UNIVERSITE DE LIMOGES FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES Thèse

UNIVERSITE DE LIMOGES
ECOLE DOCTORALE Science – Technologie – Santé
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
INSTITUT DE RECHERCHE XLIM
Thèse N° 63-2006
Thèse
pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université de LIMOGES
Discipline : “Electronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique”
Spécialité : “Optique”
présentée et soutenue par
Mickaël LELEK
le 23 Octobre 2006
Thèse dirigée par Frédéric Louradour
JURY :
Rapporteurs
John DUDLEY Professeur au Laboratoire d’Optique P. M. Duffieux,
FEMTO-ST, Besançon
Patrick GEORGES Directeur de Recherche au Laboratoire Charles Fabry, IOTA,
Orsay
Président
Manuel JOFFRE Directeur de Recherche au Laboratoire d’Optique et
Biosciences, Ecole Polytechnique, Palaiseau
Examinateurs
Alain BARTHLEMY Directeur de Recherche à XLIM, Limoges
François LACOMBE Directeur Scientifique de Mauna Kea Technologies, Paris.
Frédéric LOURADOUR Professeur à XLIM, Limoges
Invité
Jean Paul CHAMBARET Ingénieur au Laboratoire d’Optique Appliquée, Ecole
Polytechnique, Palaiseau
Caractérisation d’impulsions brèves
Mise en forme temporelle et spectrale pour une
a
pp
lication à l’endomicrosco
p
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hotoni
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UNIVERSITE DE LIMOGES
ECOLE DOCTORALE Science – Technologie – Santé
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
INSTITUT DE RECHERCHE XLIM
Thèse N° 63-2006
Thèse
pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université de LIMOGES
Discipline : “Electronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique”
Spécialité : “Optique”
présentée et soutenue par
Mickaël LELEK
le 23 Octobre 2006
Thèse dirigée par Frédéric Louradour
JURY :
Rapporteurs
John DUDLEY Professeur au Laboratoire d’Optique P. M. Duffieux,
FEMTO-ST, Besançon
Patrick GEORGES Directeur de Recherche au Laboratoire Charles Fabry, IOTA,
Orsay
Président
Manuel JOFFRE Directeur de Recherche au Laboratoire d’Optique et
Biosciences, Ecole Polytechnique, Palaiseau
Examinateurs
Alain BARTHLEMY Directeur de Recherche à XLIM, Limoges
François LACOMBE Directeur Scientifique de Mauna Kea Technologies, Paris.
Frédéric LOURADOUR Professeur à XLIM, Limoges
Invité
Jean Paul CHAMBARET Ingénieur au Laboratoire d’Optique Appliquée, Ecole
Polytechnique, Palaiseau
Caractérisation d’impulsions brèves
Mise en forme temporelle et spectrale pour une
a
pp
lication à l’endomicrosco
p
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Remerciements
Les travaux qui sont présentés dans ce manuscrit de thèse ont en majeure partie été réalisés
à l’Institut de recherche XLIM ; je remercie Monsieur Alain Barthélémy, chef du groupe
Photonique de l’Institut de m’avoir accueilli au sein de son équipe et de m’avoir permis de
travailler dans de très bonnes conditions. Je lui exprime ma reconnaissance pour ses
nombreux et bons conseils et pour les diverses discussions scientifiques que nous avons pu
partager.
Je suis particulièrement sensible à l’honneur que me font Messieurs les membres du jury
en acceptant de lire et de juger ce mémoire : Monsieur François Lacombe, Astronome et
Directeur Scientifique de Mauna Kea Technologies, Monsieur Manuel Joffre, Directeur de
Recherche CNRS au Laboratoire d’Optique et Biosciences de Palaiseau, Monsieur Patrick
Georges, Directeur de Recherche CNRS à l’Institut d’Optique Théorique et Appliquée de
Palaiseau, Monsieur John Dudley, Professeur à l'Université de Besançon, Monsieur Jean-Paul
Chambaret, Ingénieur de recherche CNRS au Laboratoire d’Optique Appliquée de Palaiseau,
Monsieur Alain Barthélémy Directeur de Recherche CNRS à l’institut de recherche XLIM à
l’Université de Limoges et Monsieur Frédéric Louradour, Professeur à l'Université de
Limoges.
J’adresse mes remerciements à Monsieur Patrick Georges et à Monsieur John Dudley pour
avoir accepté d’être les deux rapporteurs de mon travail.
