière diffusée pour le système de métrologie optique LISA." Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03177562.

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Abstract:

Le Laser Interferometer Space Antenna (LISA) est un observatoire spatial d’ondes gravitationnelles, qui est actuellement en phase A. La détection d’ondes gravitationnelles est effectuée par des mesures interférométriques hétérodynes très précises. Si de la lumière, non prise en compte dans la conception (lumière parasite), se couple aux faisceaux destinés aux mesures interférométriques, alors ces dernières seront faussées. La lumière diffusée se distingue des autres types de lumière parasite (comme la diffraction aux ouvertures, la réflexion ou la transmission parasites) dans le sens où elle résulte d'un profil de rugosité inconnu ou d'une distribution de contamination de poussières: aucune évaluation exacte n'est possible. Cette thèse est consacrée à l'étude de l’impact de la lumière diffusée sur les mesures interférométriques. Lorsqu’une une surface rugueuse est éclairée par un faisceau de lumière monochromatique et cohérente, elle diffuse alors la lumière et cette lumière diffusée prend alors une structure granuleuse, appelée tavelures (speckle en anglais). Cette thèse est consacrée à l'étude de la diffusion de lumière cohérente et à la perturbation des signaux en sortie d'un interféromètre perturbé par de la lumière diffusée. Pour ces études de diffusion de la lumière cohérente, j'ai utilisé deux approches: la modélisation numérique et les mesures expérimentales.J'ai développé un modèle numérique de la diffusion cohérente due à la microrugosité. Il est en accord avec le modèle Harvey-Schack de la fonction de distribution de réflectance bidirectionnelle (BRDF). En outre, il décrit correctement les caractéristiques observées de la diffusion cohérente: amplitude, distribution d'intensité et dimension spatiale d’un grain de speckle.Un autre modèle numérique, que j'ai développé, est utilisé pour décrire la rétrodiffusion cohérente dans les fibres optiques. Le résultat du modèle coïncide avec celui du modèle conventionnel incohérent. De plus, il décrit correctement les caractéristiques de la diffusion cohérente observées sur une expérience réalisée à l'Institut Albert Einstein à Hanovre: distribution d'intensité et dépendance avec la température. Deux montages interférométriques fibrés (à 1.55 µm et 1.06 µm) ont été mis en oeuvre pour des études expérimentales de la diffusion cohérente. Ces études sont motivées par la nécessité d'une description précise des effets de diffusion cohérente dans les montage interférométriques fibrés tels que LISA. Les deux configurations ont montré une réponse de type speckle à l'orientation de la surface de l'échantillon. Un algorithme de traitement du signal a été spécialement développé pour mesurer les faibles valeurs de rétrodiffusion des surfaces optiques. Le plancher de mesure de la configuration 1.06 µm atteint 10-13 en puissance relative, et 10-5 1/sr en BRDF, ce qui correspond à l'état de l'art des diffusomètres.Les mêmes dispositifs expérimentaux ont été utilisés pour étudier la diffusion cohérente due à la contamination. Les résultats des mesures ont été comparés avec la théorie de diffusion de Mie.Par ailleurs, j'ai utilisé des méthodes conventionnelles pour étudier la lumière diffusée due à l'impact des micrométéorites. L'impact sur une surface optique par une micrométéoroïde donne naissance à un type spécifique de lumière parasite propre aux instruments optiques spatiaux. La lumière est diffusée pour deux raisons: le cratère d'impact et la contamination par les ejecta. Je propose une méthode d'estimation de la lumière parasite et l'applique au cas du télescope LISA. J'ai ainsi estimé une limite supérieure à la rétrodiffusion pour des durées de mission nominales (4 ans) et étendues (10 ans).Ce travail apporte un ensemble d'études expérimentales et de modélisations qui améliorent la connaissance des propriétés de la diffusion cohérente de la lumière et de ses conséquences et ses conséquences dans les instruments interférométriques de haute précision
The Laser Interferometer Space Antenna (LISA) is a space-based gravitational wave observatory now in Phase A. The measurements of the gravitational waves are performed by precise heterodyne interferometric measurements. If any light, which was not intended into the design (stray light), couples to the interfering beams, the measurements will be perturbed. Scattered light differs from other types of stray light (such as diffraction at apertures, stray reflection or transmission) in that it results from an unknown roughness profile or dust contamination distribution: no exact evaluation is possible. The thesis is dedicated to the studies of the consequences of the scattered light on interferometric measurements. When a rough surface is illuminated by a coherent, monochromatic beam of light, a scattering process takes place, and the scattered light shows a grainy structure called speckle. A similar pattern is also observed in the case of scattering from particulate contamination, or due to the irregularities in the structure of optical fibers. This thesis is devoted to the study of the scattering of coherent light, and the perturbation of the readout of an interferometer due to the presence of scattered light. For these studies of coherent light scattering, I use two approaches: numerical modeling and experimental measurements. I have developed a numerical model of coherent scattering due to microroughness. It is in agreement with the Harvey-Schack model of the Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF). From the other side, it correctly describes the observed features of coherent scattering: amplitude and intensity distribution, the spatial dimension of the single speckle grain. Another numerical model, which I have developed, is used to describe coherent backscattering in optical fibers. The result of the model coincides with the conventional, incoherent model. In addition to this, it correctly describes the features of coherent scattering observed on an experiment made at the Albert Einstein Institut in Hannover: intensity distribution and temperature change rate.Two fibered, homodyne interferometric setups (at 1.55 µm and 1.06 µm) were built for experimental studies of the coherent scattering. These studies' necessity is driven by the need for an accurate description of coherent scattering effects in interferometric setups, such as LISA. Both setups have demonstrated the presence of a speckle type response. A signal processing algorithm was specially developed to measure low backscattering values from the optical surfaces. The measurement floor of the 1.06 µm setup reaches 10-13 in relative power, and 10-5 1/sr in BRDF, which matches modern, state-of-the-art BRDF meters.The same experimental setups were used to study coherent scattering due to contamination. The results of the measurements were compared with the Mie scattering theory. Besides this, I have used conventional methods to study scattered light due to micrometeoroid damage. The impact on an optical surface by a micrometeoroid gives rise to a specific type of stray light inherent only in space optical instruments. This causes a double source of light scattering: the impact crater, and the ejected contamination. I propose a method of stray light estimation and apply it to the case of the LISA telescope. I have estimated upper limits for the backscattering fraction for nominal (4 years) and extended (10 years) mission durations.This work brings an ensemble of experimental and modeling studies that improve the knowledge of the properties of coherently scattered light, and its consequences in high precision interferometric instruments

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Loriette, Vincent. "Développement des méthodes et outils de métrologie optique pour le projet VIRGO." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 1995. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00649943.

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Steinmann, Thomas. "Métrologie optique en dynamique des fluides appliquées à l'écologie physique des insectes." Thesis, Tours, 2017. http://www.theses.fr/2017TOUR4050/document.

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Abstract:

La capacité à percevoir des courants dans un fluide s'est développée chez de nombreuses espèces animales, dans des contextes écologiques très variés qui couvrent aussi bien les interactions proies-prédateurs, la sélection sexuelle ou l'orientation dans un environnement. Parmi ces espèces animales, les grillons détectent les courants d'air générés notamment lors de l'attaque de leurs prédateurs à l'aide de deux organes appelés "cerques", situés à l'arrière de leur abdomen et recouverts de poils mécano-sensoriels. Ces senseurs sont considérés comme les détecteurs les plus sensibles du monde animal. Il leur suffit de capter l'énergie d'un dixième d'un photon pour déclencher un potentiel d'action au niveau du neurone sensoriel. Ce manuscrit présente à la fois le développement des outils de mesures sans contact adaptés à ces questions d'écologie sensorielle ainsi que les méthodes numériques simulant les processus physiques à l'oeuvre. L'étude du fonctionnement des senseurs a nécessité l'adaptation des méthodes de mesures non intrusives de très grande précision tel que la Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV). La couche limite oscillante dans laquelle évoluent les poils a été visualisée et a servi à déterminer la réponse de poils modélisés par des systèmes oscillatoires du second ordre. Le couplage visqueux entre poils a été lui aussi caractérisé en adaptant la PIV à des mesures à très petites échelles sur des poils biomimétiques micro-electro-mécanique (MEMS). Les mesures des perturbations générées lors des attaques d'araignées, principales prédatrices des grillons, nous ont aidé à valider des modélisations numériques, réalisées à l'aide des techniques de dynamique des fluides computationnelles (CFD) par résolution des équations de Navier Stokes via la méthode des éléments finis (FEM). La mise au point et l'utilisation de techniques de métrologie optique en dynamique des fluides semi-visqueux et l'analyse des données nous permettent de revisiter la sensibilité extrême du système sensoriel du grillon et de placer ces mesures dans un contexte plus large, d'écologie sensorielle. En particulier, nous montrons que ces soies sont placées en groupe compact et exercent entre elles un fort couplage aérodynamique visqueux, qui réduit fortement leur sensibilité "de groupe". Ce fort couplage interroge l'intérêt d'avoir des récepteurs aussi performants individuellement, s'ils perdent leur sensibilité lorsqu'ils fonctionnent en réseau. Finalement, les réactions des poils à des mouvements de fluides générés par un piston mimant les attaques réelles d'araignées ont pu être déterminées à l'aide d'une caméra rapide, puis simulées et validées après avoir développé un modèle mécanique du poil répondant à des stimuli transitoires
Flow sensing is used by a vast number of animals in various ecological contexts, from preypredator interactions to mate selection, and orientation to flow itself. Among these animals, crickets use hundreds of filiform hairs on two cerci as an early warning system to detect remote potential predators. Over the years, the cricket hairs have been described as the most sensitive sensor in the animal kingdom. The energy necessary for the emission of an action potential by its sensory neuron was estimated to be a tenth of the energy of a photon. This PhD thesis aims to describe recent technological advances in the measurement and model of flows around biological and artificial flow sensors in the context of organismal sensory ecology. The study and understanding of the performance of sensory systems requires a high spatial precision of non-intrusive measurement methods. Thus, non-contacting measurement methods such as and Particle Image Velocimetry (PIV), originally developed by aerodynamics and fluid mechanics engineers, have been used to measure flows of biological relevance. The viscous oscillatory boundary layer surrounding filiform hairs has been visualized and used as input to model the mechanical response of these hairs, described as second order mechanical systems. The viscous hydrodynamic coupling occurring within hair canopy was also characterized using PIV measurements on biomimetic micro-electro-mechanical systems (MEMS) hairs, mimicking biological ones. Using PIV, we have also measured the air flow upstream of hunting spiders. We prove that this flow is highly conspicuous aerodynamically, due to substantial air displacement detectable up to several centimeters in front of the running predator. This disturbance of upstream air flows were also assessed by computational fluid dynamics (CFD) with the finite elements method (FEM). The development of non-intrusive measurement and CFD methods and their application to the analysis of the biological flow involved in cricket sensory ecology allowed us to revisit the extreme sensitivity of cricket filiform hairs. We predicted strong hydrodynamic coupling within natural hair canopies and we addressed why hairs are packed together at such high densities, particularly given the exquisite sensitivity of a single hair. We also proposed a new model of hair deflection during the arrival of a predator, by taking into account both the initial and long-term aspects of the flow pattern produced by a lunging predator. We conclude that the length heterogeneity of the hair canopy mirrors the flow complexity of an entire attack, from launch to grasp

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Alata, Romain. "Instrumentation pour l'astronomie et métrologie à l'aide de MOEMS." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0367.

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Abstract:

Les systèmes micro-opto-électro-mécaniques (MOEMS) représentent un atout considérable pour les technologies de demain et démontrent régulièrement leur capacité d'innovation dans tous les domaines de recherches. L'astronomie en profite déjà à travers l'optique adaptative et leur versatilité a récemment permis de développer un nouveau spectro-imageur BATMAN qui verra sa première lumière au Telescopio Nazionale Galileo (TNG) à La Palma (Iles Canaries). Le code de contrôle du MOEMS permettant l'automatisation de l'acquisition des spectres a été le point de départ de mon travail au LAM.La partie principale de ce manuscrit traite d'une seconde application imaginée en associant les MOEMS à un matériau photochromique développé à Polytecnico di Milano (Italie) qui peut prendre deux états différenciés par leur transparence. Le MOEMS, initialement utilisé pour la projection d'image, permet de moduler la dose d'énergie lumineuse projeté sur la plaque photochromique qui répond en s'éclaircissant progressivement. Ce procédé permet donc d'enregistrer des images en niveau de gris sur la plaque et notamment des hologrammes générés par ordinateur (CGH) utilisés en métrologie optique. Actuellement, les CGHs utilisés sont binaires, mais notre procédure permet d'enregistrer des CGHs quantifiés en amplitude avec une résolution de 13,68 µm et une précision inférieure à 1% en terme de transparence malgré un éclairage peu homogène. La quantification des CGHs de type Fresnel et Fourier ont été calculés, réalisés et testés avec succès. Deux nouveaux algorithmes de Fourier ont étaient imaginés, réalisés et ont montrés des performances très supérieurs au code usuel de Lee qui est un codage binaire
Micro-opto-electro-mecanical systems (MOEMS) are primordial tools for future applications in several scientific fields as telecommunications or image display. Astronomy takes also advantage of their great adaptatbility thanks to the development of adaptative optics; a new spectro-imager called BATMAN has recently been develloped to be installed at Telescopio Nazionale Galileo (TNG) in the Canaries Islands. The control of the MOEMS allowing computerizing this processus has been the starting point of my work at the LAM.The main part of this manuscript deals with another application conceived thanks to the association of the characteristics of MOEMS and photosensitive materials developed at Politecnico di Milano (Italy). These materials can be put in two states differentiated by their transparency. The MOEMS, initially used to display images, allows controlling the dose of light projected on the photocrhomic plate which reacts by becoming more and more transparent. This process permit to record Computer Generated Holograms (CGHs) in grayscale which are used in optical metrology. Today, binary CGHs are used but our process allows to record amplitude quantified CGHs with a resolution of 13.68 µm and a precision better than 1% in term of transparency, even with a non homogeneous illumination beam. Comparative studies have shown advantages of quantified CGHs of Fresnel and Fourier families. Two new Fourier algorithms have been conceived thanks to use of the third dimension offered by the control of the transparency. They have been realized and tested succesfully, and have shown much better performances than the current binary coding, so called Lee algorithm

