Dans cette thèse, nous appliquons le phénomène de "hole burning" spectral (SHB), dans des matrices cristallines dopées par des ions terres rares, au traitement optique de l'information. Nous présentons la première démonstration expérimentale d'un analyseur spectral de signaux radio fréquence (RF) à très large bande instantanée, exploitant la sélectivité spectrale de ces matériaux photosensibles. L'utilisation de la technologie SHB, à basse température, permet d'atteindre des performances remarquables en terme de largeur de bande et de produit temps×bande passante. Le principe du spectromètre repose sur la séparation angulaire des composantes spectrales du signal RF préalablement transposé sur une porteuse optique. On grave un ensemble de réseaux de diffraction monochromatiques, multiplexés en longueur d'onde, dans un cristal dopé par des ions terres rares. Le faisceau lumineux, porteur du signal RF, est dirigé vers le cristal. Les différentes composantes spectrales sont alors diffractées et simultanément séparées angulairement à la sortie du cristal. Nous avons ainsi pu démontrer expérimentalement l'analyse spectrale de signaux RF sur une bande passante instantanée de 3,3 GHz avec une capacité de 100 canaux spectraux et une résolution ultime de 500 kHz. Ce dispositif possède une dynamique de 35 dB optique, limitée par la détection. Nous montrons la capacité de zoom spectral dans une région spécifique du domaine total couvert, avec augmentation de la résolution spectrale.
Dans cette thèse, nous appliquons le phénomène de "hole burning" spectral (SHB), dans des matrices cristallines dopées par des ions terres rares, au traitement optique de l'information. Nous présentons la première démonstration expérimentale d'un analyseur spectral de signaux radio fréquence (RF) à très large bande instantanée, exploitant la sélectivité spectrale de ces matériaux photosensibles. L'utilisation de la technologie SHB, à basse température, permet d'atteindre des performances remarquables en terme de largeur de bande et de produit temps×bande passante. Le principe du spectromètre repose sur la séparation angulaire des composantes spectrales du signal RF préalablement transposé sur une porteuse optique. On grave un ensemble de réseaux de diffraction monochromatiques, multiplexés en longueur d'onde, dans un cristal dopé par des ions terres rares. Le faisceau lumineux, porteur du signal RF, est dirigé vers le cristal. Les différentes composantes spectrales sont alors diffractées et simultanément séparées angulairement à la sortie du cristal. Nous avons ainsi pu démontrer expérimentalement l'analyse spectrale de signaux RF sur une bande passante instantanée de 3,3 GHz avec une capacité de 100 canaux spectraux et une résolution ultime de 500 kHz. Ce dispositif possède une dynamique de 35 dB optique, limitée par la détection. Nous montrons la capacité de zoom spectral dans une région spécifique du domaine total couvert, avec augmentation de la résolution spectrale.
Dans cette thèse nous appliquons le phénomène de hole burning spectral (SHB), dans des matrices cristallines dopées par des ions terres rares, au traitement optique de l'information. Nous présentons la première démonstration expérimentale d'un analyseur spectral de signaux radio fréquence (RF) à très large bande instantanée, exploitant la sélectivité spectrale de ces matériaux photosensibles. L'utilisation de la technologie SHB, à basse température, permet d'atteindre des performances remarquables en terme de largeur de bande et de produit temps.bande passante. Le principe du spectromètre repose sur la séparation angulaire des composantes spectrales du signal RF préalablement transposé sur une porteuse optique. On grave un ensemble de réseaux de diffraction monochromatiques, multiplexés en longueur d'onde, dans un cristal dopé par des ions terres rares. Le faisceau lumineux, porteur du signal RF, est dirigé vers le cristal. Les différentes composantes spectrales sont alors diffractées et simultanément séparées angulairement à la sortie du cristal. Nous avons ainsi pu démontrer expérimentalement l'analyse spectrale de signaux RF sur une bande passante instantanée de 3,3 GHz avec une capacité de 100 canaux spectraux et une résolution ultime de 500 kHz. Ce dispositif possède une dynamique de 35 dB optique, limitée par la détection. Nous montrons la capacité de zoom spectral dans une région spécifique du domaine total couvert, avec augmentation de la résolution spectrale.
