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Thèse présentée à

Université de Rouen Normandie

Spécialité Physique

Par

Pierre-Henry HANZARD

Soutenue le 11 octobre 2018

Métrologie ultra-rapide : application aux dynamiques laser et à l’imagerie
Jury Rapporteur
M. Arnaud MUSSOT Professeur à l’Université Lille 1
M. Marc HANNA Chargé de recherche CNRS - Institut d’Optique, Palaiseau
Examinateur
M. Thibaut SYLVESTRE Directeur de recherche - Institut FEMTO-ST, Besançon
M. Loïc MEES Chargé de recherche - LMFA, École Centrale de Lyon
Mme Angela VELLA Professeur à l’Université de Rouen Normandie
Encadrant de thèse
M. Thomas GODIN Maître de Conférences à l’Université de Rouen Normandie
Directeur de thèse
M. Claude ROZE Professeur à l’Université de Rouen Normandie
invité
M. Ammar HIDEUR Professeur à l’Université de Rouen Normandie

Métrologie ultra-rapide : application aux dynamiques laser et à l’imagerie

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la caractérisation optique à haute cadence en temps réel. Des outils de métrologie ultrarapides ont ainsi été utilisés pour l’étude d’une source laser impulsionnelle ainsi que pour l’imagerie de phénomènes physiques.
La mise en place et la caractérisation temporelle d’une source laser impulsionnelle a permis l’observation d’événements anormalement intenses pour certains régimes de fonctionnement, et ces dynamiques ont pu être confirmées numériquement. La compréhension de ces phénomènes présente un intérêt fondamental mais également pratique, notamment en vue de limiter les dommages optiques dans les sources laser. L’utilisation d’une technique d’imagerie appelée « imagerie par étirage temporel » a permis l’observation de jets liquides à une cadence de 80MHz. Reposant sur le principe de Transformée de Fourier Dispersive, cette technique permet de rendre compte de phénomènes non-répétitifs à des cadences élevées, et ainsi d’outrepasser les limitations imposées par les systèmes d’enregistrement conventionnels. La technique a également permis l’étude d’ondes de choc générées par ablation laser, et la détermination du profil de vitesse de l’onde de choc à travers la zone de mesure. Le phénomène de réflexion d’une onde de choc sur une paroi a également pu être observé.
Ces résultats montrent que la technique est opérationnelle, et mettent en avant son potentiel d’application au laboratoire.

Ultrafast metrology : application to the study of laser dynamics and for imaging

This PhD work is dedicated to optical characterization in real time. Ultrafast metrology tools have thus been used to study a pulsed laser source and also for physical phenomena imaging.
The implementation of a temporally well characterized pulsed laser source allowed the observation of events involving abnormally high intensity, the dynamics of which have also been numerically studied and confirmed. Understanding of these phenomena addresses a fundamental and interesting need to prevent optical damage in laser sources.
The use of the imaging technique called “time-stretch imaging” allowed the imaging of liquid sprays at an 80MHz repetition rate. Based on Dispersive Fourier Transform, this technique enables the study of non-repetitive events at high sampling frequency, and thus goes beyond the performance of traditional imaging devices. This technique also allowed the tracking of shockwaves, and thus profiling the shockwave’s velocity variation through its propagation along a certain measuring distance. Shockwave reflection has also been observed.
These results make clear that the technique is viable, and show its application potential at the laboratory.

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