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Bitard, Hugo. "Mesures de non réciprocités magnéto-électro-optiques par métrologie de fréquence." Toulouse 3, 2013. http://www.theses.fr/2013TOU30147.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la métrologie de fréquence. Elle a pour objet l'observation d'un effet magnéto-électrique bilinéaire en E et B dans des milieux dilués, encore non observé au début de cette thèse. Nous nous intéressons particulièrement au cas où E et B sont orthogonaux entre eux. Afin de détecter cet effet, nous utilisons une cavité Fabry-Pérot en anneau à 4 miroirs de haute finesse. Un faisceau issu d'un laser infra-rouge est séparé en deux afin de circuler dans deux directions contra-propageantes dans la cavité optique. Celle-ci contient des barreaux délivrant des champs électriques et magnétiques orthogonaux entre eux et également orthogonaux aux vecteurs de propagation des deux faisceaux intra-cavité. L'application de E et B a pour conséquence de modifier la fréquence de résonance de la cavité optique suivant les deux sens de propagation. On parle alors de non réciprocité directionnelle magnéto-électrique, ou encore d'anisotropie directionnelle. Celle-ci a été observée en premier lieu dans de l'Azote à pression atmosphérique, puis dans un cristal d'Er:YAG. Par la suite nous avons modifié le dispositif expérimental initial, notamment en le mettant sous vide, dans le but de mesurer l'effet d'anisotropie directionnelle magnéto-électrique à des pressions sub-atmosphériques. D'autre part, des mesures de polarisations propres de cavités optiques non planes ont également été effectuées afin d'insister sur l'importance de celles-ci pour les mesures de l'effet d'anisotropie directionnelle magnéto-électrique. Il a été réalisé des cavités en nœud papillon, fortement non planes avec une biréfringence en réflexion négligeable, puis des cavités en anneaux, légèrement non planes avec une biréfringence en réflexion non négligeable. Ces dernières sont similaires aux cavités de mesures utilisées pour la détection de l'effet magnéto-électrique étudié
This thesis is in the field of frequency metrology. It relates the observation of a bilinear magneto-electric effect in E and B in dilute media, not yet observed at the beginning of this thesis. We are particularly interested in cases where E and B are mutually orthogonal. To detect this effect, we use a high finesse Fabry-Perot ring cavity with 4 mirrors. A beam emitted by an infrared laser is split into two in order to circulate in two counterpropagating directions inside the optical cavity. This cavity contains rods delivering orthogonal electric and magnetic fields to each other and also orthogonal to the propagation vectors of the two intra-cavity beams. The application of E and B changes the resonant frequencies of the optical cavity for the two directions of propagation. This is called magneto-electric directional anisotropy. This effect was first observed in nitrogen gas at atmospheric pressure and in a followinf experiment in a crystal of Er: YAG. Next we modified the original experimental device, by putting it under vacuum in order to measure the effect of magneto-electric directional anisotropy in gases at sub-atmospheric pressures. Moreover, eigen polarization measurements of non-planar optical cavities have also been made to emphasize the importance of these for measuring the effect of magneto-electric directional anisotropy. It was made using bowtie cavities, highly non-planar with negligible birefringence in reflection, and ring cavities, slightly non-planar with a significant birefringence in reflection. These cavities are similar to the ones used for the detection of the magneto-electric effect studied in this thesis

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Diaz, Romain. "Métrologie de l'endommagement laser des composants optiques en silice en régime nanoseconde." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4390/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'endommagement laser de composants optiques en silice amorphe en régime nanoseconde. Ce matériau diélectrique est l'un des plus couramment utilisés en optique et notamment sur des installations laser de haute énergie telles que le Laser MégaJoule. Afin de garantir le fonctionnement nominal d'une installation, l'endommagement laser des composants optiques doit être compris et maîtrisé. Ce phénomène induit une modification irréversible du matériau modifiant la propagation du faisceau. Dans le régime nanoseconde, l'endommagement laser de la silice est corrélé à la présence de défauts précurseurs qui sont une conséquence de la synthèse et du polissage des composants. L'interaction de ces précurseurs avec le laser va dépendre des caractéristiques de ce dernier. Une première étude est consacrée à la métrologie des impulsions utilisées en laboratoire pour étudier l'endommagement laser. Une seconde étude porte sur les mécanismes d'amorçage des dommages sur la face de sortie des composants optiques faits de silice. Une dernière partie porte sur l'influence de la propagation non linéaire sur l'endommagement surfacique et volumique des composants épais faits de silice
In this thesis, laser-induced damage phenomenon in fused silica components is investigated in the nanosecond regime. This material is one of the most widely used in optics, particularly on high-energy laser facilities such as the Laser MégaJoule. In order to ensure the nominal operation of this kind of laser facility, laser-induced damage on optical components has to be understood and controlled. This phenomenon consists in an irreversible modification of the material. In the nanosecond regime, laser-induced damage is tightly correlated to the presence of precursor defects which are a consequence of the synthesis and the polishing of the components. The interaction between these precursor defects and the laser pulses strongly depends on the laser characteristics. The first study focuses on the metrology of the laser beam used in laboratory to study laser-induced damage. The second one consists in a parametric study of the initiation mechanism on the rear surface of fused silica components. The last part deals with the influence of nonlinear propagation on laser induced damage on the surface and in the volume of thick fused silica samples

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Blondel, Damien. "Conception et réalisation d'une sonde de métrologie optique pour l'étude de milieux industriels complexes." Rouen, 1999. http://www.theses.fr/1999ROUES016.

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Abstract:

L'anémométrie phase Doppler est une technique de diagnostic optique, utilisée pour l'étude des milieux diphasiques. Cependant, la géométrie et l'encombrement des systèmes classiques en limitent l'utilisation, notamment dans les installations de nature industrielle. La théorie de Lorenz-Mie généralisée décrit rigoureusement la diffusion de la lumière par les particules et permet ainsi la définition et la réalisation de nouvelles géométries de sondes en rétrodiffusion. Elles réunissent, derrière une unique lentille, l'émission et la collection et sont donc monobloc et autoalignées. Ces sondes phase Doppler miniaturisables sont adaptées à l'étude de milieux jusque-là inaccessibles. Dans cette thèse, deux versions de sonde ont été validées expérimentalement. Elles ont été définies pour deux applications différentes : l'étude d'un injecteur Diesel en chambre haute pression et la mesure de bulles à l'aide d'une sonde immergée. L'anémométrie phase Doppler pose comme hypothèse que les particules sont sphériques et homogènes. L'étude de milieux triphasiques contenant des particules irrégulières a nécessité le développement d'un traitement du signal permettant de distinguer, sans modifier l'optique de la sonde, les particules irrégulières des particules régulières. Ce traitement a été valide expérimentalement sur des écoulements de grain de sable et de bulles et permet d'obtenir, en une seule mesure, la vitesse des particules de sable et pour les bulles, leur taille et leur vitesse. L'utilisation de ce traitement sur différents écoulements de bulles a montré qu'il était possible d'obtenir des informations qualitatives sur la déformation de particules.

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Billard, Franck. "Métrologie de l'indice non-linéaire dans les verres en régime nanoseconde, picoseconde et sub-picoseconde." Phd thesis, Aix-Marseille 3, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011812.

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Abstract:

Afin d'étudier la contribution des non-linéarités à l'endommagement laser ou de prévoir l'évolution d'une impulsion courte, la mesure précise de l'indice de réfraction non-linéaire est importante. Plusieurs bancs de mesure, reposant sur la méthode de Z-scan, sensibles à de faibles indices de réfraction non-linéaire ont été développés afin d'étudier la contribution des différents mécanismes.
Nous avons développé un modèle numérique permettant d'étudier le signal. Nous montrons que le profil spatial du faisceau avait une grande importance sur la mesure. Ensuite la réalisation expérimentale des bancs comprenant tous les moyens de caractérisation nécessaires à une mesure absolue est détaillée.
Enfin, une étude de l'indice de réfraction non-linéaire de la silice est entreprise pour différents régimes temporels. Une grande dépendance avec la durée des impulsions et l'absence d'effets thermiques sont constatées ainsi qu'une contribution non négligeable de l'électrostriction en nanoseconde.

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Giraud, Nicolas. "Apport des techniques d'analyse d'image pour l'étude et la réalisation d'un instrument de métrologie optique." Saint-Etienne, 1995. http://www.theses.fr/1995STET4015.

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Abstract:

Les techniques d'analyse d'image ont connu depuis plusieurs années des développements importants, tant du point de vue de la recherche fondamentale, que du point de vue des applications industrielles de traitement automatique. Parmi les applications liées à la métrologie, le Département Instruments de la société Essilor international a initié, en collaboration avec le LISA de CPE de Lyon (Laboratoire Image Signal acoustique, EPJ CNRS depuis janvier 1995, précédemment rattachée au TSI, URA-CNRS 842) une étude sur la faisabilité d'un appareil de métrologie optique basé sur des techniques d'analyse d'image. Le positionnement du problème est relativement simple : il s'agit de concevoir un appareil pour opticien permettant l'extraction automatique des paramètres de centrage des verres, pour une monture donnée, pour un patient donné, avec une erreur maximum au niveau de la mesure de 0. 5 mm. La prise d'information devra être assurée par un système constitué de caméras vidéo. L'étude présentée dans ce mémoire décrit l'approche méthodologique ayant conduit à l'étude et à la réalisation d'un prototype intégrant une carte électronique vidéo spécifique. Elle correspond à une volonté d'améliorer le confort visuel des porteurs de lunettes. Après avoir décrit le travail de l'opticien et le système optique de l'il, seront présentés les paramètres caractérisants une monture. Les méthodologies de prise de mesure pour le centrage des verres de lunettes seront énoncées. La dernière génération de ces appareils est basée sur la vidéo. Ce rappel historique permettra de dégager un synoptique de l'appareil à mettre en oeuvre. Le contexte dans lequel seront insérées nos réalisations : d'abord la description de la scène à observer et son environnement, ensuite l'installation mécanique des systèmes vidéo et leur communication avec l'unité de traitement. Le système ainsi obtenu sera métrologiquement qualifié. Le troisième chapitre de ce rapport traitera de l'électronique mise en jeu pour la numérisation des signaux analogiques issus des caméras. Cette opération de numérisation d'une grande importance fournit l'image numérique qui servira à l'extraction des paramètres de centrage. Le quatrième et dernier chapitre sera consacré à la présentation des algorithmes d'analyse d'image utilisés pour l'extraction des paramètres de centrage. Les modifications apportées sur ces algorithmes afin de les adapter à notre cas seront mises en évidence. Enfin, le mémoire décrit l'état actuel de l'étude, les perspectives et les suites à donner à ce travail

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Baranger, Philippe. "Détection du kérozène par imagerie de fluorescence induite par laser, pour application sur foyer aéronautique." Paris 11, 2004. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009189.

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Abstract:

Les nouveaux concepts de foyers aeronautiques, developpes pour repondre aux evolutions des normes europeennes de pollution, sont generalement bases sur une amelioration des procedes d'injection de carburant liquide et de melange dans la chambre de combustion. Il n'existe pas actuellement modele suffisamment elabore pour pouvoir se passer de validation experimentale. Le but de cette these est de determiner les possibilites d'une mesure par plif (fluorescence induite par laser en nappe) de la repartition de vapeur de kerosene (jet a1), permettant de visualiser quantitativement les champs de concentrations instantanees du carburant vaporise en sortie d'injecteur. La mise en place d'une telle technique a necessite une analyse spectroscopique experimentale sur la vapeur de kerosene. Cette analyse a permis de determiner les proprietes du spectre de fluorescence du kerosene en fonction de parametres physiques tels que la temperature, la pression ou la composition du melange, en particulier en presence d'oxygene. Ensuite, il a ete montre que l'etude de la fluorescence du kerosene peut se faire en considerant uniquement un melange de quatre aromatiques dont les proprietes photophysiques ont egalement ete analysees. Suite a cette analyse spectroscopique, un modele phenomenologique de fluorescence du kerosene gazeux a ete mis en place. Ce modele a permis de definir une metrologie optique sur ce carburant. Une experience pilote a ete realisee en laboratoire afin de determiner les potentialites reelles de cette methode de diagnostic. Les resultats obtenus prouvent que cette technique est prometteuse pour realiser des mesures sur la vapeur de kerosene dans un foyer aeronautique
The new concepts of aeronautical engines, developed to follow the evolution of the european standards of pollution, are generally based on an improvement of the processes of liquid fuel injection and mixture in the combustion chamber. There is currently no model mature enough to work without experimental validation. The purpose of this thesis is to assess the possibility of measuring the kerosene (jet a1) vapour distribution by plif (planar laser induced fluorescence). That measurement technique must quantitatively image the instantaneous concentrations fields of the vaporized fuel in a spray. The implementation of such a technique needs an experimental spectroscopic study, which was realized on the vapour of fuel. First of all, this study allowed us to determine the properties of the kerosene fluorescence spectrum versus physical parameters such as temperature, pressure or gas mixture composition, especially in presence of oxygen molecules. Then, it was shown that the fluorescence spectrum of the fuel could be reproduce in all physical conditions by a single mixture of four aromatics. Their photophysical properties were also analyzed. Following this spectroscopic study, a phenomenological model for the fluorescence of the gaseous fuel was set up. This model led us to a protocol for an optical diagnostic on this fuel vapour. An experiment was set up to test the implementation and the limits of this technique in simple laboratory conditions. This experiment confirmed that this is indeed a promising technique for the diagnostic of the fuel vapour in aeronautical engine

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Seat, Han Cheng. "Capteurs à fibres optiques pour la métrologie, la géophysique et les déformations mécaniques." Habilitation à diriger des recherches, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01068810.

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Abstract:

Ce manuscrit d'Habilitation décrit les principales activités de recherche que je mène au sein du groupe Optoélectronique pour les Systèmes Embarqués du LAAS depuis 2003. Dans un premier temps, les travaux porteront sur le développement des capteurs à fibres optiques à base de fibres cristallines de rubis pour des environnements hostiles à savoir température élevée et déformations mécaniques très importantes. Il est à noter que ces capteurs sont insensibles aux dernières perturbations, et par conséquence, ne mesurent que la grandeur physique ciblée. Une deuxième partie concerne le développement initial d'un interféromètre fibré de Fabry-Pérot extrinsèque (EFFPI). Ce premier dispositif est basé sur la décomposition du mode fondamental injecté dans l'interféromètre en deux signaux intrinsèques interférométriques déphasés en quadrature, d'où l'EFFPI à double-cavité optiques. L'EFFPI à double-cavité se montre cependant sensible aux effets de polarisation lors des perturbations induites (variations de température et vibration parasites). Pour éliminer ces difficultés, un EFFPI à modulation est développé. Ce travail est effectué dans le cadre d'un projet ANR qui a pour objectif de développer des nouveaux instruments pour les applications en géophysique. En effet, une double modulation du courant de la diode laser est appliquée, ce qui équivaut une modulation sur la longueur d'onde du laser. Ainsi, nous obtenons une condition de quadrature où l'amplitude du déplacement ainsi que sa direction peuvent être précisément déterminées sans aucune ambiguïté. Par ailleurs, grâce a cette double modulation, l'EFFPI est aussi capable de mesurer des très faibles déplacements, inférieurs à lambda/4 (< 327.50 nm pour lambda = 1310 nm). Trois instruments opto-géophysiques ont ainsi été développés à savoir un inclinomètre longue base à fibre optique, un inclinomètre de forage à fibre optique et un sismomètre à fibre optique. La troisième partie taitera le développement des capteurs à fibres optiques à réseaux de Bragg pour la mesure de déformations mécaniques. Pour ce travail, une nouvelle technique d'interrogation des fibres à réseaux de Bragg basée sur la rétro-injection optique (ou "self-mixing") est exploitée pour réaliser des capteurs de contraintes (déformations mécaniques) avec une bonne précision.