Dans cette these, nous nous interessons aux fonctionnalites optiques qu’offrent les cristaux dopes aux ions de terre rare pour les domaines des RADARS et de la radioastronomie. Les fonctionnalites decrites exploitent les tres grandes bandes passantes et selectivites spectrales de ces materiaux refroidis a basse temperature. Nous presentons une architecture originale d’analyse spectrale de signaux hyperfrequences large bande, avec une probabilite d’interception unite, une haute resolution et une grande dynamique de mesure. Le principe de l’analyseur repose sur l’enregistrement dans la bande d’absorption d’un cristal de Tm3+ :YAG d’un spectre RF sur porteuse optique. Le materiau joue le role de memoire analogique dans laquelle les spectres des signaux sont en permanence enregistres. Cette memoire a une duree de vie de l’ordre de 10 ms. Pendant cette duree, nous mesurons le spectre d’absorption a l’aide d’un laser agile en frequence. Par cette technique, nous avons obtenu une bande passante de 10 GHz, une resolution de 1 MHz et une probabilite d’interception unite. L’etude de differentes configurations experimentales nous a permis d’atteindre une dynamique de mesure de 38 dB. La resolution et la precision en frequence de ces experiences dependent de la purete des balayages frequentiels du laser de lecture. Ainsi, nous avons mis en place un dispositif interferometrique permettant d’isoler tous les bruits de frequence du laser agile. Nous detectons tout ecart de l’ordre du MHz par rapport a un balayage parfait. Les signaux fournis par ce systeme sont exploites pour asservir numeriquement les balayages frequentiels du laser.
La propriété de creusement spectral, que l’on retrouve dans certains cristaux dopés aux ions de terres rares refroidis à basse température offre des possibilités prometteuses pour le traitement analogique de signaux radiofréquence. En effet, celle-ci permet de programmer des fonctions de traitement dans le spectre d’absorption du cristal.Partant des premières démonstrations de principe d’un analyseur spectral radiofréquence large bande instantanée, l’objectif est d’en améliorer les performances, ce qui requiert une modélisation précise de l’interaction laser-matière et de l’ensemble des perturbations inhérentes à la montée en maturité technologique du dispositif. Nous avons par conséquent développé un modèle et cherché à étendre son domaine de validité pour qu’il s’applique à un maximum de protocoles.Nous l’avons ensuite appliqué à un matériau en particulier, à savoir un cristal de Tm³ ⁺ :YAG. Après avoir effectué une série de mesures des différentes caractéristiques intrinsèques à ce cristal, nous avons choisi un protocole d’application relativement proche de celui de l’analyseur spectral que nous cherchons à optimiser, à savoir la création de réseaux spectraux large bande. La comparaison des résultats expérimentaux à ceux de notre modèle nous a permis de démontrer sa validité.Nous avons finalement appliqué notre modèle au cas précis de l’analyseur spectral radiofréquence. Les simulations nous ont permis de déterminer théoriquement comment optimiser ses performances, en particulier la dynamique, avec des paramètres réalistes, atteignables expérimentalement.
Dans cette thèse, nous utilisons les propriétés spectrales remarquables des cristaux dopés aux ions de terre rare pour effectuer des opérations de transformation de Fourier temps-fréquence. Nous présentons ainsi la première démonstration expérimentale de traitement cohérent de signaux radiofréquences (RF) sur une large bande. Notre système utilise une séquence d'excitation à base d'impulsions balayées en fréquence, dérivée du processus d'écho de photons. Par cet algorithme, le spectre du signal RF à analyser est projeté dans le temps. Expérimentalement, nous avons relevé d'excellentes performances dans un cristal de Er:YSO, utilisant une transition optique dans la fenêtre télécom. En effet, la bande passante instantanée atteint 1,5 GHz, avec 24 000 canaux spectraux d'analyse. La résolution peut quant à elle descendre à 50 kHz, et la dynamique d'analyse est de 32 dB. Ces résultats ont été obtenus grâce au développement spécifique d'une source laser, dont la fréquence peut être accordée sur plusieurs GHz en quelques µs. Une boucle d'asservissement permet d'offrir une excellente précision de ces balayages en fréquence. D'autres sources laser ont également été mises au point. L'une d'elle utilise des structures d'optique intégrée, et une autre est asservie sur une cavité optique de référence, pour affiner sa largeur d'émission sous le kHz. Par ailleurs, nous présentons une première étude d'échos de photons obtenus en milieu amplificateur dans un cristal de Er:YSO. Ainsi, le rendement énergétique du processus est augmenté. De nouveaux mécanismes déphasants hors équilibre sont également mis en avant lors de la génération de l'écho de photons.
