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The original spectral hole-burning spectroscopy is implemented to study homogeneous broadening of optical transitions at 1.55 μm in two different kinds of nanosystems. For GaN/AlN quantum dots, our experiment makes up the first direct measurement of the homogeneous linewidth of the s − pz intraband transition. The square-root dependence of the differential transmission signal with the incident pump power reveals the importance of Auger scattering in population relaxation dynamics. The homogeneous spectral profile turns out to be gaussian. The strong increase of homogeneous broadening between 5K and 30K suggests different dephasing mechanisms other than phonon-coupling. In the case of carbon nanotubes, our experimental setup allows us to study thoroughly the change of absorption homogeneous spectra over a wide range of pump power and for temperatures ranging from 5K to 300 K. The power dependence of the signal shows quantitatively the prevailing contribution of collisional broadening and the marginal contribution of oscillator strength reduction to the optical nonlinear signal. We analyzed two types of exciton-exciton interaction : Exciton-Exciton Annihilation (EEA) and Exciton-Exciton Scattering (EES) and we reveal the special Wannier-Frenkel hybrid nature of excitons in carbon nanotubes. Finally, we study the phonon-assisted dephasing and we highlight original features of the exciton-phonon coupling in unidimensional systems such as carbon nanotubes., La technique originale de spectroscopie par saturation d'absorption, dite holeburning spectral, est mise en oeuvre pour étudier l'élargissement homogène de transitions optiques à 1,55 μm dans deux types de nanostructures. Pour les boîtes quantiques GaN/AlN, notre expérience constitue la première mesure directe de la largeur homogène de la transition intrabande s − pz. Des études en puissance démontrent le rôle prédominant des processus Auger dans la relaxation de population des niveaux. Le profil spectral d'absorption homogène s'avère gaussien. La forte augmentation de la largeur homogène entre 5K et 30K suggère des mécanismes de décohérence autres que le couplage aux phonons acoustiques, comme la diffusion spectrale. Dans le cas des nanotubes de carbone, notre dispositif expérimental permet d'étudier finement l'évolution du spectre d'absorption homogène de la transition électronique fondamentale sur une large gamme de puissance et pour des températures allant de 5K à 300 K. Les études en puissance mettent en évidence quantitativement la contribution prédominante de l'élargissement collisionnel et la contribution marginale de la réduction de force d'oscillateur au signal nonlinéaire. Deux processus d'interaction à deux excitons sont analysés : l'annihilation exciton-exciton (EEA) et la diffusion exciton-exciton (EES), et nous révélons la nature hybride Wannier-Frenkel particulière des excitons dans les nanotubes de carbone. Finalement, nous étudions le déphasage assisté par phonons et nous mettons en évidence les caractéristiques du couplage exciton-phonon, liées au caractère unidimensionnel.

This work deals with thedevelopment of an clock based on a two-photon transition in Ag at661 nm, whose natural width is about 1 Hz. To take advantage ofthe quality factor of the resonance, it will be necessary to uselaser-cooled atoms, the required wavelength being 328 nm. Thisthesis describes the design and construction of solid-state lasersallowing one to simplify the present apparatus. Diode-pumpedNd:YLF crystals enable one to generate both 1322 and 1312 nm.The second harmonic of the former will provide 661 nm while twicefrequency doubling the later will yield 328 nm. We have developeda theoretical model including thermal effects and Augerrecombination in order to design several prototype configurations(linear, twisted mode and re-injected ring cavities). Using thelast of these, we have built single-mode c.w. lasers at both 1312and 1322 nm with outputs of up to 2 W. By intra-cavity frequencydoubling therewith, we have obtained 440 mW at 661 nm and 340 mWat 656 nm. In addition, we have evaluated transition probabilitesusing the Cowan codes, both to estimate two-photon excitationrates and calculate the lifetime of the metastable level, hitherto obtained by comparisonwith an analogous transition in Hg+.; Ce travail de thèse s'inscrit dansle cadre du développement