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Knoop, Martina. "Confinement d'un ion unique de Ca+ pour la métrologie des fréquences optiques." Habilitation à diriger des recherches, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009442.

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Abstract:

Le présent rapport résume mon travail de recherche sur l'ion Ca+ effectué au cours de la dernière décennie. Les travaux préliminaires effectués dans un piège de Paul classique sont brièvement revus. Il s'agit notamment des mesures de durées de vie dans un nuage d'ions chauds ainsi qu'une étude des effets collisionnels pouvant réduire la durée de vie du doublet métastable 3D. Un piège miniature a ensuite été monté pour permettre l'accès au régime de Lamb-Dicke avec un ion unique. Ce piège a d'abord été caractérisé, avant d'entrer dans une phase d'optimisation du refroidissement laser et de la réduction du nombre des particules. L'observation des sauts quantiques d'un ion unique a servi à la mesure des durées de vie du niveau métastable, préparation pour l'interrogation de la transition d'horloge dans des conditions bien contrôlées. La réduction du micromouvement "excessif" a été abordée par différentes techniques, notamment par l'observation des résonances noires en variant la géométrie des faisceaux lasers. Les travaux en cours sur l'observation du spectre de bandes latérales du mouvement d'un ion unique sur la transition d'horloge sont discutés. L'étude théorique des effets systématiques prépare les conditions expérimentales nécessaires pour la métrologie des fréquences.

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Amara, Mohamed Kamel Eddine. "Applications de l'effet photoréfractif en métrologie optique : velocimetrie holographique par imagerie de particules & vélocimétrie Doppler laser." Rouen, 1998. http://www.theses.fr/1998ROUES019.

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Abstract:

La PIV permet de cartographier des distributions de vitesses dans les écoulements divers, flammes, jets, elle n'est cependant pas adaptée à l'étude de distributions de vitesses à trois composantes dans un volume d'étude. Des systèmes associant l'holographie à la PIV ont permis d'étendre l'étude aux volumes en utilisant des plaques photosensibles. Ils sont donc lents à cause du développement chimique et souffrent d'un RSB moyen. Dans la première partie de ce travail, un système de HPIV utilisant un cristal photoréfractif, support dynamique totalement recyclable, a été réalisé. Il se base sur l'enregistrement holographique instantané de plusieurs nappes dans le volume d'un cristal BSO. L'exploitation des puissances spectrales, via un calcul d'auto-corrélation, permet de déterminer les composantes de vitesses transversales. Une méthode de calcul de phase a été élaborée pour déterminer la composante axiale des vecteurs vitesses. Les tests de faisabilité se sont avérés encourageants. Dans la seconde partie de ce travail, on a procédé à une étude théorique de faisceaux non-diffractants produits par diffraction d'une onde convergente sur une ouverture annulaire. Pour compenser la faible efficacité de conversion, on a eu recours à une amplification optique des faisceaux par mélange à deux ondes dans un cristal photoréfractif Batio#3. On a montré aussi que, dans la LDV avec des faisceaux gaussiens, des erreurs d'estimations de vitesses de particules peuvent être induites à cause de la variation de l'interfrange dans le volume d'étude. Celles-ci peuvent être réduites par l'utilisation de faisceaux non-diffractants.

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Arezki, Yassir. "Algorithmes de références 'robustes' pour la métrologie dimensionnelle des surfaces asphériques et des surfaces complexes en optique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN058.

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Abstract:

Les formes asphériques et les surfaces complexes sont une classe très avancée d'éléments optiques. Leur application a considérablement augmenté au cours des dernières années dans les systèmes d'imagerie, l'astronomie, la lithographie, etc. La métrologie de ces pièces est très difficile, en raison de la grande gamme dynamique d'information acquise et la traçabilité à l'unité SI mètre. Elle devrait faire usage de la norme infinie; (Méthode de zone minimum ou la méthode Min-Max) pour calculer l'enveloppe entourant les points dans le jeu de données en réduisant au minimum la différence entre l'écart maximum et l'écart minimal entre la surface et l'ensemble de données. Cette méthode a une grande complexité en fonction du nombre de points, enplus, les algorithmes impliqués sont non-déterministes. Bien que cette méthode fonctionne pour des géométries simples (lignes, plans, cercles, cylindres, cônes et sphères), elle est encore un défi majeur lorsqu' utilisée pour des géométries complexes (asphérique et surfaces complexes). Par conséquent, l'objectif de la thèse est le développement des algorithmes d'ajustement Min-Max pour les deux surfaces asphériques et complexes, afin de fournir des algorithmes de référence robustes pour la grande communauté impliquée dans ce domaine. Les algorithmes de référence à développer devraient être évalués et validés sur plusieurs données de référence (Softgauges) qui seront générées par la suite
Aspheres and freeform surfaces are a very challenging class of optical elements. Their application has grown considerably in the last few years in imaging systems, astronomy, lithography, etc. The metrology for aspheres is very challenging, because of the high dynamic range of the acquired information and the traceability to the SI unit meter. Metrology should make use of the infinite norm; (Minimum Zone Method or Min-Max method) to calculate the envelope enclosing the points in the dataset by minimizing the difference between the maximum deviation and the minimum deviation between the surface and the dataset. This method grows in complexity as the number of points in the dataset increases, and the involved algorithms are non-deterministic. Despite the fact that this method works for simple geometries (lines, planes, circles, cylinders, cones and spheres) it is still a major challenge when used on complex geometries (asphere and freeform surfaces). Therefore, the main objective is to address this key challenge about the development of Min-Max fitting algorithms for both aspherical and freeform surfaces as well as least squares fitting algorithms, in order to provide robust reference algorithms for the large community involved in this domain. The reference algorithms to be developed should be evaluated and validated on several reference data (softgauges) that will be generated using reference data generators

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Meneses, Jaime. "Système optique pour la mesure des déformations de la voûte plantaire sous charge statique." Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques, 1998. http://www.theses.fr/1998BESA2061.

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Abstract:

Différentes techniques de mesure ont été développées en biométrologie afin de valider des modèles mécaniques du pied. Leur caractère invasif et le nombre d'images utilisées constituent les principaux inconvénients des techniques actuelles. Récemment le groupe d'exploration fonctionnelle du C. H. U. De Besançon a proposé un modèle 3D qui tient compte du comportement non linéaire et viscoélastique du pied. Ce travail a pour objectif l'implémentation d'un système de métrologie, à partir de la méthode de projection de franges, pour la détermination des déformations de la voûte plantaire en conditions de charge statique. La principale contrainte imposée au système est sa résolution, qui doit être inférieure à 100 µm dans tout le champ d'observation de 300 x 120 x 40 mm. La première partie de ce travail montre que l'approximation télécentrique couramment utilisée dans les systèmes de projection et d'observation de franges non télécentrique est la principale source d'erreur. La deuxième partie est dédié à la réalisation de ce système et sa caractérisation. La résolution obtenue est de 44 µpm, dans tout le champ d'observation, à un contraste des franges, de 50 niveaux de gris sur 256 possibles. Cette résolution a été obtenue en faisant : une projection à partir d'un projecteur à cristaux liquides, une acquisition à multi¬senseur, les corrections des aberrations géométriques, la correction des déformations dues à l'observation et à la projection non télécentriques et l'utilisation des courbes d'étalonnage pour la conversion de phase en hauteur. La dernière partie valide le système en mesurant les déformations du pied normal en conditions de charge statique. On a mesuré ainsi une déformation de 0. 5 mm de la hauteur du point culminant de l'arche interne pour une charge de 5 kg appliquée au genou du sujet. Ensuite, on a démontré le comportement viscoélastique du pied en mesurant les cycles d'histérésis pour des charges entre 5 et 45 kg
Different techniques of measurement has been developed in biometrology in order to validate mechanical models of foot. The most important disadvantages of this techniques are theirs characteristic invasif and the lot of information needed. Recently, the functional exploration group of C. H. U. Besançon have proposed a 3D model that takes account of nonlinear and viscoelastic behaviour of foot. The purpose of this work is to design and develop of a profilometry system based on fringe projection, for the measurement of arch foot deformation under conditions of static load. The major constraint imposed to system is their resolution that must be lower than 100 µm within the observation field of 300 x 120 x 40 mm. The first part of this work shows that the telecentric approximation is the main source of error. The second part is dedicated to the realization of this system and their characterization. The resolution obtained is 44 µm within the observation field, for 50 gray scale of fringe contrast over 256 possible. This resolution was been obtained with: a projection from a LCD projector, a multi sensor acquisition, the correction of geometric aberrations, the correction of deformations which are due to the nontelecentric observation and projection, and the use of calibration curves. The last part describe the application of system to measure the deformation of normal foot under static load. We have measured in this way a deformation of 0. 5 mm for the height of the arch foot at 5 kg of load applied over the patient's knee. Subsequently, we have demonstrated the viscoelastic behaviour of foot measuring the hysteresis cycles for loads between 5 to 45 kg

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Olivier, Thomas. "Contribution à la métrologie de l'indice de réfraction et de l'absorption non-linéaires dans le régime nanoseconde : amélioration de la méthode de Z-scan et simulations numériques." Aix-Marseille 3, 2004. http://www.theses.fr/2004AIX30002.

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Abstract:

Lorsqu'un faisceau laser de forte puissance traverse un matériau transparent, l'autofocalisation peut mener à une dégradation de la surface d'onde ou conduire à un endommagement du matériau. Afin de mieux comprendre ces phénomènes, la mesure précise de l'indice de réfraction non-linéaire est capitale. Dans le régime nanoseconde, plusieurs mécanismes peuvent mener à une variation photo-induite de l'indice de réfraction non-linéaire. Afin d'étudier les variations d'indice de réfraction photo-induites dans le régime nanoseconde, un banc de mesure sensible de faibles indices de réfraction non-linéaire a été développé. Ce banc de mesure est basé sur une méthode de mesure de déformation de faisceau : la méthode de Z-scan. A l'aide d'une parfaite maîtrise de la métrologie et d'un algorithme de simulation très général, l'indice de réfraction non-linéaire peut être mesuré avec une sensibilité de /3000 sur la variation de chemin optique dans le matériau et une erreur absolue estimée à 12% à 1064 nm et 16% à 532 nm sur l'indice de réfraction non-linéaire. Dans ces conditions, l'indice de réfraction non-linéaire de la silice et du BK7 a pu être mesuré à 1064 nm et à 532 nm. Une contribution non négligeable de l'électrostriction et des effets thermiques a pu être constatée
When a high power laser beam goes through a transparent material, self-focusing may lead to a degradation of the wave surface quality or to a damage of the material. In order to have a better understanding of these phenomena, it is crucial to obtain an accurate measurement of the nonlinear refractive index. In the nanosecond regime, several mechanisms may lead to a photoinduced variation of the nonlinear refractive index. In order to study the photoinduced variations of the nonlinear refractive index in the nanosecond regime, a sensitive measurement bench of small nonlinear refractive indexes has been developed. This measurement bench is based on a beam distortion measurement method: the Z-scan method. Thanks to a perfect mastery of the metrology and a very general simulation algorithm, the nonlinear refractive index can be measured with a sensitivity equal to /3000 on the optical path variation inside the material and an absolute error estimated to be 12% at 1064 nm and 16% at 532 nm on the nonlinear refractive index. In these conditions, the nonlinear refractive index of silica and BK7 was measured at 1064 nm and 532 nm. A non negligible contribution of electrostriction and thermal effects was noticed

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Rihan, Abdallah. "Sources laser non linéaires accordables dans l'infrarouge et l'ultraviolet pour la métrologie des rayonnements optiques." Phd thesis, Conservatoire national des arts et metiers - CNAM, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00705888.

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Abstract:

L'objet de cette thèse porte sur la conception et la réalisation de deux sources laser non linéaires accordables dans les domaines IR et UV, pour le raccordement de la sensibilité spectrale des détecteurs au moyen du radiomètre cryogénique du laboratoire commun de métrologie (LCM). La source IR est un oscillateur paramétrique optique (OPO) résonant sur les ondes pompe et signal (PRSRO), utilisant un cristal de niobate de lithium à inversion de domaines de polarisation dopé par 5% d'oxyde de magnésium (ppMgCLN). Pompé par un laser Ti:Al2O3 en anneau mono-fréquence et accordable, délivrant 500 mW de puissance utile autour de 795 nm, l'OPO possède un seuil d'oscillation de 110 mW. Une couverture spectrale continue entre 1 µm et 3.5 µm a été obtenue, avec des puissances de l'ordre du mW pour l'onde signal (1 µm à 1.5 µm) et des puissances comprises entre $20$ à $50$ mW pour l'onde complémentaire couvrant un octave de longueur d'onde IR entre 1.7 µm et 3.5 µm. La source UV est obtenue par doublage de fréquence en cavité externe du laser Ti:Al2O3, dans un cristal de triborate de lithium (LiB3O5). Un accord de phase en température à angle d'accord de phase fixé permet l'obtention d'une couverture spectrale comprise entre 390 nm et 405 nm. L'asservissement de la cavité de doublage sur la fréquence du laser Ti:Al2O3 par la méthode de Pound-Drever-Hall, ainsi qu'une adaptation de mode optimale, permet d'obtenir une puissance de 5.64 mW à 400 nm à partir de 480 mW de puissance fondamentale.

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Billault, Vincent. "Dynamique et applications des boucles optiques à décalage de fréquence pour l'optique hyperfréquence et la métrologie." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY036.

