Applications des lasers à cascade quantique pulsés à l’étude de l’atmosphère

par Bruno Grouiez

Thèse de doctorat en Optique et milieux dilués

Sous la direction de Bertrand Parvitte et de Virginie Zéninari.

Soutenue en 2008

à Reims .


  • Résumé

    Les travaux présentés dans ce manuscrit concernent l’utilisation des lasers à cascade quantique dans l’infrarouge moyen en vue d’applications atmosphériques. Les deux premières parties du manuscrit présentent le contexte général de la thèse, le principe des lasers à cascade quantique (QCL), ainsi que l’étude de la bande _1 du SO2 autour de 9 μm avec un QCL en régime continu. Au cours de la troisième partie, nous présentons la première méthode que nous avons utilisée en régime pulsé qui est également la plus répandue utilisant des impulsions de courte durée (_10 ns). Nous avons pu alors mettre en évidence, dans le cadre de l’étude de la molécule de NH3, des problèmes liés à l’utilisation de cette technique qui en limite l’intérêt pour des applications en spectroscopie. Dans la quatrième partie, nous présentons la commande des QCL par impulsions longues (> 500 ns) permettant d’obtenir des spectres intra-impulsionnels avec des temps d’enregistrement de l’ordre de la microseconde. Nous avons pu appliquer cette technique pour l’étude du SO2 (à 9 μm) et comparer avec les résultats obtenus en régime continu. La comparaison des deux modes de fonctionnement précédents et leurs limitations nous a amené à proposer un nouveau mode de fonctionnement, utilisant des impulsions de durée intermédiaire (< 100 ns), présenté dans la cinquième partie du manuscrit. Cette méthode nous a permis de solutionner une grande partie des restrictions usuelles de ce type de laser et au cours de cette étude, nous avons également pu mettre en avant un certain nombre de points importants en ce qui concerne les phénomènes de rapid passage

  • Titre traduit

    Applications of pulsed quantum cascade lasers to the study of atmosphere


  • Résumé

    This thesis work presents atmospheric applications using Quantum Cascade lasers (QCL) emitting in mid-Infrared. Parts I & II present the context of my thesis work, the principle of QCL and the study of _1 band of SO2 around 9 μm by continuous wave operation QCL. In the third part, we present the first method we have employed to command the laser which is also the most popular in pulsed operation. This one consists of operating the laser with a short pulse duration (_ 10 ns). This method has been applied to the study of NH3 and has put in evidence many troubles which limit considerably the interest in spectroscopic applications. In the fourth part, the command of QCL using long pulses (> 500 ns) is presented. We demonstrate the possibility to record an intra-pulse spectrum in about one microsecond. This technic has been applied to the study of SO2 in 9 μm region and the results have been compared with results obtained by continuous wave operation. The conclusion of our previous works (in parts III & IV) drove us to consider a third way with intermediatesize pulse width (< 100 ns). This is presented in the fifth part. This method has solved many troubles of this kind of laser and furthermore it has put into the light the most importants points about "rapid passage" effects

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  • Détails : 1 vol. (162p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 151-162

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