Je remercie sincèrement Monsieur Claude Froehly qui, par son enthousiasme, sa rigueur et
sa passion pour la physique, a rendu nos nombreuses discussions scientifiques très
enrichissantes.
J’exprime ma profonde gratitude à mon directeur de thèse, Monsieur Frédéric Louradour,
pour les précieux conseils qu’il a pu m’apporter en encadrant ce travail, pour m’avoir transmis
une partie de ses vastes connaissances, pour la patience dont il a fait preuve et pour la
confiance qu’il m’a témoignée.
Je tiens également à remercier Messieurs Vincent Couderc et Dominique Pagnoux,
Chargés de Recherche CNRS au laboratoire XLIM, pour leur aide et leur disponibilité.
Mes remerciements s’adressent aussi à Messieurs Levon Mouradian et Tigran Mansuryan
de l’Université de Yerevan (Arménie) et Messieurs Bertrand Viellerobe et François Lacombe,
de la société Mauna Kea Technologies, qui, de par leur collaboration, m’ont permis de mener
à bien les travaux ici présentés.
Je remercie également Madame Brigitte Mercier, Messieurs Gilles Chériaux et Jean-Paul
Chambaret du Laboratoire d’Optique Appliquée pour avoir mis à ma disposition les
installations nécessaires à mes recherches.
Bien sur, il n’est pas question d’oublier dans mes remerciements tous ceux avec qui j’ai
partagé des moments de vie : Bertrand, Johan (roi de la gaffe), Paul-Henri, Jérôme, Eric.
Un grand merci à toute ma famille pour son soutien.
Laure, merci pour les heures que tu as passées à me lire et à me corriger. Sans toi, tout
cela n’aurait pas été possible.

SOMMAIRE GENERAL
INTRODUCTION GENERALE....................................................................................................7
PARTIE A : CARACTERISATION TEMPORELLE MONOCOUP ..................................................10
CHAPITRE 1 : ETAT DE L’ART DES TECHNIQUES D’AUTOCORRELATION MONOCOUP........14
I. Autocorrélation monocoup par génération de seconde harmonique............................................ 16
II. Autocorrélation monocoup par fluorescence à deux photons ...................................................... 17
CHAPITRE 2 : AUTOCORRELATEUR A FIBRE OPTIQUE A CŒUR LIQUIDE FLUORESCENT ...21
I. Fibre à cœur liquide à gaine microstructurée............................................................................... 22
II. Architecture de l’autocorrélateur à fibre à cœur liquide .............................................................. 25
III. Caractérisation d’impulsions courtes........................................................................................... 26
IV. Discussion et perspectives............................................................................................................ 27
CHAPITRE 3 : ETAT DE L’ART DES TECHNIQUES DE CARACTERISATION D’IMPULSIONS
BREVES PAR INTERFEROMETRIE SPECTRALE........................................................................30
I. Interférométrie spectrale avec référence ..................................................................................... 31
II. Interférométrie spectrale sans référence....................................................................................... 35
III. Technique SPIDER...................................................................................................................... 39
CHAPITRE 4 : INTERFEROMETRIE SPECTRALE A DECALAGE RESOLUE
TEMPORELLEMENT : TECHNIQUE SPIRIT..........................................................................44
I. Principe de SPIRIT...................................................................................................................... 45
II. Expérience numérique.................................................................................................................. 48
III. Caractérisation d’un oscillateur femtoseconde............................................................................. 58
IV. Caractérisation d’une chaîne femtoseconde basse cadence.......................................................... 64
CHAPITRE 5 : INTERFEROMETRIE SPECTRALE A DECALAGE A DEUX DIMENSIONS:
SPIRIT 2D...........................................................................................................................71
I. Présentation de SPIRIT 2D.......................................................................................................... 72
II. Caractérisation d’impulsions femtosecondes récurrentes ............................................................ 75
III. SPIRIT 2D monocoup.................................................................................................................. 85
CONCLUSION ET PERSPECTIVES A.......................................................................................95
PARTIE B : DEVELOPPEMENT D’UN ENDOMICROSCOPE NON-LINEAIRE.............................98
CHAPITRE 6 : NOUVELLES MICROSCOPIES-ÉTAT DE L’ART ..........................................102
I. Microscopies non-linéaires ........................................................................................................ 104
II. Microscopie par fibre optique.................................................................................................... 110
CHAPITRE 7 : ACHEMINEMENT D’IMPULSIONS FEMTOSECONDES PAR FIBRE OPTIQUE .115