Dans cette thèse, nous utilisons les propriétés spectrales remarquables des cristaux dopés aux ions de terre rare pour effectuer des opérations de transformation de Fourier temps-fréquence. Nous présentons ainsi la première démonstration expérimentale de traitement cohérent de signaux radiofréquences (RF) sur une large bande. Notre système utilise une séquence d'excitation à base d'impulsions balayées en fréquence, dérivée du processus d'écho de photons. Par cet algorithme, le spectre du signal RF à analyser est projeté dans le temps. Expérimentalement, nous avons relevé d'excellentes performances dans un cristal de Er:Y2SiO5, utilisant une transition optique dans la fenêtre télécom. En effet, la bande passante instantanée atteint 1,5 GHz, avec 24 000 canaux spectraux d'analyse. La résolution peut quant à elle descendre à 50 kHz, et la dynamique d'analyse est de 32 dB. Ces résultats ont été obtenus grâce au développement spécifique d'une source laser, dont la fréquence peut être accordée sur plusieurs GHz en quelques s. Une boucle d'asservissement permet d'offrir une excellente précision de ces balayages en fréquence. D'autres sources laser ont également été mises au point. L'une d'elle utilise des structures d'optique intégrée, et une autre est asservie sur une cavité optique de référence, pour affiner sa largeur d'émission sous le kHz. Par ailleurs, nous présentons une première étude d'échos de photons obtenus en milieu amplificateur dans un cristal de Er:Y2SiO5. Ainsi, le rendement énergétique du processus est augmenté. De nouveaux mécanismes déphasants hors équilibre sont également mis en avant lors de la génération de l'écho de photons.
Les propriétés de creusement de trou spectral, que l’on trouve à température cryogénique dans certains cristaux dopés aux ions de terres rares, offrent des possibilités prometteuses pour le traitement de signaux radiofréquence large bande. En effet ces propriétés permettent de programmer des fonctions de traitement radiofréquence dans le spectre d’absorption du cristal. Partant des premières démonstrations hors laboratoire d'un analyseur de spectre large bande reposant sur un cristal de Tm3+:YAG, l'objectif de ce travail de thèse est double: d'une part démontrer la versatilité de l'architecture utilisée en développant de nouvelles fonctions de traitement radiofréquence, et plus spécifiquement la fonction de filtrage, et d'autre part améliorer les performances de l'analyseur de spectre.Nous commençons par l'étude de la fonction de filtrage radiofréquence. Nous démontrons la première réalisation de la fonction de filtrage dans des cristaux dopés aux terre rares. Cette démonstration s'appuie sur l'architecture "arc-en-ciel" dans un cristal de Tm3+:YAG. Nous présentons une étude paramétrique afin d'optimiser les performances du filtre. Nous développons ensuite un modèle analytique décrivant la réponse du filtre en amplitude et en phase. Après optimisation du filtre, nous obtenons une réjection de 60~dB, avec une réjection de 45~dB à 50~MHz du bord du filtre, à l'état de l'art des filtres photoniques GHz.Dans un second temps, nous nous intéressons au montage historique de l'analyseur de spectre large bande. Le premier axe d'étude est dédié à la baisse de dynamique observée expérimentalement lorsque la bande d'analyse augmente. Nous identifions que cette baisse est liée à une élévation de température dans le cristal due aux excitations optiques. Nous nous attachons à mesurer le profil de température à l'intérieur du cristal par spectroscopie SHB, dans l'objectif de déterminer une configuration expérimentale favorable à une meilleure thermalisation du cristal. Dans le second axe d'étude dédié à l'analyseur spectral, nous nous intéressons à sa réponse fréquentielle. Nous étendons notre modèle de filtre radiofréquence pour l'adapter à cette configuration. Nous utilisons ce modèle pour comprendre les phénomènes pouvant mener un élargissement de la réponse de l'analyseur. Finalement nous appliquons notre modèle aux paramètres expérimentaux pour quantifier l'impact de ces phénomènes en pratique.