Dissertations / Theses on the topic 'Temporal cavities'

Le principal objectif de ce travail de thèse a été de développer de nouvelles techniques de spectroscopie moléculaire afin obtenir de nouvelles données spectroscopiques dans le visible et le proche infrarouge pour des molécules, radicaux ou ions d’intérêt astrophysiques. La première partie de ce travail a consisté en l’étude d’harmoniques élevés, très faibles en intensité, de bandes vibrationnelles de la molécule HC₃N (cyanoacetylène), par la technique de spectroscopie CRDS. La deuxième partie a consisté en l’étude spectroscopique d’espèces instables radicalaires. Pour cela, une décharge inductive Radio Fréquence a été couplée au montage CRDS. Le plasma ainsi créé a été caractérisé et sa capacité à produire des anions a été démontrée via notamment la mesure quantitative du rapport C₂ / C₂⁻pour une grande variété de conditions expérimentales. De même, une analyse spectroscopique quantitative a été menée sur les radicaux isotopomères ¹⁴NH₂ et ¹⁵NH₂. Cette étude valide certaines hypothèses faites dans de précédents travaux ayant permis de mesurer le rapport isotopique ¹⁵N/¹⁴N dans les comètes, pour la première fois à partir de raies d’émission de ces 2 isotopomères portant un groupe amino. La troisième et dernière partie de ce travail a consisté en le développement d’une nouvelle technique expérimentale appelée Broad-Band Dual Etalon Frequency COMb. Cette technique expérimentale basée sur l’utilisation de 2 cavités optiques de haute finesse devrait permettre d’obtenir une spectroscopie avec une résolution spectrale ultime non limitée par la source laser nanoseconde large bande mais par l’intervalle spectral libre des cavités de haute finesse utilisées
The main objective of this PhD was to develop spectroscopic techniques using high finesse optical cavities. These were applied to the measurement of quantitative spectroscopic data for neutral, radical and ionic molecular species of astrophysical interest in the near infrared and visible spectral range. The first part was devoted to the measurement of the oscillator strength of high vibrational overtone bands of the cyanoacetylene (HC₃N) molecule with the Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS) technique. The second part was devoted to the study of the spectroscopy of transient neutral and ionic species. For that, an inductively radio frequency (RF) discharged has been coupled to the CRDS set up. The pertinence of this plasma to efficiently produce anions was demonstrated via the quantitative measurement of the C₂ / C₂⁻ ratio in a wide variety of conditions. A quantitative spectral analysis of the radical isotopomers ¹⁴NH₂ and ¹⁵NH₂ was also performed for the first time. This study provides experimental data that will allow to better constraint the ¹⁵N/¹⁴N isotopic ratio in comets through the emission lines of these two amino bearing isotopomers. The third and last part of the work was devoted to the development of a CRDS scheme called Broad Band Dual Etalon Frequency Comb Ring Down Spectroscopy. This new heterodyne technique, based on the use of the microsecond frequency combs generated by two high finesse optical cavities, should allow performing molecular spectroscopy with ultrahigh spectral resolution. First proof experiments were performed and perspective’s for improvement of the method is provided

