Tesi sul tema "Communications sur Fibres Optiques"

Le présent mémoire vise le domaine des télécommunications optiques et de la radio sur fibre (RoF). Il a pour objectif de proposer une technique de réutilisation de longueur d’onde optique afin de transmettre un signal sans-fil 802.11a en amont et un signal numérique OOK en aval dans la même bande passante. Cette technique se base sur les amplificateurs à semiconducteur réfléchissant (RSOA). Ce composant permet l’effacement du signal numérique arrivant par la saturation de son amplificateur qui sera ensuite réutilisé comme modulateur de fréquence radio (RF) pour retourner un signal sans-fil 802.11a dans une bande pouvant chevaucher le signal effacé. Par l’entremise des articles qui sont publiés et relatés dans ce mémoire, une étude exhaustive de la technique de saturation du RSOA aux fins de re-modulation ainsi que des performances obtenues en laboratoire y est présentée. Trois formats de modulations QPSK, 16QAM et 64QAM y seront testés. L’évaluation des performances sera réalisée à l’aide des paramètres suivants : le taux d’erreur binaire (BER), le facteur de qualité (Q), la norme du vecteur d’erreur (EVM), la distance de propagation atteinte dans la fibre, la vitesse de transmission et l’indice de modulation (MI). Cette technique peut être utilisée pour un signal sans-fil 802.11a d’une antenne jusqu’à une centrale par fibre optique, et ce, jusqu’à 80 km avec un format de modulation QPSK. Il est également possible de transmettre du 64QAM jusqu’à 40 km tout en gardant une bonne performance en sens opposé. Il a été également possible de conclure expérimentalement qu’il est possible de multiplexer plusieurs signaux sans-fil sur 20 km dans la bande RF du RSOA en coexistence avec un signal numérique en sens opposé. Cela ouvre des portes sur de nouvelles recherches d’architectures où les coûts, la consommation de puissance et le traitement de signaux sont plus centralisés et à bas prix.

Le principal obstacle aux communications longue distance est l'interférence non linéaire (NLI), résultant des effets non linéaires dans les canaux de fibres optiques. Bien que les algorithmes de traitement du signal numérique offrent une atténuation partielle, la nature intrinsèquement non linéaire, couplée aux effets de dispersion prédominants, continue de défier la fidélité de transmission. Aborder la non-linéarité directement à la source par des modulations intrinsèquement moins sensibles aux distortions non-linéaires est au coeur de notre stratégie de recherche. Les schémas traditionnels de modulation, à mesure que l'efficacité spectrale augmente, i.e formats QAM, deviennent de plus en plus sensibles à NLI et la distance euclidienne moyenne au carré (MSED) diminue. Bien que la modulation multi-dimensionnelle (MD) offre des gains linéaires améliorés et non linéaires partiels, elle est insuffisante. L'émergence de la mise en forme probabiliste de constellation (PCS), privilégiée pour son gain linéaire accru et sa compatibilité avec le matériel de modulation conventionnel, introduit une NLI supplémentaire. Par conséquent, la conception de PCS tolérante aux non-linéarités émerge comme une direction de recherche cruciale. Notre thèse commence par une nouvelle modulation MD pour les signaux uniformes. Ensuite, nous proposons une approche novatrice combinant MD avec PCS pour examiner les variations de performance. En explorant la PCS, nous étudions le coupleur de distribution de mise en forme (DM) sphérique énumérative, initialement d'un point de vue MD, et concevons un DM optimisé pour la tolérance non linéaire sur de courtes distances. Par la suite, nous introduisons une nouvelle technique de mesure d'NLI, prenant en compte les effets de dispersion. En intégrant cela au cadre de sélection de séquence de la PCS, nous réalisons une transmission longue distance réussie avec des gains non linéaires notables
The main impediment in long-distance communications is nonlinear interference (NLI), stemming from nonlinear effects in optical fibers. While Digital signal processing algorithms offer partial mitigation, the inherent nonlinear nature of the fiber, coupled with predominant dispersion effects, continues to challenge the increase of transmission throughputs. Addressing nonlinearity at the information source through signal modulation technology is at the heart of our research. Traditional modulation schemes, as spectral efficiency climbs, such as QAM, become increasingly susceptible to NLI while their Mean Squared Euclidean Distance (MSED) diminishes. While multi-dimensional (MD) modulation yields improved linear