Après une introduction théorique (Chapitre 1) et le passage en revue du matériel expérimental utilisé (Chapitre 2), les différentes expériences sont regroupées en trois chapitres distincts selon leur thématique. Tout d'abord, l'utilisation de nano-cristaux non-linéaires comme marqueurs pour la microscopie est démontrée (Chapitre 3). Puis, le développement d'un nouveau façonneur d'impulsions laser et l'application d'un nouveau algorithme aux problèmes de contrôle optimal sont décrits (Chapitre 4). Pour finir, la question de la conservation de la phase des impulsions laser lors de leur propagation au travers d'une atmosphère turbulente est abordée (Chapitre 5).