Analyse spectrale - Laboratoire Aimé Cotton - Université Paris-Sud

Orsay
N˚d’ordre : 8790
université paris-xi
u.f.r. scientifique d’orsay
thèse
présentée pour obtenir le grade de
docteur en sciences
de l’université paris-xi
par
Guillaume GORJU
Analyse spectrale : études théoriques et expérimentales de
l’analyseur à photographie spectrale
Soutenue le 03 Octobre 2007 devant la commission d’examen composée de :
M. François Aguillon Examinateur
M. Mehdi Alouini Examinateur
M. Fabien Bretenaker Directeur de thèse
M. Thomas Coudreau Rapporteur
M. Antoine Godard Examinateur
M. Michel de Labachelerie Rapporteur
Laboratoire Aimé Cotton - Campus scientifique d’Orsay

A mon père

Merci qui ?
Ma thèse s’est déroulée sous la direction de Fabien Bretenaker au Laboratoire Aimé
Cotton dans le groupe Optique et Matériaux pour le Traitement de l’Information. Elle
a débuté en octobre 2004 et s’est poursuivie pendant trois belles années. Je tiens ici à
remercier les personnes avec qui j’ai partagé cette période inoubliable.
J’aimerais remercier Pierre Pillet pour m’avoir accueilli au laboratoire Aimé Cotton.
Je ne pourrai jamais remercier assez Fabien Bretenaker pour tous ses précieux conseils,
sa gentillesse et son sens de l’humour. Ses connaissances scientifiques inépuisables ont été
essentielles dans le bon déroulement de notre projet. Notre amitié se poursuivra au-delà
de cette thèse.
Je remercie chaleureusement Jean-Louis Le Gouët pour sa disponibilité, sa gentillesse
ainsi que pour toutes les discussions prolifiques que nous n’avons cessé d’avoir ensemble.
Son enthousiasme et sa passion pour la physique m’ont beaucoup apporté.
Je remercie également Ivan Lorgeré pour les bons conseils qu’il aura su me donner
avec une honnêteté et une simplicité remarquable. Je suis heureux de partager après thèse
le même navire que ce brésilien d’adoption.
Je suis reconnaissant à tout le personnel du laboratoire qui a assuré avec beaucoup de
talent le support administratif et technique de mes travaux. Je pense à Amanda Trépagny
qui a effectué avec beaucoup d’efficacité et de gentillesse les multiples tâches administra-
tives. Je pense aussi à Sylvie Poumalet, qui a participé à égayer toutes mes matinées au
laboratoire. Je n’oublie pas les membres de l’atelier mécanique (Patrice Leroy, Henri Pé-
zard, Daniel Civiale et Lionel Marriaux), ceux de l’atelier d’électronique (Roger Leroux,
Jacques Durand et Arnaud Recher), Jean-Louis Tutou, Stéphane Roux, Marie-Henriette
Caroll, Roland Brémont, Pierre Farret, Benoît Lantin, Grégory Pollet, Jocelyne Sinzelle
et Floréal Prats.
J’ai une pensée toute particulière pour Alain Jucha dont les connaissances en élec-
tronique numérique et la gentillesse ont indéniablement contribué au bon déroulement de
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ma thèse.
Je tiens à remercier les membres du Jury : Thomas Coudreau et Michel de Labachelerie
pour avoir accepter d’être rapporteur de mon manuscrit. François Aguillon, Medhi Alouini
et Antoine Godard pour avoir participé au jury de ma thèse.
Je tiens à témoigner ma reconnaissance à toutes les personnes avec qui nous avons
collaboré. Merci à François Reptin de la D.G.A pour nous avoir fait confiance et pour le
financement de ma thèse ; merci à Daniel Dolfi, Sylvie Tonda, Loïc Morvan et tous ceux
de Thales pour les discussions, les bons conseils ; merci à Philippe Goldner, Olivier Guillot
Noël et Yann Le Du pour m’avoir encadré lors de mon bref séjour dans leur laboratoire.
Je me souviendrai de l’ambiance amicale qui régnait entre thésards et autres employés
précaires du laboratoire. Je pense aux collègues de bureau Thibault, Matthieu, Nassim et
Hien.
Aux collègues de promo Elodie, Guillaume et Pierre. Je garderai un excellent souvenir
de nos pauses. Au passage, Pierre pour le squash :”c’est toi qui appelle ?”.
Aux anciens : Aurélie, Oualid, Carine, Etienne... Une pensée toute particulière pour
Vincent Lavielle et Frédéric De Sèze pour leur bonne humeur et leur gentillesse lors de
mon arrivée au laboratoire. Toutes ces personnes m’ont appris le dur métier de thésard.
Enfin, les derniers membres du laboratoire, mais non les moindres : Vincent Crozatier
et Anne Louchet. La Crozat pour son air souple et décontracté, pour nos virées au bar
du guicheton, pour être un si bon ami depuis tant d’années. Anne pour avoir su apporter
un peu de féminité au sein de l’équipe et pour sa gentillesse.
Pour finir, il y a tous ceux qui en dehors du laboratoire m’auront supporté. Cette
thèse est naturellement dédiée à ma famille et surtout à Alexandra, mon amour, pour son
soutien, sa confiance et sa tendresse.
“ J’adore les cacahuètes. Tu bois une bière et tu en as marre du goût. Alors tu manges
des cacahuètes. Les cacahuètes c’est doux et salé, fort et tendre, comme une femme.
Manger des cacahuètes, it’s a really strong feeling. Et après tu as de nouveau envie de
boire de la bière. Les cacahuètes : c’est le mouvement perpétuel à la portée de l’homme ”
J. C. VanDamme
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Table des matières
Introduction générale 9
1 Analyse spectrale de signaux radiofréquences 15
1.1 Motivations ................................... 16
1.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.1.2 Aperçu des technologies actuelles d’analyse spectrale . . . . . . . . 16
1.1.3 Bilan................................... 21
1.2 Matériaux à élargissement inhomogène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.1 Elargissement inhomogène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.2 Le creusement spectral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3 Cristaux dopés aux ions de terres rares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.1 Structure électronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.3.2 Largeur homogène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.3 Cas de l’ion Tm3+ ........................... 30
1.3.4 Cas de l’ion Er3+ ............................ 31
1.4 Nouvelles architectures pour l’analyse spectrale de signaux RF . . . . . . . 32
1.4.1 Analyseur à projection spatiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.4.2 Analyseur à projection temporelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.4.3 L’analyseur à photographie spectrale . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.5 Conclusion.................................... 42
2 Laser agile en fréquence 45
2.1 Motivation et performances visées .................... 46
2.2 Architecture de la source laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.2.1 Les diodes lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.2.2 Diodes lasers en cavité étendue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.3 Agilité en fréquence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.2.4 Améliorations possibles des sources agiles en fréquence . . . . . . . 55
2.3 Caractérisation spectrale des lasers agiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
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