and partial nonlinear gains, it has not yet demonstrated tangible benefits. On the other hand, the emergence of probabilistic constellation shaping (PCS), preferred for its enhanced linear gain and compatibility with conventional modulation hardware and software, introduces additional NLI. Consequently, the design of nonlinear-tolerant PCS is emerging as a pivotal research direction. Our thesis begins with a novel MD modulation for uniformly distributed signals. Then, we propose a novel approach combining MD with PCS to examine performance variations. Delving into PCS, we investigate the enumerative sphere shaping distribution matcher (DM), initially from an MD stance, and design a DM optimized for nonlinear tolerance over shorter distances. Subsequently, we introduce a new NLI measurement technique, accounting for dispersion effects. Integrating this with the sequence selection framework of PCS, we achieve successful long-distance transmission with notable nonlinear gains

Cette thèse vise à analyser en détails la possibilité d'améliorer les futurs systèmes Radio-sur-Fibre (RoF) dans différents scénarios de télécommunication, tels que les réseaux cellulaires actuels et de la prochaine génération, ainsi que dans d'autres applications telles que la radioastronomie. Le système RoF étudié est donc composé d’un laser à cavité verticale (VCSEL) fonctionnant à 850 nm, d'une fibre standard monomode (SSMF) et d'un phototransistor à hétérojonction SiGe (HPT), adoptant la technique appelée détection directe par modulation d'intensité qui est aujourd'hui l'architecture à moindre coût et la plus simple pour RoF. Cette thèse décrit en détail la propagation non naturelle dans le SSMF (conçue pour fonctionner uniquement à 1310 nm et 1550 nm) à 850 nm. A travers un modèle mathématique développé, la propagation à deux modes est décrite et les principaux phénomènes impliqués sont analysés. En particulier, le modèle se concentre sur la dispersion intermodale et le bruit modal, considérés comme les deux principales contributions de performance nuisible. Le modèle mis au point permet d'identifier les principaux paramètres qui contribuent à renforcer les effets néfastes de la dispersion intermodale et du bruit modal, à la fois en fréquence et dans le temps. A partir du modèle, des techniques possibles pour améliorer les performances sont alors proposées. En fait, une technique de pré-filtrage est réalisée afin d'éviter l'excitation du mode du second ordre, permettant une propagation quasi-monomode au sein du SSMF. La technique est validée théoriquement et expérimentalement soit pour une transmission sinusoïdale à radiofréquence unique, soit pour une transmission de signal passe-bande centrée sur une bande de radiofréquence. Il est démontré expérimentalement que possibilité d'augmenter la bande passante de modulation du système RoF, tout en réduisant les fluctuations de puissance et de gain. De plus, la technique est validée dans un véritable système de transmission LTE, ce qui permet à la technologie RoF de transmettre un signal LTE 256-QAM de 20 MHz, confirmant la possibilité d'utiliser cette technologie pour réduire le coût global et la consommation du réseau. Des travaux supplémentaires ont été réalisés sur le modèle mathématique. En fait, la propagation des deux modes est exploitée en sens inverse pour caractériser le chirp du VCSEL utilisé. Enfin, le problème du couplage entre les fibres et les dispositifs optoélectroniques est discuté et étudié afin d’améliorer les performances tout en gardant un faible coût. La possibilité d'utiliser une structure collective et passive pour coupler la fibre optique avec des photodétecteurs à petite surface et VCSEL est présentée, montrant des améliorations importantes sur l'efficacité du couplage et la tolérance au désalignement
This dissertation aims to analyze the possibility of improving in terms of cost and consumption the future Radio-over-Fiber (RoF) systems in different telecommunication scenarios, such as current and next generation of cellular networks and in other applications such as Radio Astronomy. The RoF system studied is hence composed of a Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) operating at 850 nm, standard single mode fiber (SSMF) and SiGe Heterojunction Phototransistor (HPT), adopting the technique called Intensity Modulation{Direct Detection which is nowadays the cheapest and simplest architecture for RoF. This dissertation describes in detail the multimode propagation within the SSMF (designed to operate only at 1310 nm and 1550 nm) which is present at 850 nm. Through a developed