d'une horloge optique basée sur unetransition à deux photons de 661 nm de l'Ag de largeur naturelle~1 Hz. Afin de profiter du facteur de qualité de larésonance, il faudra travailler sur un échantillon d'atomesrefroidis par laser, la longueur d'onde nécessaire étant de 328nm. Ce mémoire concerne plus précisément la mise au point desources lasers solides pour améliorer la fiabilité de l'expérienceactuelle. Le cristal laser de Nd:YLF, pompé par diode laser,permet d'accéder aux longueurs d'onde 1322 nm et 1312 nm. Ledoublage en fréquence de la première source fournira la radiationà 661 nm tandis que deux étapes de doublage permettront d'obtenir,à partir des photons à 1312 nm, une onde à 656 nm puisune onde à 328 nm. Nous avons développé un modèle théorique, tenantcompte des effets thermiques et notamment des processus derecombinaison Auger, afin de dimensionner différentesconfigurations laser à tester (cavité linéaire, à mode hélicoïdal,cavité en anneau réinjectée). Grâce à la dernière, nous avonsréalisé des sources continues, monomodes, d'environ 2 W, à 1322nm et à 1312 nm. Ces cavités se prêtant au doublage de fréquence,nous avons obtenu des puissances de 440 mW à 661 nm et 340 mW à656 nm. Par ailleurs, une étude théorique des probabilités detransition de l'atome d'argent à l'aide des codes de Cowan a étéentreprise, afin d'une part de chiffrer l'ordre de grandeur de lapuissance laser nécessaire et d'autre part, d'estimer la durée devie du niveau métastable, jusqu'alors obtenueuniquement par comparaisonavec une transition quadrupolaire de l'ion mercure.

This work deals with thedevelopment of an clock based on a two-photon transition in Ag at661 nm, whose natural width is about 1 Hz. To take advantage ofthe quality factor of the resonance, it will be necessary to uselaser-cooled atoms, the required wavelength being 328 nm. Thisthesis describes the design and construction of solid-state lasersallowing one to simplify the present apparatus. Diode-pumpedNd:YLF crystals enable one to generate both 1322 and 1312 nm.The second harmonic of the former will provide 661 nm while twicefrequency doubling the later will yield 328 nm. We have developeda theoretical model including thermal effects and Augerrecombination in order to design several prototype configurations(linear, twisted mode and re-injected ring cavities). Using thelast of these, we have built single-mode c.w. lasers at both 1312and 1322 nm with outputs of up to 2 W. By intra-cavity frequencydoubling therewith, we have obtained 440 mW at 661 nm and 340 mWat 656 nm. In addition, we have evaluated transition probabilitesusing the Cowan codes, both to estimate two-photon excitationrates and calculate the lifetime of the metastable level, hitherto obtained by comparisonwith an analogous transition in Hg+.; Ce travail de thèse s'inscrit dansle cadre du développement d'une horloge optique basée sur unetransition à deux photons de 661 nm de l'Ag de largeur naturelle~1 Hz. Afin de profiter du facteur de qualité de larésonance, il faudra travailler sur un échantillon d'atomesrefroidis par laser, la longueur d'onde nécessaire étant de 328nm. Ce mémoire concerne plus précisément la mise au point desources lasers solides pour améliorer la fiabilité de l'expérienceactuelle. Le cristal laser de Nd:YLF, pompé par diode laser,permet d'accéder aux longueurs d'onde 1322 nm et 1312 nm. Ledoublage en fréquence de la première source fournira la radiationà 661 nm tandis que deux étapes de doublage permettront d'obtenir,à partir des photons à 1312 nm, une onde à 656 nm puisune onde à 328 nm. Nous avons développé un modèle théorique, tenantcompte des effets thermiques et notamment des processus derecombinaison Auger, afin de dimensionner différentesconfigurations laser à tester (cavité linéaire, à mode hélicoïdal,cavité en anneau réinjectée). Grâce à la dernière, nous avonsréalisé des sources continues, monomodes, d'environ 2 W, à 1322nm et à 1312 nm. Ces cavités se prêtant au doublage de fréquence,nous avons obtenu des puissances de 440 mW à 661 nm et 340 mW à656 nm. Par ailleurs, une étude théorique des probabilités detransition de l'atome d'argent à l'aide des codes de Cowan a étéentreprise, afin d'une part de chiffrer l'ordre de grandeur de lapuissance laser nécessaire et d'autre part, d'estimer la durée devie du niveau métastable, jusqu'alors obtenueuniquement par comparaisonavec une transition quadrupolaire de l'ion mercure.