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Abstract:

Depuis une dizaine d’années, les boucles à décalage de fréquence ont montré des performances inédites dans le domaine de la photonique microonde. La compréhension fine de ces architectures particulières représente une étape essentielle à leur optimisation selon les applications visées. Les objectifs de cette thèse sont d'apporter une description dynamique des boucles à décalage de fréquence, et d’étudier en profondeur leur utilisation dans deux cas concrets d’applications : la génération d’impulsions à haute cadence de répétition et à bas bruit de phase, et la génération d’impulsions à modulation linéaire de fréquence de large couverture spectrale.Nous avons étudié théoriquement et expérimentalement la formation du peigne de fréquences dans le régime transitoire des boucles à décalage de fréquence, ainsi que la stabilité du train d’impulsions émis par la boucle en régime stationnaire. La compréhension des mécanismes et phénomènes mis en en jeu à travers deux modèles basés respectivement sur les équations couplées du laser et sur la fonction de transfert de bruit de la boucle à décalage de fréquence, nous ont permis de proposer des solutions pour optimiser l’architecture de boucle à décalage de fréquence.Nous avons enfin proposé deux applications pour lesquelles nous avons montré les avantages de l‘utilisation de boucles à décalage de fréquence : l’échantillonnage de signaux radiofréquence à large bande instantanée assisté optiquement, et la métrologie optique (télémétrie, capteurs à fibre optique)
Over the past decades, frequency shifting loops have shown unprecedented performances in the field of microwave photonics. A detailed understanding of the particular architectures represents an essential step in their optimization regarding the targeted applications. The objectives of this thesis are to provide a dynamic description of frequency shifting loops, and to study in depth their use in two concrete cases of applications: the generation of pulses with high repetition rate and low phase noise, and the generation of chirps with large bandwidth.We have studied theoretically and experimentally the formation of the frequency comb in the transient regime of frequency shifting loops, as well as the stability of the pulse train emitted by the loop in the stationary state. Understanding the phenomena and mechanisms involved in the two models developed based respectively on the rate equation of the laser and the noise transfer function of the loop, allow us to propose different solutions to optimize the architecture of frequency shifting loops.Eventually, we have proposed two applications for which we have shown the advantages of frequency shifting loops: optically-assisted sampling of wideband radiofrequency signals, as well as optical metrology such as telemetry or optical sensors

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Oulamara, Aomer. "Inspection optique et reconnaissance des formes bidimensionnelles dans le domaine de l'analyse d'écriture, de l'imagerie industrielle et de la métrologie speckle." Besançon, 1989. http://www.theses.fr/1989BESA2037.

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Abstract:

Les travaux présents dans ce mémoire concernent l'exploitation de quelques méthodes optiques et numériques de reconnaissance des formes appliquées à des images 2-D dans le domaine de l'écriture et du contrôle industriel. Dans la première partie sont présentées 2 méthodes d'analyse d'écriture: La lecture automatique de caractères berbères, et une méthodes de synthèse non linéaire pour la caractérisation de scripteurs. Dans la 2ème partie, une approche du traitement numérique des formes en imagerie industrielle est proposée. Elle met en oeuvre une méthode de codage de courbure, Dans un processus de comparaison avec une référence. La 3ème partie traite enfin des propriétés de corrélation par des méthodes numériques de speckles enregistrées au moyen de photodétecteurs CCD. Des méthodes originales de traitements et d'applications spécifiques en mécanique et en biologie sont proposées puis expérimentées

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Sadouni, Achour. "Réalisation et caractérisation métrologique d'un pyromètre accordable." Thesis, Paris, CNAM, 2015. http://www.theses.fr/2015CNAM1012.

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Abstract:

Cette thèse de doctorat traite de la réalisation et la caractérisation métrologique d’un pyromètre à filtre accordable acousto-optique (AOTF). La première partie expérimentale de ce travail a été consacrée à l’étude du fonctionnement et de la caractérisation du filtre AOTF, la seconde, a été dédiée au développement et à l’optimisation du pyromètre AOTF.Contrairement aux pyromètres habituels dont la sélection spectrale est obtenue par un filtre interférentiel, le pyromètre accordable développé dans ce document utilise un filtre acousto-optique adapté à un étalonnage par laser. La longueur d’onde optique de mesure est imposée par la fréquence de l’onde radiofréquence appliquée au filtre acousto-optique, qui ne requiert aucun mouvement mécanique.En contrepartie, le spectre optique diffracté par ce type de filtres, présente d’importants lobes secondaires de diffraction qui dégradent le taux de réjection hors bande du pyromètre. Grace à un montage en double passage dans une configuration optique en œil de chat, les lobes secondaires de diffraction ont été fortement atténués. Le taux de diffusion optique du pyromètre est de l’ordre de 10-5 en valeur relative.La reproductibilité de sa sensibilité spectrale en longueur d’onde est de 0,01 nm et 0,1 % en amplitude sur une semaine. Ces caractéristiques, comparables à celles des meilleurs monochromateurs, permettent l'utilisation du pyromètre AOTF pour des applications métrologiques au meilleur niveau d’exactitude. L'instrument est accordable en longueur d'onde sur un domaine étendu, compris entre 600 nm et 950 nm. Il est également transportable car sa masse est inférieure à 20 kg et sa longueur inférieure à 1 m. Les performances et la caractérisation métrologique du pyromètre ont été validées par la mesure de la température thermodynamique du point du cuivre, en accord avec celle donnée dans l'EIT-90
This PhD Thesis presents the work that has been done to design and build, along with the evaluation of the radiometric performance, of a radiation pyrometer based on acousto-optic tunable filter (AOTF). Part of this work has been given to the characterization of the acousto-optic tunable filter (AOTF); however, the other part has been dedicated to the development and the optimization of the radiation pyrometer.Unlike conventional pyrometers whose spectral selection is obtained an interference filters, the AOTF that has been used in this work enables direct calibration of the radiation pyrometer using laser sources without any interference effects. This in turns allows direct calibration of the pyrometer against the cryogenic radiometer or through trap detectors with lower uncertainty levels. The spectral range selected by the AOTF is adjusted by changing the frequency applied to the filter without any mechanical movement, which is an advantage compared to grating-based systems.One of the main limitations in using AOTF is the existence of diffraction lobes which appear beyond the in-band spectral range. These lobes result in significant deterioration in the blocking capabilities of the filter, and thus an increased out-of-band signal levels are obtained. However this has been solved by using a double-pass optical configuration, which has reduced these diffraction lobes and kept them within insignificant levels. The resultant out-of-band signal levels have been found within 10-5 of the in-band signal. The reproducibility of wavelength calibration is within 0.01 nm, yet with 0.1 % reproducibility in the amplitude of the in-band signal over a course of one week. The stability of wavelength is comparable to that found in high quality monochromators. This in turns allows the use of our pyrometer in metrological applications that require high level of accuracy. The instrument spectral coverage can be tuned over a wide spectral range, between 600 nm and 950 nm. The pyrometer is also transportable as its mass is less than 20 kg and with dimensions of 90 L x 20 H x 30 W cm. The performance and metrological characterization of the pyrometer have been validated by measuring the thermodynamic temperature of the freezing point of the copper, which was in a very good agreement with that value defined by the International Temperature Scale (ITS-90)

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Burcklen, Catherine. "Microscope X dans la fenêtre de l’eau : conception, miroirs à revêtements multicouches et métrologie associée." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLO002/document.

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Abstract:

L’observation d’échantillons biologiques à une échelle nanométrique est actuellement un thème majeur pour la biologie. En particulier, la microscopie à rayons X dans la fenêtre de l’eau (entre les seuils d’absorption K-alpha de l’oxygène et du carbone, soit entre 2,4 et 4,4 nm de longueur d’onde) présente un intérêt remarquable car elle permet à la fois l’observation d’échantillons biologiques avec un fort contraste d’absorption naturel, mais également une haute résolution grâce à la courte longueur d’onde d’utilisation. Plusieurs microscopes basés sur des composants diffractifs ont d’ores et déjà été développés et ont montré une résolution allant jusqu’à 12 nm. Dans ce contexte, nous développons au Laboratoire Charles Fabry un microscope X plein champ à miroirs en incidence proche de la normale. Le schéma optique du microscope a dans un premier temps été étudié et optimisé. Il est basé sur un objectif de Schwarzschild, et dispose donc d’une longue distance de travail ce qui permettra de faciliter l’installation de l’échantillon à observer. Les miroirs doivent être traités avec un revêtement multicouche à très faible période à base de chrome et de scandium. Plusieurs systèmes multicouches à couches sub nanométrique ont été étudiés pour maximiser la réflectivité des revêtements à une longueur d’onde proche de 3,14 nm, parmi lesquels : Cr/Sc, Cr/B4C/Sc, CrN/Sc et CrN/B4C/Sc. Une réflectivité pic de plus de 23% a été mesurée pour un revêtement multicouche CrN/B4C/Sc à un angle d’incidence inférieur à 5°
The observation of biological samples at a nanometer scale is currently a major topic for biology. In particular, X-ray microscopy in the water-window (between Oxygen and Carbon K-alpha edges, corresponding to a wavelength between 2.4 and 4.4 nm) is off remarkable interest since it enables the visualization of biological samples with a natural high absorption contrast and a high resolution thanks to the short working wavelength. Several such x-ray microscopes have already been developed and showed resolutions down to 12 nm. In this context, we develop at Laboratoire Charles Fabry a full field, near normal incidence mirror based X-ray microscope. The optical design of the microscope was studied and optimized in a first place. It is based on a Schwarzschild objective, with a rather long working distance so that the installation of the sample will be facilitated. The mirrors are to be coated with very short period multilayer coatings containing chromium and scandium. Several multilayer systems with sub-nanometer thick layers ere studied in order to obtain the highest reflectance possible near normal incidence at a wavelength near 3.14 nm. Those systems were Cr/Sc, Cr/B4C/Sc, CrN/Sc and CrN/B4C/Sc. A peak reflectance of 23% has been measured for CrN/B4C/Sc at an incidence angle lower than 5°

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Gallais, Laurent. "Endommagement laser dans les composants optiques : métrologie, analyse statistique et photo-induite des sites initiateurs." Aix-Marseille 3, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX30069.

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Abstract:

Cette thèse traite des phénomènes d'endommagement induits sous fort flux laser en régime nanoseconde, dans les composants optiques tels que les verres et les couches minces métalliques et diélectriques. Un travail est tout d'abord effectué sur la métrologie d'endommagement, afin d'obtenir des mesures précises et fiables des courbes de probabilité d'endommagement tout en contrôlant scrupuleusement les conditions de tir. Ensuite, nous montrons que les densités de sites initiateurs de l'endommagement laser sont de quelques dizaines par (10 micro-m)3 dans le volume des verres, et de un parmicro-m3 cube dans le cas des surfaces. Cette analyse associée à une étude morphologique nous permet de discuter de la nature de ces précurseurs et des processus mis en jeu. L'influence de la longueur d'onde (UV à IR) et de tirs répétés est également analysée. Des simulations sont menées afin d'étudier les mécanismes d'initiation d'endommagement sur ces sites. Ces travaux nous permettent d'estimer la taille des sites précurseurs en fonction de leur indice imaginaire et de discuter de leur possible détection
This thesis deals with laser damage phenomena for nanosecond pulses, in optical components such as glasses, dielectric and metallic thin films. Firstly, a work is done on the laser damage metrology, in order to obtain accurate and reliable measurement of laser-induced damage probabilities, with a rigorous control of test parameters. Then, with the use of a specific model, we find densities of laser damage precursors in the case of bulk glasses (few tens by (lOO micro-m)3) and in the case of glass surfaces (one precursor by micro-m3). Our analysis is associated to morphology studies by Atomic Force Microscope to discuss about precursor nature and damage process. Influence of wavelength (from 355 to 1064 nm) and cumulated shots is also studied. Simulations are performed to study initiation mechanisms on these inclusions. This work gives an estimation of complex index and size of the precursor, which permits to discuss about possible detection by non-destructive tools

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Bercy, Anthony. "Liens ultra-stables par fibres optiques : déploiement vers plusieurs utilisateurs distants, étude des limites fondamentales et technologiques et nouvelles applications." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCD087/document.

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Abstract:

Les liens optiques permettent de disséminer une fréquence de référence ultra-stable à de nombreux laboratoires de recherche pour des mesures de très haute précision en métrologie et au-delà. Nous avons démontré premièrement une extraction simple d’un signal ultra-stable en différents points d’une liaison optique urbaine de 92 km, avec une stabilité de fréquence relative à 1 s de 1, 3 × 10−15 et sensiblement dégradée sur le long terme par les effets thermiques diurnes. Nous avons développé et testé un deuxième dispositif amélioré avec un montage interférométrique compact et activement thermalisé et une diode laser permettant de disséminer le signal vers un lien secondaire dont le bruit est activement compensé. Ces deux dispositifs permettront de disséminer le signal à de multiples utilisateurs en région parisienne et sur le réseau REFIMEVE+. Nous avons deuxièmement évalué les performances d’une méthode de type Two-Way pour la comparaison de deux références de fréquence par fibre optique. Nous avons testé la sensibilité de cette comparaison sur une boucle fibrée de télécommunication de 100 km en propagation unidirectionnelle puis bidirectionnelle, avec une excellente stabilité de la fréquence grâce à une très bonne réjection du bruit de la fibre. Ces résultats ouvrent la voie à la réalisation d’un réseau métrologique à l’échelle nationale et internationale pour la dissémination des meilleures horloges optiques
Optical frequency links give the possibility to disseminate an ultra-stable frequency reference to many research laboratories for precise measurements as performed in frequency metrology and in applied and fundamental physics. We demonstrated first a simple branching network setup dropping an ultra-stable signal at different positions along an urban optical link of 92 km, that exhibits a relative frequency stability of 1.3×10−15 at 1 s integration time, limited by long-term diurnal thermal effects. We developed and tested an improved setupwith a compact and thermalized optical interferometer and a laser diode used to feed a secondary link, which fiber noise is compensated. These two setup open the way to multiple-users dissemination in Paris area and on the REFIMEVE+ network.Second we demonstrated optical frequency comparison using a two-way method. We tested the sensitivity of this comparison over a 100 km telecommunication fiber loop network using either unidirectional or bidirectional propagation, with an excellent frequency stability thanks to the very good rejection of the fiber noise.These results open the way to high-resolution frequency comparison of the best optical clocks over national or international fiber networks

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Rademaker, Guido. "Métrologie avancée pour la lithographie par multi-faisceaux d’électrons." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT122.