Le premier chapitre de ce mémoire porte sur l'élastographie transitoire, une nouvelle technique ultrasonore capable de cartographier l'élasticité de cisaillement du corps humain. Cette information est utilisée depuis longtemps par les médecins lorsqu'ils procèdent à un examen par palpation. Un outil de palpation ultrasonore pourrait être extrêmement efficace pour dépister ou diagnostiquer certains cancers comme celui du sein par exemple. C'est le sujet de la première partie. La thèse de Laurent Sandrin (novembre 2000) a montré la faisabilité de cette technique d'imagerie pour localiser et mesurer l'élasticité d'inclusions « dures » dans des gels d'agar-gélatine. Les premiers essais cliniques ont lieu à l'Institut Curie en juin 2001. La fin de cette première partie est consacrée à l'utilisation de la force de radiation acoustique en élastographie transitoire.
Dans la deuxième partie, nous nous attachons à décrire la viscosité des tissus biologiques. Cette problématique a été étudiée pendant la thèse de Jean-Luc Gennisson (soutenue en septembre 2003) d'un point de vue académique et pendant la thèse de Jeremy Bercoff (décembre 2004) pour une application en imagerie médicale. Enfin, une coopération avec Ralph Sinkus (Philipps Research Hamburg) dans le domaine de l'élastographie par IRM a permis de jeter les bases d'un algorithme de problème inverse visco-élastique.
Notre quête des paramètres mécaniques des tissus biologiques nous a naturellement amenés vers le sujet de la troisième partie : l'anisotropie. Avec Jean-Luc Gennisson alors en thèse, nous avons mené à l'institut de Myologie de l' hôpital La Pitié Salpêtrière ainsi qu'avec Christophe Cornu et Pierre Portero, une campagne expérimentale portant sur les mesures d'élasticité transverse du biceps sur dix volontaires. Ces travaux scientifiques dans les milieux biologiques où l'anisotropie est une règle plutôt qu'une exception, nous ont permis d'établir des collaborations fructueuses avec Steve Levinson, université de Rochester, NY, pionnier de l'élastographie stationnaire. L'excellent accord entre les expériences et la théorie de l'élasticité dans les milieux anisotropes nous a poussés à formuler avec Ralph Sinkus (Philipps Research Hamburg) les bases d'un algorithme de problème inverse visco-anisotrope.
Si l'étude de la non linéarité dans les métaux, les cristaux et les roches a donné lieu à de nombreuses publications, la littérature est extrêmement avare en matière de non linéarité dans les solides mous. De ce fait, cette troisième partie qui décrit des recherches à caractère fondamental, constitue la partie la plus académique du mémoire. Grâce à l'élastographie transitoire, nous avons pu obtenir des résultats quantitatifs sur la mesure des coefficients non linéaires de Landau. Les résultats d'expériences d'acoustoélasticité, celles d'ondes transverses de fortes amplitudes ou d'interactions non linéaires d'ondes transverses menées avec Jean-Luc Gennisson, Jeremy Bercoff (thèse soutenue en décembre 2004) et Xavier Jacob (soutenance de thèse prévue en mai 2005) convergent vers la conclusion suivante : si le coefficient élastique de compression du second ordre λ est de six ordres de grandeur supérieur au coefficient élastique de cisaillement μ dans les solides mous, il en va de même pour les coefficients élastiques non linéaires de compression du troisième ordre B et C par rapport au coefficient élastique non linéaire de cisaillement A. Ces résultats expérimentaux nous ont permis de collaborer avec les théoriciens de grande renommée, Yuri Ilinsky et Zhenia Zabolotskaya de l'université de Huston, TX, que nous avons eu le plaisir d'accueillir trois semaines au laboratoire en juillet 2004.
Comme j'ai passé toutes les années de thèse dans un laboratoire dont le thème de recherche principal est le retournement temporel des ondes acoustiques, il était fatal que, tôt ou tard, cette thématique très riche et très féconde me contamine. Mes premières expériences de retournement temporel acoustique ont été effectuées sur un coin de table au Marine Physical Laboratory, à l'institut Scripps de San Diego, CA, pendant mon année post doctorale dont le thème était : « mesures ultrasonores de diamètres de vaisseaux sanguins ». A mon retour au laboratoire Ondes et Acoustique en janvier 2000, Ros Kiri Ing, Mathias Fink et moi avons lancé cette thématique sur le retournement temporel des cavités réverbérantes immergées, qui s'est avérée partager avec les expériences de retournement temporel dans les milieux multidiffuseurs ou dans les guides d'ondes bon nombre de problématiques.
Ces recherches, dont l'essentiel est synthétisé dans le second chapitre, ont été menées parallèlement aux activités d'élastographie et, bien entendu, parallèlement à mes activités d'enseignement à l'université de Paris 7. Outre l'intérêt scientifique de vérifier les lois de la diffraction ou le principe d'Huygens dans des cavités chaotiques en contact avec un transducteur ultrasonore unique, nous avons montré pendant la thèse de Nicolas Quieffin (soutenue en décembre 2004) comment le champ acoustique réverbéré pouvait être contrôlé afin de focaliser les ultrasons en temps réel à l'extérieur de la cavité immergée. Les applications potentielles de ce procédé dans le domaine de l'imagerie notamment médicale pourraient permettre d'envisager des systèmes utilisant un petit nombre de transducteurs donc à faible coût. Mais c'est dans un tout autre domaine, celui de l'interactivité, que ce procédé est apparu immédiatement utile. Ros Kiri Ing et moi avec le projet ReverSys « les interfaces acoustiques interactives » soutenu par AGORANOV, incubateur d'entreprises de
technologies innovantes, avons obtenu la mention spéciale du jury au Grand Prix de l'Innovation de la Ville de Paris 2003. Sous l'impulsion de Ros Kiri Ing, la société Sensitive Object a vu le jour en octobre 2003.

