DÉVELOPPEMENT D'UN SPECTROMÈTRE LASER À CASCADE QUANTIQUE POUR DES APPLICATIONS EN SPECTROSCOPIE DE HAUTE RÉSOLUTION ET EN MÉTROLOGIE DES FRÉQUENCES

This work focuses on the development of a quantum cascade laser spectrometer (QCL) in the mid-infrared for applications in spectroscopy and frequency metrology. The main objectives were firstly to lift the strong constraint that is the weak spectral range accessible to the CO2 laser, but also to increase the low laser power available to our spectroscopy experiments. This new instrument interest directely the experiences developed in our group “a parity violation effect in chiral molecules” and “the determination of the Boltzmann constant by spectroscopy laser”.In this thesis, we characterized the intensity noise, the frequency noise and the line width of the free-running QCL source. The results compared with the literature show a high spectral quality of the laser source. The phase locking of the QCL on an ultrastable CO2 laser demonstrated the transfer of spectral properties of CO2 laser to the QCL. The spectrometer was then used for experiments linear absorption spectroscopy of NH3 molecule and the molecule of methyltrioxorhenium; molecules used on the projects of the Boltzmann constant measurement and research an effect of non-conservation of parity. The potential of this spectrometer has also been demonstrated in spectroscopy experiments at very high resolution, by absorption saturated. Multiple perspectives opened up by this new instrument will finally be presented.Ce travail de thèse porte sur le développement d'un spectromètre laser à cascade quantique (QCL) dans le moyen infrarouge pour des applications en spectroscopie et en métrologie des fréquences. Les principaux objectifs ont été tout d'abord de lever la forte contrainte que constitue le faible domaine spectral accessible au laser à CO2 mais également d'accroître la faible puissance laser disponible pour nos expériences de spectroscopie. Ce nouvel instrument intéresse directement les expériences développées au sein du groupe Métrologie Molécules et Tests Fondamentaux : la mise en évidence de non conservation de la parité dans les molécules chirales et la détermination de la constante de Boltzmann par spectroscopie laser. Au cours de ce travail de thèse, nous avons caractérisé le bruit d'intensité, le bruit de fréquence ainsi que la largeur de raie de la source QCL libre. Les résultats obtenus comparés à la littérature montrent une grande qualité spectrale de cette source laser. L'asservissement en phase de la source QCL sur un laser à CO2 ultra-stable a permis de démontrer le transfert des propriétés spectrales du laser à CO2 à la source QCL. Le spectromètre a ensuite été utilisé pour des expériences de spectroscopie en absorption linéaire des molécules NH3 et de la molécule de Méthyltrioxorhénium, molécules d'intérêt pour les projets de mesure de la constante de Boltzmann et de recherche d'un effet de la non-conservation de la parité. Le potentiel de ce spectromètre a également été démontré dans des expériences de spectroscopie à très haute résolution, en absorption saturée