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Abstract:

Afin d’accroître significativement la rapidité d’exposition de la lithographie par faisceau d’électrons, Mapper Lithography a conçu une machine permettant d’opérer avec 649 740 faisceaux d'électrons gaussiens en parallèle. Le champ d'exposition est alors divisé en 13 000 sous-champs d’une largeur de 2.2 µm, avec une zone de recouvrement de 200 nm entre eux. Plusieurs paramètres doivent être contrôlés pour atteindre les spécifications rencontrées dans les nanotechnologies : la dimension critique des motifs dans chaque sous-champs; le positionnement relatif des sous-champs (en anglais `stitching'); le positionnement des motifs par rapport à un motif déjà existant (`overlay'). Il en découle des besoins en métrologie spécifiques : très importante quantité de mesures et leur caractère innovant. Dans cette thèse, différentes techniques de métrologie optique ont été explorées afin de satisfaire ces besoins. Six nouvelles mires pour la métrologie par imagerie ont été conçues et évaluées avec des performances, en terme d’incertitude de mesure et de temps de mesure à l’état de l’art. La diffusiométrie par réflectométrie spectroscopique polarisante a été utilisée et adaptée pour la mesure de dimension critique des motifs dans chaque sous-champs. Une incertitude de mesure jusqu'à 0.4 nm a été obtenue. Des effets de résonances plasmoniques entre des nano-antennes de type papillons croisés ont été mis à profit pour mesurer le raccordement entre chaque sous-champs. Nous avons montré par simulations électromagnétiques que les désalignement DX et DY peuvent être reconstruits indépendamment
To overcome throughput limitations of electron beam lithography, Mapper Lithography designed a machine that can expose with up to 649,740 parallel Gaussian electron beams. In the exposure process, the substrate is divided into 2.2-µm-narrow stripes with a 200 nm overlap. Several parameters need to be controlled: the critical dimensions of the features in the individual stripes; the stitching between the stripes; and the overlay with respect to a previous layer. In this thesis, different optical metrology techniques are explored. Six novel targets for an image based overlay have been developed to measure in-stripe overlay and stripe-to-stripe stitching and are evaluated by total measurement uncertainty (TMU) and measurement time. Scatterometry by spectroscopic reflectometry allows for measurement of non-uniform gratings using an effective critical dimension concept, resulting in a total measurement uncertainty metric down to 0.41 nm (3σ). Stitching can be measured by cross-resonant bow-tie antennae, consisting of four triangles straddling the stitching boundary. Simulations for three different stacks show that the DX and DY stitching errors can be reconstructed independently

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Hilico, Adèle. "Capture de forces à atomes piégés dans un réseau optique : caractérisation des performances." Thesis, Paris, Ecole normale supérieure, 2014. http://www.theses.fr/2014ENSU0007/document.

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Abstract:

Ce mémoire présente la réalisation d'un dispositif expérimental de deuxième génération pour le projet FORCA-G (FORce de CAsimir et Gravitation à courte distance). L'objectif de ce projet est la mesure des interactions à faible distance entre un atome et une surface massive. La mesure de force est réalisée à l'aide d'interféromètres atomiques utilisant des atomes confinés dans un réseau optique 1D vertical basé sur le déplacement des atomes de puits en puits. La dégénérescence des niveaux d'énergies des atomes dans les puits du réseau est levée par la force que l'on cherche à mesurer. Des transitions Raman permettent de séparer les atomes dans des puits adjacents, puis de les recombiner, créant ainsi un interféromètre atomique qui permet de mesurer la différence d'énergie entre puits, liée à la fréquence de Bloch nu B du réseau. Ce travail présente la mise en place d'un dispositif proprement dédié au projet, qui permettra à terme de mesurer les forces à faible distance. Il rend compte des améliorations obtenues en configuration de gravimètre sur la sensibilité court terme de la mesure qui atteint 5. 10^-6 à 1 s. Il regroupe l'étude des limitations de la sensibilité, de l'exactitude et l'étude de la perte de contraste des interféromètres. Il présente aussi la mise en place d'une étape supplémentaire : l'implémentation d'un piège dipolaire visant obtenir un échantillon d'atomes plus dense et plus froid
The thesis presents the set up of the second version of the experiment FORCA-G (CAsimir FORce and Gravitation at short range). The purpose of this experiment is the measurement of short-range interactions between an atom and a massive surface. The measurement is realised thanks to atom interferometers using atoms trapped in a 1D vertical optical lattice. The energy levels of atoms in such a trap are shifted from lattice site to another by the force we aim at measuring. We move the atoms from site to site using counter-propagating Raman transitions. The atoms are moved from Δm lattice sites only if the Raman frequency matches υHFS +∆m.υB where υHFS is the frequency of the hyperfine ground state transition and υB is the Bloch frequency and represents the difference of potential energy between two wells in the case where the atoms are far from the surface. This thesis presents the implementation of a setup properly dedicated to FORCA-G in which the measurement of short-range forces will be possible. It reaches an improved short-term relative sensitivity on the measurement of the Bloch frequency of at 3.9 10-6 at 1s. It contains the studies of the limits in the sensitivity, the accuracy and the contrast losses. It also presents the implementation of a dipolar trap to further cool the atoms and increase their density (crossed dipolar trap with a 1064 broadband laser)

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Jiang, Haifeng. "Développement de liens optiques ultra-stables pour le transfert de fréquences à longues distances." Phd thesis, Université Paris-Nord - Paris XIII, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00537971.

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Abstract:

Le transfert des fréquences ultra-stables entre laboratoires distants est requis par de nombreuses applications concernant la métrologie temps/fréquence, la physique fondamentale, les accélérateurs de particules et l'astrophysique. Cette thèse décrit le développement de liaisons optiques ultra-stables sur des distances de 86 à 300 km. L'objectif à long terme est de développer des liens optiques de 1000 km environ afin de relier les principaux instituts nationaux de métrologie en Europe. Le lien optique est basé sur le transfert de la phase optique d'un laser ultra-stable de longueur d'onde 1542 nm par une fibre optique du réseau de télécommunications. Pour cela ont été développés des lasers stabilisés sur cavité Fabry-Perot et sur fibre optique. L'instabilité relative des lasers stabilisés sur cavité est de l'ordre de 10-15 pour un temps d'intégration de 1 s. Les lasers stabilisés sur fibre sont robustes, compacts, simples, accordables et leur bruit de fréquence est comparable à celui des lasers stabilisés sur cavité pour des fréquences supérieures à quelques dizaines de Hertz. Les liens optiques ont d'abord été démontrés sur 86 km et 172 km en utilisant des fibres dédiées reliant les laboratoires LNE-SYRTE et LPL. L'instabilité relative de fréquence obtenue était de l'ordre de 10-19 pour des temps d'intégration de 104 s. Pour des distances plus grandes, le signal ultra-stable est transféré directement sur le réseau Internet en utilisant un canal de fréquence dédiée, par la technique de multiplexage en longueur d'ondes. Un lien multiplexé a ainsi été démontré sur une distance de 300 km, avec une instabilité relative de fréquence au même niveau qu'avec des fibres dédiées

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Brahimi, Houda. "Étude en bruit de systèmes optiques hyperfréquences modélisation, caractérisation et application à la métrologie en bruit de phase et à la génération de fréquence." Toulouse 3, 2010. http://thesesups.ups-tlse.fr/1018/1/Brahimi_Houda.pdf.

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Abstract:

Les composants optoélectroniques sont de plus en plus utilisés dans les systèmes micro-ondes. Les liaisons par fibres optiques, permettent par exemple une réduction significative de la taille et de la masse des systèmes de distribution de signaux à bord des systèmes embarqués (avion, satellite, radar,. . . ). Cependant, les performances de ces systèmes dépendent des performances des dispositifs utilisés pour les conversions électrique/optique et optique/électrique, de la technique de modulation optique choisie, des amplificateurs micro-ondes utilisés, de la qualité de la fibre optique et, finalement, de la topologie choisie pour réaliser le système entier. Ceci explique l'importance de développer une approche de modélisation efficace pour ces systèmes. Cette thèse nous a permis de développer une telle approche basée sur un logiciel de simulation de circuits hyperfréquences, comprenant différentes méthodes d'analyse des systèmes non-linéaires (dont la balance harmonique) et du bruit dans ces systèmes (conversion de bruit entre les harmoniques). L'originalité de ce travail consiste en l'utilisation de ce logiciel pour simuler des composants optoélectroniques, qui sont décrits par des équivalents électriques ou mathématiques. Grâce à cette étude, nous avons pu modéliser dans un premier temps une liaison optique utilisant un modulateur de Mach-Zehnder et incluant les différentes composantes de bruit du système. Un modèle est également proposé pour un discriminateur de fréquence micro-ondes à ligne à retard optique et enfin pour un discriminateur de fréquence optique. Sur la base de cette étude, un discriminateur de fréquence micro-onde utilisant une ligne à retard optique de plusieurs kilomètres a été conçu et réalisé. Ce système présente des performances en bruit de phase à l'état de l'art
Optical devices are more and more used in microwave systems, taking benefit of the low losses of optical fibers, of their small size and their immunity to electrical parasitic signals. An example of these systems is the microwave optical oscillator, either based on optical resonators or delay lines, which can deliver ultra high spectral purity signals. However, the performance of these systems is dependent on the performance of the devices used for the electrical to optical or optical to electrical conversions, the chosen optical modulation technique, the necessary microwave amplifiers, the devices biasing circuits, the quality of the optical fiber and, above all, the topology chosen to build the whole system. It is thus important to be able to compute the system phase noise using an appropriate modelling approach. This thesis allowed us to develop such approach using specific microwave circuit design software: Agilent ADS. This software has been designed in the 1990s in order to take into account the frequency conversion phenomena between the noise sidebands around the different harmonics of the RF signal (including DC). This software may be used to simulate the microwave parts of a microwave optical system. However, it generally does not include any specific model for the optical devices involved in these systems. A solution to this problem is to find a representation of these devices which can be implemented in the microwave simulator, using either an equivalent electrical circuit or a mathematical model. Finally, a Mach-Zehnder modulator based optical link and its noise performance is successfully described. A model is proposed for an optical delay line microwave frequency discriminator and also for an optical discriminator. Thanks to this study, an optical delay line microwave frequency discriminator is designed and realized. The phase noise performance of this system corresponds to the state of the art

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Zuquete, Guarato Alexandre. "Métrologie 3D de pièces de formes complexes par moyens optiques : Une application à l'équilibrage de vilebrequins." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00942486.

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Abstract:

Les travaux de thèse ont pour objectif de proposer une méthode flexible de mesure de balourds des vilebrequins. A l'heure actuelle, la mesure des balourds des vilebrequins est réalisée à l'aide de machines d'équilibrage, qui sont très dépendantes de la géométrie et de la typologie des vilebrequins. De ce constat, il semble intéressant de remplacer ces moyens de mesure mécanique par des moyens de mesure de géométrie de la peau plus flexibles vis-à-vis des typologies de pièces. Ces travaux ont mis en évidence les deux problématiques majeures : le calcul des balourds sur données bruitées et incomplètes issues de la numérisation, le choix des systèmes de numérisation acceptables vis-à-vis de l'équilibrage, et la planification de trajectoires de mesure respectant des contraintes de qualité et de temps de cycle. Une méthode de calcul de balourds à partir de données discrètes et basée sur une voxélisation a été développée. Un protocole d'évaluation de capteurs a été mis en place. Celui-ci est constitué d'indicateurs de qualité préalablement développés au Lurpa et de nouveaux indicateurs permettant de prendre en compte la complexité géométrique des vilebrequins. La méthode de planification de trajectoires s'appuie sur une voxélisation adaptative dans laquelle la taille des voxels est réglée en fonction du besoin. Les caractéristiques de la fenêtre de mesure du capteur sont prises en compte. La démarche globale d'équilibrage par mesure de la géométrie externe a été validée grâce à la numérisation de 7 vilebrequins avec deux différents systèmes de numérisation.

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Rudz, Steve. "Contribution à la métrologie des feux de forêts : couplage de données thermiques et de données optiques." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2011. http://www.theses.fr/2011INPL056N/document.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse a été de mettre au point un capteur dédié à la métrologie des feux de forêts. Ce capteur mesure le flux thermique émit par la flamme car c'est le seul paramètre global mesurable. Le modèle de flamme mince qui lui est associé permet d'obtenir une information riche (flux volumique, positions avant ou arrière du front de flamme, longueur de flamme). Ce capteur a été prévu pour servir comme un outil de calibration et de validation du modèle de propagation présenté au chapitre 1. Cependant la calibration requiert la minimisation de l’écart entre le flux thermique mesuré et calculé, elle fait donc intervenir la position du front de flamme, ce qui ajoute beaucoup de paramètres à la fonction objectif. Mon travail dans cette thèse a été de remédier à ce problème en ajoutant au système de mesure une partie optique. Les données optiques obtenues à l'aide d'une caméra visuelle ont permis d'extraire le contour au sol de la flamme et d'en déduire sa position. Le système développé dans ce travail est unique et représente l’unité d’un réseau de capteurs pour la métrologie des feux de végétation, ou des feux à grande échelle
The main purpose of this thesis is to design a sensor for forest fire metrology. This sensor measures the radiative heat flux emitted by the flame because it is the only global accessible. The thin flame model associated provides useful information (volume heat flux, forward and backward fire front positions, flame length…). This sensor has been designed to calibrate and validate a fire propagation model presented in chapter 1. Nevertheless, the calibration process requires the minimization of the gap between the measured and the computed heat flux, so fire front positions are involved which leads to add a lot of parameters to the objective function. My work was to solve this problem by incorporating optical measurements. Optical data obtained through a visual camera allow to extract fire front positions. The sensor developed in this work is unique and is the unit of a sensor network for forest fire metrology

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Sirmain, Gilles. "Etude, réalisation, et métrologie de photodétecteurs infrarouge à bande d'impuretés bloquée à base de silicium dopé antimoine." Toulouse 3, 1994. http://www.theses.fr/1994TOU30065.

