Interférométrie avec des lasers femtosecondes infrarouges / Patrick Jacquet ; sous la direction de Nathalie Picqué

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Catalogue Worldcat

Impulsions laser ultra-brèves

Spectroscopie laser

Fourier, Spectroscopie par transformée de

Picqué, Nathalie (Directeur de thèse / thesis advisor)

Bréchignac, Philippe (Président du jury de soutenance / praeses)

Durry, Georges (1966-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Adam, Philippe (Membre du jury / opponent)

Daussy, Christophe (1973-....) (Membre du jury / opponent)

Université Paris-Sud (1970-2019) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

Ecole doctorale Ondes et Matière (Orsay, Essonne ; 1998-2015) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Institut des sciences moléculaires d'Orsay (2010-....) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : En plus de 40 ans d’existence, la spectroscopie de Fourier, basée sur l’interféromètre de Michelson,a permis des progrès considérables dans notre connaissance de la structure des atomes et des molécules s’imposant peu à peu comme un outil de base pour le diagnostic optique. Aujourd’hui, dépasser ses performances en terme de limite de résolution, rapidité, sensibilité et exactitude permettrait de répondre à de nouveaux enjeux. Cette thèse porte sur le développement expérimental de la spectroscopie de Fourier par peignes de fréquences femtosecondes. Deux peignes de fréquences, lasers composés de centaines de milliers de raies fines dont la position est parfaitement contrôlée, sondent l’échantillon et la transformation de Fourier de leurs interférences temporelles fournit le spectre. Trois dispositifs basés sur des lasers femtosecondes à fibres dopées (à 1 μm et 1.5 μm) ou à solides (à 2.4 μm) illustrent les performances de la méthode. Par comparaison à la spectroscopie de Fourier traditionnelle, les temps de mesure ont été réduits de la seconde à la microseconde, pour des spectres de molécules en phase gazeuse couvrant une centaine de nanomètres à des limites de résolution du GHz. La sensibilité atteint celle des spectromètres par laser accordable les plus performants grâce à des méthodes de détection différentielle ou d’utilisation de cavités multipassages ou résonnantes. Augmenter le temps de mesure et résoudre les raies individuelles du peigne permet une spectroscopie de précision à large bande spectrale, car la fréquence absolue de chaque raie de peigne peut être connue avec l’exactitude d’une horloge atomique.

Résumé / Abstract : For four decades, Fourier transform spectroscopy has greatly improved our atomes and molecules structures knowledges, and thus became a widely used tool for optical diagnosis. However, today it is useful to overcome some of its limitations in order to address new challenges. This thesis is about experimental developpement concerning frequency comb fourier transform spectroscopy. Two frequency combs, made of thousands of very narrow frequency lines perfectly known and controlled, are probing an absorbing sample. The fourier transform of their temporal interference pattern provides the optical spectrum. Three devices based on fiber doped lasers (emitting at 1μm and 1.5 μm) and solid lasers (at 2.4 μm) are used to demonstrate the method advantages. Compared to traditional Fourier transform spectroscopy the recording time has shrunk by one million for the acquisition of spectra spreading on a hundred of nanometers at GHz resolution. Using multipass cells of differential detection devices, the sensitivity reached is comparable to that provided by the most efficient laser based methods. Increasing the resolution allows for clear observation of the comb individual tooth which position can be measured with the accuracy of an atomic clock, providing thus a simple and accurate method for auto calibrated spectra.