Le but de la thèse est de développer un algorithme d'apprentissage profond capable de segmenter toutes les cavités cardiaques sur des séquences d'images IRM petit axe. L'algorithme sera utilisé pour initialiser et contraindre spatialement le logiciel « cardio-track », capable d'effectuer une segmentation semi-automatique sur l'ensemble du cycle cardiaque. Cet algorithme permettra d'extraire des biomarqueurs à même de faciliter le diagnostique de pathologies cardiaques. Dans un second temps, un algorithme permettant de suivre des points de contour sur des séquences IRM (IRM dynamique) sera développé. Cet algorithme permettra d'estimer le déplacement des points de contours en tenant compte de l'aspect temporel afin de calculer la déformation des structures cardiaques . En particulier, la déformation régionale du myocarde pourra être estimé afin de prédire la survenu des infarctus du myocarde. Les déformations prédites seront comparées aux déformations obtenus avec le logiciel CardioTrack
The aim of the thesis is to develop a deep learning algorithm ableof segmenting all cardiac cavities in short-axis MRI image sequences. The algorithm will be used to initialize and spatially constrain the "cardio-track" software, which can perform semi-automatic segmentation throughout the cardiac cycle. This algorithm will allow for the extraction of biomarkers that can facilitate the diagnosis of cardiac pathologies. Then, in a second phase, an algorithm for tracking contour points in MRI sequences (dynamic MRI) will be developed. This algorithm will estimate the displacement of contour points using temporal information in order to compute the deformation of cardiac structures. In particular, myocardial regional strain can be estimated to predict the occurrence of myocardial infarctions. The estimated cardiac strain will then be compared with the ground truth strain computed by the CardioTrack software

Cette thèse fait progresser l'optique quantique multimode à travers deux contributions théoriques et pratiques majeures.Premièrement, nous introduisons les cavités temporelles comme une nouvelle approche pour le filtrage des modes temporels, en exploitant les principes de dualité espace-temps pour transposer les principes des cavités de nettoyage de modes spatiaux au domaine temporel. Contrairement aux approches existantes, cette opération de filtrage ne repose pas sur des interactions non linéaires ou sur l'accord de phase, préserve la fréquence porteuse et maintient intacte la structure des modes temporels. Nous démontrons la faisabilité d'une implémentation pratique utilisant des lentilles temporelles électro-optiques et des réseaux de diffraction, avec des stratégies complètes d'optimisation des paramètres pour les applications classiques et quantiques.Deuxièmement, nous abordons les limitations fondamentales de la détection d'états quantiques à travers les interféromètres à effet mémoire (IME). Nous établissons de nouveaux critères pour prédire la compression cachée directement à partir des paramètres du système et développons de nouvelles méthodes de décomposition lisse pour implémenter des unitaires dépendant de la fréquence. Ces innovations permettent un appariement parfait des modes pour les états présentant des caractéristiques spectrales complexes et des supermodes morphants, qui sont plus courants que précédemment reconnu dans les systèmes quantiques basés sur des cavités. L'efficacité de notre approche est démontrée par des études de cas détaillées de configurations d'oscillateurs paramétriques optiques
This thesis advances multimode quantum optics through two major theoretical and practical contributions.First, we introduce temporal cavities as a novel approach to temporal mode filtering, leveraging space-time duality principles to translate spatial mode-cleaning cavity principles to the temporal domain. Unlike existing approaches, this filter operation does not rely on nonlinear interactions or phase matching, preserves the carrier frequency, and maintains the temporal mode structure intact. We demonstrate practical implementation feasibility using electro-optic time lenses and diffraction gratings, with comprehensive parameter optimization strategies for both classical and quantum applications.Second, we address fundamental limitations in quantum state detection through interferometers with memory effect (IME). We establish new criteria for predicting hidden squeezing directly from system parameters and develop novel smooth decomposition methods for implementing frequency-dependent unitaries.These innovations enable perfect mode-matching for states exhibiting complex spectral features and morphing supermodes, which are more common than previously recognized in cavity-based quantum systems. The effectiveness of our approach is demonstrated through detailed case studies of optical parametric oscillator configurations

La chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM) est une cavité métallique fermée surdimensionnée, équipée d’un brasseur de modes. Le brassage de modes rend le champ électromagnétique homogène et isotrope à l’intérieur de la CRBM (dans son volume utile). Cette thèse illustre tout d’abord une nouvelle méthode pour évaluer les performances d’un brasseur de modes (via le spectre Doppler). Ensuite, elle présente une nouvelle méthode permettant de mesurer la surface équivalente radar (SER) d’un objet canonique en utilisant la technique de fenêtrage temporel ou time-gating. Enfin, elle présente une nouvelle méthode permettant de mesurer le diagramme de rayonnement d’une antenne dans une cavité surdimensionnée via la technique de time-gating
The reverberation chamber (RC) is an oversized closed metal cavity, equipped with a mode-stirrer. The mode stirring makes the electromagnetic field homogeneous and isotropic inside the RC (in its useful volume). This thesis illustrates firstly a new method for evaluating the performance of a mode-stirrer (via the Doppler spectrum). Then, it presents a new method for measuring the radar cross section (RCS) of a canonical object using the time-gating technique. Finally, it presents a new method for measuring the antenna radiation pattern in an oversized cavity via the time-gating technique

Dans cette thèse nous proposons de développer un système d’imagerie ultrasonore innovante de micro- défauts basé sur l’utilisation conjointe de techniques d’acoustique non linéaire et du concept de "transducteur à cavité chaotique". Ce transducteur correspond à la combinaison d’une céramique piézoélectrique collée sur une cavité de forme chaotique et du principe de retournement temporel. La faisabilité et les performances de ce nouveau système sont explorées par des simulations numériques. Des paramètres optimaux d’utilisation pour une implémentation expérimentale sont proposés. Une grande partie des travaux menés dans le cadre de cette thèse se concentre sur le développement d’outils numériques permettant l’amélioration de telles techniques d’imagerie. Un schéma d’éléments finis de type Galerkin Discontinu (GD) est étendu à l’élastodynamique non linéaire. Un type de zone absorbante parfaitement adaptée, appelée "Nearly Perfectly Matched Layer" (NPML) a aussi été développé. Dans le cas de matériaux orthotropes, comme des problèmes de stabilité apparaissent, un mélange de NPML et de zone atténuante, dont on contrôle la proportion respective, est introduit afin de stabiliser les NPML. Une validation expérimentale du concept de "transducteur à cavité chaotique" pour la focalisation dans un milieu solide, réverbérant ou non, en utilisant une seule source est réalisée. Les méthodes de retournement temporel et de filtre inverse sont présentées et comparées. La démonstration expérimentale qu’un "transducteur à cavité chaotique" peut être utilisé conjointement avec les méthodes d’inversion d’impulsion afin de réaliser une image de non linéarités localisées est présentée
In this thesis we propose the development of an innovative micro-damage imaging system based on a combination of Nonlinear Elastic Wave Spectroscopy techniques and “chaotic cavity transducer” concept. It consists of a combination of a PZT ceramic glued to a cavity of chaotic shape with the time reversal principle. The feasibility and capabilities of these new ideas is explored by numerical simulations, and optimal operational parameters for experimental implementation are suggested based on the modelling support. A large part of the research work conducted in this thesis is concentrated on the development of numerical simulation tools to help the improvement of such nonlinear imaging methods. A nodal Discontinuous Galerkin Finite Element Method (DG-FEM) scheme is extended to nonlinear elasto-dynamic including source terms. A Perfectly Matched Layer absorbing boundary condition well adapted to the DG-FEM scheme, called Nearly Perfectly Matched Layer (NPML), is also developed. In the case of orthotropic material as stability problems appear, a mixture of NPML and sponge layer, with a controllable ratio of these two kinds of absorbing layers, is introduced. The experimental validation of “chaotic cavity transducer” to focalize in reverberant and non-reverberant solid media with only one source is made. Classical time reversal, inverse filter and 1 Bit time reversal process are discussed and compared. The experimental demonstration of the use of a “chaotic cavity transducer”, in combination with the pulse inversion and 1-bit methods, to obtain an image of localized nonlinearity is made. This opens the possibility for high resolution imaging of nonlinear defects