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Abstract:

Le developpement de photodetecteurs a bande d'impuretes bloquee (bib) a base de silicium dope antimoine a ete entrepris pour couvrir la gamme spectrale centree a 30 m. Ces dispositifs en couches minces epitaxiees fonctionnent aux environs de 10 k. Ils comportent entre deux plans de contacts ohmiques une couche photoactive adjacente a une couche tres pure ayant pour role de bloquer le courant par sauts entre impuretes de la couche active fortement dopee. La technologie bib necessite un niveau de compensation de l'ordre de 10#-#5 dans la couche active, une purete d'environ 10#1#2 cm#-#3 dans la couche pure et un contact frontal semi-transparent. Les couches pure et photoactive ont ete realisees par epitaxie cvd et le contact frontal par implantation ionique dans la couche pure et recuit thermique rapide. Une instrumentation specifique de caracterisation electrique et optique a ete mise en place pour l'etude physique des dispositifs. La caracterisation a demontre que les niveaux de dopage, de compensation et de purete requis sont atteints. La photoconductivite infrarouge a revele par ailleurs un dopage au phosphore non intentionnel de la couche active. L'extension des reponses spectrales vers les grandes longueurs d'ondes est interpretee sur la base de l'effet poole-frenkel et de l'ionisation thermique ou par impact d'electrons chauds des etats localises photoexcites. La modelisation de la sensibilite par un mecanisme d'ionisation par impact conduit a proposer des valeurs de champ electrique seuil et de section efficace d'ionisation par impact pour l'impurete antimoine. Des mesures de magneto-resistance jusqu'a 40 t donnent une valeur indicative des parametres de transport dans la bande d'impuretes. Une efficacite quantique de detectivite de 20% mesuree sous un flux de photons de 60 nw a une temperature de 10 k a ete obtenue pour une concentration optimale d'antimoine de 5. 10#1#7 at/cm#3. Ces performances sont les meilleures dans la gamme spectrale visee et conviennent au projet spatial safire de spectroscopie de la haute atmosphere

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Le, Targat Rodolphe. "Horloge à réseau optique au Strontium : une 2ème génération d'horloges à atomes froids." Phd thesis, Télécom ParisTech, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00170038/en/.

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Abstract:

Les fontaines atomiques, basées sur une transition micro-onde du Césium ou du Rubidium, constituent l'état de l'art des horloges atomiques, avec une exactitude relative avoisinant 10^{-16}. Il apparaît cependant clairement aujourd'hui qu'il sera difficile de dépasser significativement ce niveau de performance avec un dispositif de ce type.

L'utilisation d'une transition optique, toutes choses étant égales par ailleurs, ouvre la perspective d'une amélioration de 4 ou 5 ordres de grandeur de la stabilité et de l'incertitude relative sur la plupart des effets systématiques. Les effets liés au mouvement des atomes peuvent être, quant à eux, contrôlés d'une façon totalement différente, en les piégeant dans un réseau optique pour éviter la phase de vol ballistique caractéristique des fontaines. Le point clef de cette approche réside dans le fait que les paramètres de ce piège peuvent être ajustés de façon à s'affranchir du déplacement lumineux si l'on sélectionne une transition d'horloge faiblement permise J=0 -> J=0.

A cet égard, l'atome de strontium est l'un des candidats les plus prometteurs, la transition ^1S_0 -> ^3P_0 présente une largeur naturelle de 1 mHz, et plusieurs autres transitions facilement accessibles peuvent être utilisées en vue d'un refroidissement laser efficace des atomes jusqu'à une température de 10 µK. Ce manuscrit de thèse d'une part démontre la faisabilité expérimentale d'une horloge à réseau optique basée sur l'atome de strontium, et d'autre part expose une évaluation préliminaire de l'exactitude relative avec l'isotope fermionique ^{87}Sr, à un niveau de quelques 10^{-15}.

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Graciani, Guillaume. "Three-dimensional stochastic interferometry : theory and applications to high-sensitivity optical metrology and light scattering amplification Random dynamic interferometer:cavity amplified speckle spectroscopy using a highly symmetric coherent fieldcreated inside a closed Lambertian optical cavity 3D stochastic interferometry detects picometer dynamics of an optical volume Cavity Amplified Speckle Spectroscopy expands lightscattering methods to transparent or miniature samples Super-resolution provided by the arbitrarily strongsuperlinearity of the blackbody radiation." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX058.

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Abstract:

La puissance de la métrologie optique nécessite généralement des géométries simples avec un alignement précis et une phase optique bien contrôlée. Dans cette thèse, nous développons plutôt la notion d'interférométrie du chaos, en utilisant un champ optique ayant un désordre géométrique maximal et une phase aléatoire. Nous montrons que la stochasticité conduit à une très grande sensibilité interférométrique et ouvre la possibilité d'un large éventail de nouvelles mesures optiques et d'une nouvelle méthode que nous appelons la Cavity Amplified Speckle Spectroscopy (Spectroscopie de Speckle Amplifiée par Cavité).L'idée clef est d'injecter un laser monochromatique à très faible bande passante dans une cavité à haute réflectivité Lambertienne, qui agit comme un résonateur aléatoire à gain élevé. On obtient alors un billard Lambertien cohérent en 3D, rempli d'un champ aléatoire 3D statistiquement homogène dans l'espace et invariant par rotation. En tout point P, il peut être décrit comme la superposition cohérente d'un grand nombre d'ondes planes prises au hasard dans une distribution statistique unique qui combine indépendamment (1) une distribution à symétrie sphérique du vecteur d'onde sur une sphère ||k||=k0, avec (2) une distribution uniforme de la phase sur [0,2pi], et (3) un état de polarisation uniformément distribué sur la sphère de Poincarré. Le motif de speckle 3D aléatoire qui en résulte reste constant dans le temps tant que la diffusion de la longueur d'onde du laser peut être négligée. A plus long terme, cependant, il se comporte ergodiquement. Ce travail représente la première réalisation expérimentale de la notion de champ aléatoire 3D proposée par Berry, et il se rapporte également aux recherches sur l'enchevêtrement classique de la lumière. Les concepts de résonateur aléatoire à gain élevé, ou billard lambertien cohérent, correspondent à un nouveau domaine de l’optique, qui n'obéit ni à l'équation d'onde ni à l'équation de diffusion, et devrait conduire à de nouvelles recherches théoriques et expérimentales.En pratique, avec une diffusion suffisamment lente de la phase d'entrée et un bruit de photons suffisamment faible, l'intensité du champ de speckle ne fluctue et ne devient ergodique que si la géométrie de la cavité n'est pas constante, ou si elle contient un milieu avec une distribution de longueurs de chemins optiques ou une polarisation non constante. En utilisant des spectres de décorrélation d'intensité obtenus entre 100 MHz et 0,01 Hz à partir de grains de speckle individuels, nous démontrons la possibilité de mesurer les variations picométriques de la géométrie de la cavité et de détecter sous l’ angstrom le mouvement de diffuseurs en solution. Cette interférométrie volumique du chaos peut également être utilisée pour amplifier des signaux de diffusion auparavant indétectables, et nous montrons un setup miniaturisé de diffusion de la lumière fonctionnant avec des volumes de l’ordre du microlitre et des systèmes quasi-transparents. Un brevet a été déposé pour toute une série d'applications, notamment la détection des vibrations sismiques et acoustiques, la caractérisation du bruit de phase des lasers et la mesure d'échantillons très dilués et peu diffusants
The power of optical metrology generally requires simple geometries with precise alignment and well controlled optical phases. In the present thesis, we develop instead the notion of chaos interferometry, using an optical field with maximal geometric disorder and phase randomness. We show that stochasticity leads to a very high interferometric sensitivity and opens up the possibility for a wide range of new optical measurements and a new method we call Cavity Amplified Speckle Spectroscopy.The key idea is to inject a very small bandwidth monochromatic laser into a cavity with high albedo Lambertian reflectivity, which acts as a high-gain random resonator. A 3D coherent Lambertian billiard is obtained, filled with a 3D random field that is statistically uniform in space and invariant by rotation. At any given point P, it can be described as the coherent superposition of a large number of plane waves randomly taken from a unique statistical distribution that independently combines (1) a spherically symmetric distribution of the wave vector on a sphere ||k||=k0, with (2) a uniform distribution of the phase on [0,2pi], and (3) a uniformly distributed polarization state on the Poincarré sphere. The resulting random 3D speckle pattern remains constant with time as long as the diffusion of the laser’s wavelength can be neglected. At longer times however, it behaves ergodically. This work represents the first experimental realization of the notion of a 3D random field proposed by Berry, and it also relates to the investigations on classical light entanglement. The concepts of high-gain random resonator, or coherent Lambertian billiard, correspond to a new kind of field in optics, that obeys neither the wave equation nor the diffusion equation, and should lead to new theoretical and experimental investigations.Practically, with a slow enough diffusion of the input phase and a small enough photon-number noise, the speckle intensity field fluctuates and becomes ergodic only if the geometry of the cavity is not constant, or if it contains a medium with a non-constant optical path length distribution or polarization. Using intensity decorrelation spectra obtained between 100 MHz and 0.01 Hz from single speckles, we show the possibility to measure picometer variations of the cavity geometry and to detect sub-angstrom motion of scatterers in solutions. Chaos interferometry can also be used to amplify previously undetectable scattering signals, and we show a miniaturized light scattering setup working with microliter volumes and quasi-transparent systems. A patent was filled for a range of applications including seismic and acoustic vibration sensing, laser phase noise characterization and measurements of highly diluted and poorly scattering samples

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Montaux-Lambert, Antoine. "Conception d’un interféromètre large bande spectrale pour la métrologie et l’imagerie de phase sur sources synchrotron." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS042/document.

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Abstract:

Cette thèse présente les travaux de recherche effectués dans le but de concevoir et optimiser un instrument de métrologie du front d’onde et d’imagerie de phase sur faisceau synchrotron dans la gamme des rayonnements X durs. L’étude s’est focalisée sur la conception d’un interféromètre à réseau unique dont l’extraction des informations associées à l’analyse du front d’onde s’effectue par démodulation Fourier. Ces choix ont été déterminés par la volonté de concevoir un instrument robuste pouvant fonctionner sur une large gamme de conditions expérimentales sans avoir à modifier et accorder les paramètres et éléments constitutifs fondamentaux de l’instrument à chaque expérience. Ceci se résume par la contrainte forte de pouvoir réaliser une calibration absolue du système de façon à garantir la prise de mesure ultérieure par acquisition d’un interférogramme unique tout en s’affranchissant des erreurs de mesure déterministes de l’instrument.La variable expérimentale la plus importante correspond à l’énergie de travail; par conséquent la conception de l’interféromètre s’est organisée autour de la recherche de performances constantes sur une large bande spectrale pour des énergies entre 10 à 30keV, et a conduit à l’étude et à la mise en œuvre d’une configuration interférométrique innovante. Celle-ci exploite un régime diffractif particulier du réseau permettant d’accéder à la propriété d’achromaticité (non rigoureuse) par repliement des performances de mesure sur cette bande spectrale, et ce, pour un instrument reposant pourtant sur un composant diffractif fondamentalement chromatique.D’autre part, afin de garantir l’analyse quantitative de l’information portée par les modulations interférométriques générées par le réseau, nous avons également optimisé les traitements numériques et abouti au développement d’un algorithme de pré-traitement des interférogrammes permettant de s’affranchir des effets de bord lors de l’analyse d’images à support fini. Les artefacts rencontrés sont connus sous le nom de phénomènes de Gibbs et apparaissent dans le cas général de la transformée de Fourier d’un signal discontinu. Ainsi, annuler ces effets de bord permet également de gérer les problèmes d’éclairement partiel de la pupille de l’analyseur dont la gestion est essentielle en métrologie de front d’onde.Enfin nous présenterons les résultats expérimentaux de validation du concept interférométrique et de mesures applicatives en métrologie optique et en imagerie de phase sur des échantillons d’intérêt issus de domaines variés, de la biologie à la paléontologie
This PhD dissertation presents the optimization and design of a wavefront analyzer dedicated to optical metrology and phase imaging on synchrotron sources in the hard X-ray regime. We chose to develop a single grating interferometer combined with a phase retrieval algorithm based on Fourier analysis. The main purpose here is to conceive a bulk instrument able to work in a great variety of experimental conditions without having to tune the parameters of the instrument in between experiments. This is thus related to the key constraint that is to calibrate the wavefront analyzer so that any further measurements could be corrected from any deterministic errors and allow single shot measurements of any sample.The key varying parameter in synchrotron experiments is the radiation energy (or wavelength). Therefore, the design of the interferometer aimed at minimizing the discrepancies of its performances over a broad spectral range from 10 to 30keV . This research lead in one hand to the description and implementation of an innovative interferometric configuration based on the achromatization of the instrument performances over this spectral range, despite the chromatic nature of the grating.On the other hand, in order to guaranty the quantitative analysis of interferograms, we also optimized the numerical approach to extract and treat the information they contain. This lead to the development of a conditioning procedure for a subsequent phase retrieval by Fourier demodulation. It fulfills the classical boundary conditions imposed by Fourier transform techniques and allows a nearly artifact-free extraction of the information.At last, experimental results demonstrate first, the viability of the grating achromatization concept, and then, the possibility to realize the metrology of grazing incidence optics at different wavelengths. The instrument was then used for phase imaging purposes of biological and archaeological samples

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Pelle, Bruno. "Interféromètres atomiques dans un réseau optique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00921181.

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Abstract:

Le projet ForCa-G, pour Force de Casimir et Gravitation à courte distance, a pour objectif la réalisation de mesures de forces à faible distance entre des atomes et un miroir en utilisant des techniques d'interférométrie atomique. Sont principalement visées la mesure de la force de Casimir-Polder ainsi que la poursuite des tests de gravitation à faible distance dans le cadre d'éventuelles déviations à la loi de Newton. Cette expérience s'appuie sur le piégeage d'atomes neutres dans un réseau optique 1D vertical, où les énergies propres de cet Hamiltonien réalisent une échelle de niveaux d'énergie discrets localisés dans chacun des puits du réseau, appelée échelle de Wannier-Stark. La thèse présentée dans ce manuscrit constitue une démonstration de principe de ce projet avec des atomes situés loin du miroir. Chaque niveau d'énergie est alors séparé de celui du puits adjacent par un incrément en énergie potentielle de pesanteur, représenté par la fréquence de Bloch $\nu_{\mathrm{B}}$. Des interféromètres atomiques sont ensuite réalisés dans le réseau à l'aide d'impulsions Raman ou micro-onde où les paquets d'onde des atomes piégés sont placés, puis recombinés, dans une superposition d'états entre différents niveaux d'énergie localisés soit dans le même puits, soit dans des puits adjacents. Ce travail présente l'étude de différents interféromètres, caractérisés en termes de sensibilité et d'effets systématiques sur la mesure de la fréquence de Bloch. Une sensibilité de $\sigma_{\mathrm{\delta \nu_B}} /\nu_{\mathrm{B}} = 9,0 \times 10^{-6}$ à $1$~s en relatif a été obtenue, qui s'intègre jusqu'à $\sigma_{\mathrm{\delta \nu_B}} /\nu_{\mathrm{B}} = 1,9 \times 10^{-7}$ en $2 \, 800$~s. Ce qui constitue une mesure de l'accélération de la pesanteur g à l'état de l'art des gravimètres atomiques piégés.

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Rousseau, Isabelle. "Non-linéarité cubique et dommage photochromique de KTP : métrologie des propriétés optiques paramétriques quadratiques appliquée aux isotypes arseniates KTA, RTA, CTA." Dijon, 1999. http://www.theses.fr/1999DIJOS040.

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Abstract:

La finalité de ce travail est d'améliorer la métrologie des propriétés optiques paramétriques cristallines et d'optimiser les dispositifs optiques. Dans une première partie, nous réalisons la première expérience de génération de tierce harmonique directe dans KTP et déterminons la valeur absolue et le signe de X( 3 ) 1 6 et Χ ( 3 ) 2 4, les deux éléments du tenseur Χ ( 3 ) gouvernant les interactions a 4 ondes efficaces dans KTP. Cette étude nécessite la prise en compte des interactions quadratiques en cascade Χ ( 2 ): ( 2 ), le calcul complet des puissances générées, ainsi que le calcul des tenseurs Χ ( 2 ) et Χ ( 3 ) par le modèle de charge de liaison. La deuxième partie concerne l'extension de la méthode de la sphère, initialement appliquée en situation de génération de second harmonique, aux interactions de somme et différence de fréquences. Avec le nouveau banc de mesure, nous déterminons les directions d'accord de phase de KTA, RTA ET CTA, en particulier pour la génération entre 3 μm et 5 μm (bande II de transparence de l'atmosphère) ; nous établissons également leurs équations de Sellmeier, qui sont les plus fiables a l'heure actuelle. Enfin, dans une troisième partie, nous étudions l'influence du dommage photochromique sur les propriétés optiques de KTP : nous mesurons l'augmentation photoinduite des coefficients d'absorption et mettons en évidence l'importance de l'axe polaire ainsi qu'une modification éventuelle de la surface des cristaux. Par ailleurs, nous montrons que le degré du dommage photochromique n'augmente pas au-delà d'une certaine intensité laser et qu'il diminue en fonction de la température.

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Thiel, Valérian. "Analyse modale d'un peigne de fréquences femtoseconde : corrélations spectrales classiques et quantiques." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066661/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions les applications aux mesures de précision à la limite quantique d'un peigne de fréquence optique dans le régime femtoseconde, ainsi que les fluctuations de sa structure spectrale. Pour cela, nous utilisons un formalisme emprunté au domaine de l'optique quantique. Nous démontrons que la structure du peigne peut effectivement être décomposée sur une base de modes, dont chacun est relié à un paramètre physique. À l'aide de mesures projectives, nous montrons qu'il est alors possible d'accéder à une information portée par le champ électromagnétique (tel le délai temporel d'une impulsion), ainsi qu'aux fluctuations de la source laser (en analogie, la gigue temporelle). Finalement, nous proposons l'élaboration d'un système pour générer deux faisceaux quantiques "comprimés en temps", puisqu'ils permettent de mesurer un délai avec une sensibilité accrue par rapport à l'utilisation de ressources classiques
In this thesis, we investigate the usage of an optical femtosecond frequency comb for precision measurements at the quantum limit, as well as the fluctuations of the combs structure. We use a formalism that is borrowed from quantum optics to describe classical phenomenon. We show indeed that the comb structure can be decomposed on a basis of modes, where each of these is attached to a given physical parameters. In a projective measurement scheme, we show that it is then possible to measure an information carried by the electromagnetic field (such as a delay in time) as well as fluctuations from the laser source (in that example, the timing jitter). We finally propose a scheme to generate two beams that are "squeezed in time", since they allow to measure a delay with a better sensitivity than using classical resources

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Karuseichyk, Ilya. "Multiparameter Method of Moments for Sources Resolving and Characterization." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. http://www.theses.fr/2024SORUS161.

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Abstract:

La métrologie quantique présente de nombreuses perspectives prometteuses, montrant le potentiel pour améliorer significativement la précision des mesures dans divers domaines, allant de l'imagerie à la détection des ondes gravitationnelles. Cependant, évaluer si un schéma de mesure donné extrait effectivement toutes les informations disponibles, comme prédit par la limite de Cramer-Rao quantique, reste un défi dans les scénarios pratiques. De plus, la construction d'algorithmes de traitement de données, réalisables sur le plan computationnel et exploitant pleinement les données mesurées, représente un autre obstacle dans l'estimation de plusieurs paramètres. Pour relever ces défis, cette thèse adopte l'approche de la Méthode des Moments pour l'estimation de plusieurs paramètres — une technique de traitement de données qui tire parti des premiers moments statistiques des résultats de mesure. Cette méthode fournit des estimateurs simples avec des limites de sensibilité associées, facilitant le calcul et réduisant les exigences sur le système de détection. En utilisant cette approche, nous explorons le problème classique de la résolution de points sources de lumière et étendons son champ d'application à des scénarios où les sources lumineuses brillantes présentent une cohérence mutuelle. Notre investigation inclut des modèles avec des statistiques diverses et des propriétés de cohérence, y compris des instances de statistiques non classiques ou de cohérence mutuelle dépendant de la séparation des sources. En analysant de multiples paramètres tels que la séparation des sources, la luminosité relative et absolue, et la phase, nous comparons la sensibilité de la technique de démultiplexage spatial basée sur les moments, l'imagerie directe et la limite de Cramer-Rao quantique. Nos résultats démontrent une approche d'estimation pratique qui atteint souvent une performance quantique optimale. En outre, nous appliquons la technique basée sur les moments pour caractériser efficacement les états gaussiens en utilisant des données de détection homodyne. Nous concevons un estimateur non biaisé optimal par des transformations algébriques des données mesurées, offrant une alternative plus simple aux méthodes traditionnelles basées sur l'optimisation, qui sont intensives en calcul
Quantum metrology presents numerous promising prospects, showing the potential for significant enhancing of the measurement precision across various domains, from imaging to gravitational wave detection. However, assessing whether a given measurement scheme effectively extracts all the available information, as predicted by the quantum Cramer-Rao bound, remains challenging in practical scenarios. Additionally, constructing computationally feasible data-processing algorithms that fully exploit the measured data poses another challenge in multiparameter estimation. To address these challenges, this thesis adopts the Method of Moments approach to multiparameter estimation — a data-processing technique leveraging the first statistical moments of measurement results. This method provides straightforward estimators with associated sensitivity bounds, facilitating easy computation and relaxing demands on the detection system.Using this approach, we explore the classical problem of resolving point sources of light and extend its scope to scenarios where bright sources exhibit mutual coherence. Our investigation includes models with diverse statistics and coherence properties, including instances of non-classical statistics or separation-dependent mutual coherence of the sources. By analyzing multiple parameters such as sources' separation, relative and absolute brightness, and phase, we compare the sensitivity of the moment-based spatial mode demultiplexing technique, direct imaging, and the quantum Cramer-Rao bound. Our findings demonstrate a practical estimation approach that often achieves quantum-optimal performance. Furthermore, we apply the moment-based technique to efficiently characterize Gaussian states using homodyne detection data. We devise an optimal unbiased estimator through algebraic transformations of measured data, providing a simpler alternative to traditional optimization-based methods that are computationally intensive

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Mammadi, Younes. "Métrologie optique à petite échelle sous Microscope Électronique à Balayage : mesures de champs cinématiques en présence de discontinuités, par couplage FIB-MEB-CIN." Electronic Thesis or Diss., Poitiers, 2020. http://www.theses.fr/2020POIT2288.

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Abstract:

Le travail qui suit est divisé en trois grandes parties. Premièrement, lorsque nous souhaitons réaliser des études à des échelles plus petites telles que l’échelle micrométrique, nous devons non seulement utiliser un moyen d’observation plus complexe, tel que le microscope électronique à balayage «MEB-FEG» pour obtenir des images exploitables en métrologie optique, mais aussi avoir un marquage (mouchetis) à ces échelles.Actuellement, la corrélation d’images numériques est la technique de mesure de champs cinématique la plus utilisée pour étudier le comportement mécanique des matériaux et des structures sur une zone d’intérêt allant de l’échelle du mètre à l’échelle millimétrique. Ces derniers peuvent être obtenus par diverses techniques comme par exemple en utilisant le Dual-Beam «FIB».Pour la démarche scientifique adoptée nous avons commencé par développer un mouchetis artificiel, avec une profondeur de gravure de l’ordre de 100 nanomètres. Nous nous sommes appuyés également sur des outils statistiques tels que la gamme des niveaux de gris, l’auto corrélation, le nombre de passes et la variation de grossissement qui s’avèrent nécessaires pour valider le marquage et avoir de meilleurs résultats. Ceci a constitué la première partie de cette thèse.Dans la seconde partie, la méthode DIC a été adoptée en utilisant un microscope électronique à balayage (MEB) et un marquage réalisé grâce à un faisceau d’ions focalisés (FIB). Afin de construire une solution métrologique maîtrisée et fiable pour observer et quantifier les mouvements et les déformations de la matière à ces échelles, différents essais ont été réalisés sur deux métaux différents, à savoir, l’Acier 3041 et l’Inconel 718, et ce pour s’assurer de la répétabilité et de la reproductibilité de la procédure.Dans ces essais, nous avons proposé de calculer les déplacements horizontaux et verticaux ainsi que l’erreur liée à ces déplacements. La même démarche a été menée sur les champs de déformations. Différents résultats ont été obtenus en fonction de la variation de l’écart type trouvé dans les données acquises permettant de quantifier les erreurs de mesure ainsi que la répétabilité et la dérive dans le temps.La dernière partie du travail proposé porte sur l’adaptation des méthodes de mesure aux mécanismes particuliers de déformation à ces échelles, comme la localisation de fractures et l’endommagement.Pour étudier le comportement mécanique et prendre en compte les fractures locales, nous avons procédé à l’extraction des déformations d’un matériau fracturé à l’aide d’une méthode de mesure de champ de déplacement.L’approche proposée consistait à extraire les déformations résiduelles des premiers gradients locaux de HDIC les moins perturbés par la fracture. Différents tests ont été effectués pour évaluer la validité de cette nouvelle approche proposée.Une application pour étudier le comportement mécanique d’un composite métallique (Al /ω-Al-Cu-Fe) a été proposée. Une exploitation particulière de tous les champs réside dans la bonne séparation des champs de déformation et de la partie fissurée.Une discussion sur la comparaison entre une analyse DIC conventionnelle et son extension a été présentée sur les zones avec et sans fractures
This work is divided into three main parts. Initially, in order to order to carry out our studies at smaller scales such as micrometric scale, we must not only use a more complex means of observation, for example, scanning electron microscope "MEB-FEG" to obtain images usable in metrology optical, but also have to mark (speckle) on these scales. More recently, digital image correlation is the most widely used kinematic field measurement technique to study the mechanical behavior of materials and structures over an area of interest ranging from the meter scale to the millimeter one. This can be obtained by using a dual-focused ion beam technique. Furthermore, we have adopted a scientific approach by first developing an artificial speckle, with an engraving depth of the order of 100 nanometers. We also relied on statistical tools such as the range of gray levels, autocorrelation, the number of passes and the variation of magnification, which were necessary to validate the marking and to generate better results.In the second part, we coupled the DIC by utilizing the scanning electron microscope and the focused ion beam as the labelling techniques. In order to build a controlled and reliable metrological solution to observe and quantify the movements and deformations of matter at these scales. Several tests have been carried out on two metals ; Steel 304l and Inconel 718, toensure the repeatability and reproducibility of the procedure. In these tests, we proposed to calculate the horizontal and vertical displacements as well as the error related to these displacements.We demonstrate the same approach on the deformation fields. Different results have been obtained depending on the variation of the standard deviation found in the acquired data making it possible to quantify measurement errors as well as repeatability and drift over time.The last part of the proposed work is about the adaptation of measurement methods to the particular mechanisms of deformation at different scales, such as the location of fractures and damage. To study mechanical behavior and taking into account local fractures, we extract the deformations of a fractured material using a displacement field measurement method. The proposed approach consists of extracting the residual deformations of the first local gradients of H-DIC, the least disturbed by the fractures. Various tests have been carried out to assess the validity of this proposed new approach. An application to study the mechanical behavior of a metallic composite (Al / ω -Al-Cu-Fe) is proposed. Particular exploitation of all the fields lies in the good separation of the deformation fields and the cracked part. A discussion on the comparison between a conventional DIC analysis and its extension is presented on the zones without and with fractures

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Duchêne, Marie. "Développement d'une nouvelle technologie pour la réalisation de filtres interférentiels de type "allumette"." Phd thesis, Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00471569.

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Abstract:

Pour assurer la fonction de sélection spectrale au sein d'imageurs embarqués sur satellites défilants, les filtres allumettes apparaissent comme une solution particulièrement efficace, mais dont la fabrication reste délicate. L'objectif de cette thèse a alors été d'explorer de nouvelles voies technologiques pour la réalisation de ces composants optiques microstructurés. Une étude théorique de procédés d'assemblage, ainsi que de leur impact sur la structure et la fabrication de filtres allumettes, a mis en avant les nombreux intérêts qu'offre une solution basée sur l'assemblage. Cette approche a été validée expérimentalement, à la fois sur les plans optique et mécanique, par la réalisation de composants prototypes dont la caractérisation spectrale, du fait de la géométrie particulière de ces filtres, a nécessité le développement d'un outil de métrologie dédié. Une seconde approche, plus novatrice, a également été étudiée, reposant sur le principe du transfert d'empilements multicouches. Les tests réalisés pour la validation des étapes élémentaires de ce procédé, montrent des perspectives intéressantes.

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Perros, Elodie. "Caractérisation locale du transfert de chaleur aux interfaces solide-solide dans les milieux isolants." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLET030/document.