Le travail presente dans ce memoire porte sur la conception d'un simulateur electromagnetique temporel destine a l'etude d'antennes hyperfrequences environnees. Dans ce cadre, une nouvelle technique d'hybridation, entierement formulee dans le domaine temporel a ete developpee. Elle combine une methode rigoureuse, la methode des differences finies dans le domaine temporel ou fdtd, avec une approche asymptotique, l'optique physique temporelle ou tdpo. Dans un premier temps, les deux methodes mises en jeu dans le processus d'hybridation ont ete detaillees. Le principe de la technique hybride a ensuite ete presente. Celui-ci repose sur une resolution exacte du noyau du probleme c'est-a-dire sur une simulation rigoureuse de l'element rayonnant de petite taille. Son rayonnement en presence d'un environnement donne est ensuite caracterise par l'approche asymptotique. L'hybridation a d'abord ete appliquee sur des structures filaires placees a proximite d'un large plan de masse parfaitement conducteur de dimension finie. Cette etude a permis de valider la nouvelle formulation et de mettre en evidence ses performances en terme de place memoire et de temps de calcul par rapport a une simulation entierement fdtd. Elle a ensuite ete etendue a la modelisation d'antennes microruban en cavite. Sur ce cas d'etude, elle s'est encore montree particulierement efficace pour caracteriser l'effet de la finitude du plan de masse sur le rayonnement en champ lointain.

Il est essentiellement montre dans ce memoire que : - la largeur spectrale du laser semiconducteur peut etre reduite d'un facteur aussi grand que dix milles; - la stabilite de fonctionnement de la cavite composee necessite des niveaux de contrereaction tres eleves; - de tels niveaux sont plus facilement obtenus en deposant une couche antireflechissante sur la face laser du cote reflecteur; - de tels niveaux permettent par ailleurs des reductions du courant de seuil aussi importantes que cinquante pour cent

Dans cette thèse nous proposons de développer un système d'imagerie ultrasonore innovante de micro- défauts basé sur l'utilisation conjointe de techniques d'acoustique non linéaire et du concept de "transducteur à cavité chaotique". Ce transducteur correspond à la combinaison d'une céramique piézoélectrique collée sur une cavité de forme chaotique et du principe de retournement temporel. La faisabilité et les performances de ce nouveau système sont explorées par des simulations numériques. Des paramètres optimaux d'utilisation pour une implémentation expérimentale sont proposés. Une grande partie des travaux menés dans le cadre de cette thèse se concentre sur le développement d'outils numériques permettant l'amélioration de telles techniques d'imagerie. Un schéma d'éléments finis de type Galerkin Discontinu (GD) est étendu à l'élastodynamique non linéaire. Un type de zone absorbante parfaitement adaptée, appelée "Nearly Perfectly Matched Layer" (NPML) a aussi été développé. Dans le cas de matériaux orthotropes, comme des problèmes de stabilité apparaissent, un mélange de NPML et de zone atténuante, dont on contrôle la proportion respective, est introduit afin de stabiliser les NPML. Une validation expérimentale du concept de "transducteur à cavité chaotique" pour la focalisation dans un milieu solide, réverbérant ou non, en utilisant une seule source est réalisée. Les méthodes de retournement temporel et de filtre inverse sont présentées et comparées. La démonstration expérimentale qu'un "transducteur à cavité chaotique" peut être utilisé conjointement avec les méthodes d'inversion d'impulsion afin de réaliser une image de non linéarités localisées est présentée

碩士
國立交通大學
理學院應用科技學程
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We use high-power optically pumped semiconductor laser module as experimental architecture, the laser resonant cavity composed by the different curvatures plano-concave lens as an output mirror, via adjusting the pumping power and laser resonator length, observe transverse pattern, temporal trace and RF power spectrum in the non-degenerate and degenerate cavity. During the experiment, we add an aperture in the resonance cavity and investigate the influence of high-order transverse modes on the self-mode locking (SML) in an optically pumped semiconductor laser (OPSL). We discovered the temporal behavior becomes the random dynamics when too many high-order transverse modes are excited. In the degenerate cavity we found the laser spot that presents special triangular pattern when the ratio of fT and fL approaches to 1/3, we also found that the curve of output power will drop first and then rise.