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Abstract:

L’objet de cette thèse, effectuée en collaboration avec Saint-Gobain dans le cadre d’un financement CIFRE, est l’étude du transfert thermique à l’interface entre les objets microscopiques constituant les matériaux isolants à base de verre. Nous avons développé deux instruments nouveaux, permettant d’investiguer le transfert thermique entre deux objets microscopiques en verre. Le premier instrument est une sonde locale à balayage utilisant une sonde thermosensible (sonde SThM) permettant d’effectuer une mesure très locale de la température d’un échantillon ou éventuellement de le chauffer lorsqu’elle est en contact avec celui-ci. Nous avons utilisé cette sonde de manière détournée, en collant une bille de verre de 20µm de diamètre à son extrémité, en la plaçant au-dessus d’une surface plane de verre, dont la température est différente de celle de la bille, et en étudiant la température au sommet de cette bille à mesure que la distance bille-plan varie. Les « courbes d’approche » ainsi obtenues et un modèle en résistances équivalentes que nous proposons permettent de donner une première estimation de la résistance thermique de contact dans une géométrie bille-plan. Le deuxième instrument est un dispositif nouveau de thermographie infrarouge. Il s’agit d’une méthode sans contact qui permet à la fois de produire des images dans le moyen infrarouge avec une résolution spatiale meilleure que ce que la limite de diffraction ne permet, mais aussi d’effectuer une mesure dynamique du refroidissement d’un système constitué d’une ou de plusieurs fibres de verre micrométriques(s) suite à un échauffement bref et local par absorption d’un laser ultraviolet impulsionnel. La comparaison de ces courbes de refroidissement enregistrées sur une fibre seule ou sur un croisement de fibres permet d’obtenir une information sur la résistance thermique de contact au croisement des deux fibres. Un modèle semi-analytique que nous avons développé permet de reproduire ces tendances sur une fibre seule. Nous avons également développé un modèle perturbatif exploitant le modèle à une fibre qui permet de reproduire l’évolution spatio-temporelle de la chaleur au sein d’un système de deux fibres en contact
The aim of this thesis, in collaboration with Saint-Gobain within the framework of a CIFRE funding, is the study of heat transfer at the interface between microscopic objects from which isolation materials are made. During this thesis we developed two new instruments, allowing to investigate the heat transfer between two microscopic glass objects. The first instrument is a scanning probe microscope using a thermosensitive probe (SThM probe) allowing to make a very local temperature measurement or to produce a local heating of a sample in contact with the probe. We used this probe in an unusual way, by gluing a 20µm diameter glass bead on its thermosensitive end, by placing it above a flat glass surface whose temperature is different from that of the bead, and by studying the temperature at the top of this bead as the distance bead-to-plan varies. The "approach curves" obtained in this way and a model using a thermoelectric analogy that we propose allow to give a first estimation of the thermal resistance of contact in a sphere-plane geometry. The second instrument is a new infrared thermography device. It is a contactless method which allows to produce images in the mid-infrared with a spatial resolution better than the diffraction limit, but also to carry out a dynamic measurement of the cooling of a system made of one or more micrometric glass fibers, after a short and local heating by absorption of a pulsed ultraviolet laser. Comparison of these curves recorded on a single fiber or on two crossing fibers makes it possible to obtain an information on the thermal resistance of contact at the crossing of the two fibers. A semi-analytical model that we developed allows us to reproduce these trends on a single fiber, while a perturbative approach exploiting the one-fiber model allows us to reproduce the spatiotemporal evolution of heat within a system of two fibers in contact

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Pinel, Olivier. "Optique quantique multimode avec des peignes de fréquence." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00654841.

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Abstract:

Les lasers femtoseconde sont des sources de très haute précision pour la métrologie. La possibilité de produire des états comprimés dans ce régime pourrait conduire à une amélioration des mesures physiques. Dans une première partie, j'introduirai une limite de sensibilité pour l'estimation de paramètres portés par le champ électromagnétique, utilisant des ressources gaussiennes quelconques. Il peut être montré qu'un état comprimé monomode, sur un mode bien défini, est optimal d'un point de vue expérimental. Je présenterai alors un schéma simple et général, utilisant une détection homodyne, qui permet de mesurer de façon optimale des paramètres portés par le champ électromagnétique. Dans une seconde partie, je présenterai les résultats expérimentaux que nous avons obtenus en utilisant un oscillateur paramétrique optique femtoseconde pompé de façon synchrone. J'exposerai la production d'états comprimés en intensité dans ce régime ainsi que la preuve du caractère multimode de la lumière produite. Ceci constitue une étape majeure pour la production d'états multimodes sur mesure en régime femtoseconde.

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André, Éric. "Imagerie métrologique en nanoscopie : application en métrologie interférométrique." Montpellier 2, 1992. http://www.theses.fr/1992MON20287.

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Abstract:

La microscopie a saut de phase et la microscopie a glissement de frange sont des nouvelles methodes non destructives de caracterisation de surface des semiconducteurs. L'outil informatique a enormement facilite l'usage de ces techniques de mesure de relief. Autour de lui, les methodes nouvelles de vision permettent l'expertise de qualification de materiaux en surface. Un logiciel specialise nanoprof a ete developpe, a base de menu deroulant et qui permet de mesurer le relief de surface en appliquant ces nouvelles methodes de vision et en creant des images de synthese. Ces images fournissent les renseignements necessaires sur la constitution et la forme des surfaces. L'utilisation de la psm et pfsm a permis de caracteriser le relief de surface des transistors mesfet ainsi que les defauts apres attaque chimique d'echantillons de gaas. Ces caracterisations ont illustre l'utilisation d'un logiciel complet de traitement d'image applique a la mesure de surface

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Millo, Jacques. "Génération de signaux micro-ondes pour la métrologie à partir de références et de peignes de fréquences optiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00637969.

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Abstract:

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la réalisation d'un système de génération de signaux micro-ondes à haute stabilité de fréquence. De tels signaux sont obtenus en asservissant en phase un laser femtoseconde à fibre sur une référence de fréquence optique ultra-stable. On est ainsi capable de transférer la stabilité relative de fréquence d'une référence optique dans le domaine micro-onde. Des lasers ultra-stables ont d'abord été développés afin de servir de référence. Ils sont obtenus en asservissant en fréquence un laser sur une cavité Fabry-Perot. Une étude par calculs numériques puis expérimentale a permis de minimiser l'influence, sur les cavités, de la source de bruit dominante qu'est les vibrations. Grâce à cette démarche et à l'utilisation de miroirs de cavité en silice fondue, deux de ces lasers ultra-stables ont une stabilité relative de fréquence estimée à 4,1×10^(-16) @ 1 s. A partir du laser femtoseconde stabilisé sur l'un des lasers ultra-stable, un signal micro-onde à ~12 GHz est généré avec une stabilité de 3×10^(-15) à 1 s. Une horloge atomique à fontaine, interrogée avec ce signal, atteint une stabilité de 3,5×10^(-14)τ^(-1/2), sa limite fondamentale imposée par le bruit de projection quantique. On montre ainsi que la contribution du bruit du signal d'interrogation sur la stabilité de l'horloge (effet Dick) est rendue négligeable. Enfin, la limitation ultime du processus de transfert de l'optique vers la micro-onde a été mesurée en utilisant la même référence optique pour deux lasers femtosecondes identiques. Après optimisation du système, elle a été évaluée au niveau de 2-3×10^(-16) entre 1 s et 10 s.

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Vallet, Grégoire. "Détection non destructive en cavité pour des horloges à réseau optique au strontium." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEO026/document.

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Abstract:

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont consisté en la réalisation d'un système de détection non destructif assisté par cavité d'atomes piégés sur réseau optique pour l'amélioration de la stabilité d'une horloge optique au strontium. La caractérisation de ce système dans son fonctionnement en régime classique, dans lequel les atomes piégés diffusent suffisamment peu de photons pour ne pas être expulsés du piège durant la détection, a mis en évidence des améliorations significatives en termes de rapport signal à bruit avec un gain d'un facteur cent en comparaison avec le système précédent de détection par fluorescence. Les gains en termes de stabilité par réduction de l'effet Dick restent cependant à concrétiser.Pour la réalisation du régime quantique, dans lequel moins d'un photon est diffusé par atome durant la détection, des idées nouvelles et des changements significatifs ont du être opérés sur le système et un travail théorique conséquent a été entrepris afin de déterminer la stratégie permettant une amélioration de la stabilité par réduction du bruit de projection quantique par mesure sans démolition de la cohérence de l'état interne atomique.J'y ai également aborder l'étude des effets des collisions chaudes des atomes de strontium piégés avec les particules du fond de vide résiduel, permettant une amélioration de l'exactitude de l'horloge. Cette thèse rapporte en particulier la première mesure expérimentale du déplacement de la fréquence de transition d'horloge due à ces collisions ainsi que son étude théorique
The work achieved in the frame of this PhD training consisted in the implementation of a cavity enhanced non destructive detection system of atoms trapped in an optical lattice aiming at improving the stability of an optical strontium clock.The characterization of the system in its classical regime, for which a sufficiently low number of photons are scattered per atom to avoid expelling them off the trap, highlighted significant improvements in term of signal to noise ratio, with gain factor around 100 compared with the previously used fluorescence scheme. Yet, gains in terms of stability via Dick effect reduction still have to be demonstrated.Regarding the quantum regime, for which less than one photon is scattered per atom over the detection, new ideas and significant changes have been carried out on the system and a theoretical study was has been undertaken to determine the strategy for the improvement of the clock stability by quantum projection noise reduction via quantum non demolition measurement.It was as well the opportunity to study the effect of the hot collisions between the trapped strontium atoms and the residual vacuum background gas particles, allowing for the improvement of the clock uncertainty. This work reports in particular on the first measurement of strontium clock hot collisions shifts as well as its theoretical study

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Kaing, To. "Réalisation de sources UV et IR, cohérentes et accordables par mélange résonnant non-linéaire : applications à la métrologie des fréquences optiques." Paris 11, 1999. http://www.theses.fr/1999PA112322.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse décrit la réalisation de deux sources accordables dans les domaines UV et IR pour la spectroscopie à haute résolution et la métrologie des fréquences optiques. La source UV fait partie d'un projet pour la réalisation d'un étalon de fréquences optiques A ion CA+. Elle est obtenue par doublage de fréquence, dans un cristal de triborate de lithium, d'une diode laser à 794 NM. L'efficacité d'une cavité en anneau dans lequel est placé le cristal et dont les paramètres sont calculés pour compenser l'astigmatisme et réduire la coma, est démontrée. Une puissance UV utile de 6 W est ainsi générée à partir de 33 NW de puissance fondamentale. Cette puissance est largement suffisante pour la détection des ions CA+ mais peut encore être optimisée. La source IR, accordable entre 9 et 11 M, est réalisée par différence de fréquences (DFG) de diodes laser proche-IR dans un cristal de thiogallate d'argent. Ces dernières sont injectées par des lasers maîtres stabilisés en fréquence dont la largeur de raie est inférieure à 1 KHZ. Cette pureté spectrale, transférée à la radiation IR par DFG, est largement suffisante pour la spectroscopie à haute résolution. L'optimisation de la puissance IR a été effectuée en choisissant une interaction de type II ainsi qu'en utilisant une cavité duale pour la résonance simultanée des deux longueurs d'onde de pompe. Une puissance de 70 NW a ainsi été générée à partir de 35 MW à 778 NM et 100 MW à 842 NM devant la cavité duale. Cette source IR a été utilisée pour enregistrer des spectres d'absorption linéaire de SF 6 sur un domaine continu de 2 GHZ. L'optimisation de la puissance IR au niveau du microwatt permettra la spectroscopie d'absorption saturée des molécules de SF 6 ou OSO 4. Une fois stabilisée sur une raie d'absorption saturée, cette source peut fonctionner comme un étalon de différence de fréquence à 30 THZ dans le proche-IR.

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Favier, Maxime. "Horloge à réseau optique de mercure : spectroscopie haute-résolution et comparaison d'étalons de fréquence ultra-précis." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066598/document.

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Abstract:

L’objet de cette thèse est le développement d’un standard de fréquence optique base sur l’atome de mercure 199Hg piégé dans un réseau optique. Je présenterai le dispositif expérimental et les améliorations apportées au cours de la thèse qui ont permis d’effectuer la spectroscopie de la transition doublement interdite 1S0 – 3P0 du mercure dans le domaine ultraviolet avec une résolution de l’ordre du Hz. Une telle résolution nous a permis de mener une étude approfondie des effets physiques affectant la fréquence de la transition d’horloge. Cette étude a permis un gain d’un facteur 60 sur la connaissance de la fréquence de la transition d’horloge, et de pousser l’incertitude au-delà de la réalisation de la seconde si par les étalons de fréquence basés sur le césium. Enfin je présenterai les résultats de plusieurs campagnes de comparaison entre notre étalon au mercure et d’autres horloges de très haute précision fonctionnant dans le domaine optique ainsi que dans le domaine micro-onde
This thesis presents the development of a high-accuracy optical frequency standard based on neutral mercury 199Hg atoms trapped in an optical lattice.I will present the experimental setup and the improvements that were made during this thesis, which have allowed us to perform spectroscopy on the doubly forbidden 1S0 - 3P0 mercury clock transition with Hz level resolution. With such a resolution, we have been able to conduct an in-depth study of the physical effects affecting the clock transition. This study represents a factor 60 in accuracy on the knowledge of the clock transitions frequency, pushing the accuracy below the current realization of the si second by the best cesium atomic fountains. Finally, i will present the results of several comparison campaigns between the mercury clock and other state-of-the-art frequency standards, both in the optical and in the microwave domain

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Brahimi, Houda. "Etude en bruit de systèmes optiques hyperfréquences Modélisation, caractérisation et application à la métrologie en bruit de phase et à la génération de fréquence." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00554165.

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Abstract:

Les composants optoélectroniques sont de plus en plus utilisés dans les systèmes micro-ondes. Les liaisons par fibres optiques, permettent par exemple une réduction significative de la taille et de la masse des systèmes de distribution de signaux à bord des systèmes embarqués (avion, satellite, radar,&). Cependant, les performances de ces systèmes dépendent des performances des dispositifs utilisés pour les conversions électrique/optique et optique/électrique, de la technique de modulation optique choisie, des amplificateurs micro-ondes utilisés, de la qualité de la fibre optique et, finalement, de la topologie choisie pour réaliser le système entier. Ceci explique l'importance de développer une approche de modélisation efficace pour ces systèmes. Cette thèse nous a permis de développer une telle approche basée sur un logiciel de simulation de circuits hyperfréquences, comprenant différentes méthodes d'analyse des systèmes non-linéaires (dont la balance harmonique) et du bruit dans ces systèmes (conversion de bruit entre les harmoniques). L'originalité de ce travail consiste en l'utilisation de ce logiciel pour simuler des composants optoélectroniques, qui sont décrits par des équivalents électriques ou mathématiques. Grâce à cette étude, nous avons pu modéliser dans un premier temps une liaison optique utilisant un modulateur de Mach-Zehnder et incluant les différentes composantes de bruit du système. Un modèle est également proposé pour un discriminateur de fréquence micro-ondes à ligne à retard optique et enfin pour un discriminateur de fréquence optique. Sur la base de cette étude, un discriminateur de fréquence micro-onde utilisant une ligne à retard optique de plusieurs kilomètres a été conçu et réalisé. Ce système présente des performances en bruit de phase à l'état de l'art.

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Dissertations / Theses on the topic 'Métrologie optique'

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