mathematical model, the two-modes propagation is described and the main phenomena involved are analyzed. In particular, the model focus on intermodal dispersion and modal noise which are considered the two main contributions of performance detrimental. The model developed is able to identify the main parameters which contribute to enhance the detrimental effects produced by intermodal dispersion and modal noise both in frequency and time domain. Starting from the model, possible techniques to improve the performances are then proposed. In particular, a pre-filtering technique is realized in order to avoid the excitation of the second order mode, allowing a quasi-single-modepropagation within the SSMF. The technique is theoretically and experimentally validated either for single radio frequency sinusoidal transmission either for bandpass signal transmission centered in radio frequency band. In particular it is demonstrated experimentally the possibility of increasing the modulationbandwidth of the RoF system, reducing at the same time the fluctuations of power and gain. Furthermore, the technique is validated in a real LTE transmission system, making the RoF technology proposed able to transmit 256-QAM LTE signal of 20 MHz bandwidth, confirming the possibility of using this technology to decrease the overall cost and consumption of the network. Further work hasbeen done on the mathematical model. In particular the two modes propagation is exploited reversely in order to characterize the chirp parameter of the VCSEL employed. Finally, the problem of coupling between fiber and opto-electronic devices is also discussed and investigated, in order to enhance theperformances while keeping low the cost. The possibility of utilizing a collective and passive ploymerbased structure for coupling the optical fiber with small area photodetectors and VCSEL is presented, showing important improvements on coupling efficiency and tolerance to misalignment

L'évolution des Réseaux Locaux Domestiques (RLD) est influencée par l'augmentation irréfrénée du nombre de terminaux connectés dans nos domiciles et par le déploiement de réseaux d'accès optiques haut débit qui délivrent désormais des services dépassant le Gigabit/s. Pour continuer à échanger efficacement les données, les RLD doivent évoluer vers le multi-Gigabit/s, et plus particulièrement la très appréciée connectivité sans fil. Les systèmes radio actuels ont des capacités limitées, néanmoins de nouveaux standards dont le débit excède 7Gbit/s voient le jour. Mais comme ces derniers exploitent la bande millimétrique, entre 57 et 66 GHz, leur couverture radio est limitée à la taille d'une pièce. En effet, à de telles fréquences, les pertes en espace libre sont très élevées et les ondes ne traversent pas les murs. Cette thèse propose de résoudre cette limitation au moyen de solutions Radio sur Fibre (RoF pour Radio over Fiber). Cette technique consiste à capturer les signaux radio émis dans une première pièce, puis à les convertir en signaux optiques pour les transmettre par fibre optique jusqu'à une seconde pièce où ils seront réémis. Plusieurs transducteurs RoF seront donc installés dans le domicile et interconnectés entre eux au moyen d'une infrastructure optique adaptée, créant ainsi des systèmes se comportant à la fois comme répéteurs and comme système de distribution. Pour le marché du RLD, de telles solutions sont compétitives que si elles sont bas coût. Par conséquent, ce travail se focalise sur la modulation directe avec détection directe (IM-DD) en Fréquence Intermédiaire (FI). En d'autres termes, le signal radio à 60GHz est translaté à une plus faible fréquence, autour de 5GHz, pour moduler directement un laser, puis il est restitué à 60GHz après la détection directe. Concernant la fibre optique, la multimode silice (MMF) est privilégiée puisqu'elle permet l'utilisation de composants optoélectroniques bas coût et largement disponible. Cette thèse propose différentes architectures RoF, de la point-à-point reliant deux pièces à la multipoint-à-multipoint agissant comme un bus logique. Après une caractérisation analogique des composants optoélectroniques, du lien RoF et du câble domestique, ces architectures sont construites et caractérisées étape par étape sur la base d'une modulation OFDM conforme aux standards radio 60GHz. Des transmissions temps réel entre terminaux commerciaux sont également réalisées afin de valider ces architectures. Pour finir, des infrastructures RoF avancées sont proposées. Premièrement, les systèmes RoF peuvent être améliorés si l'accès à leur couche optique est contrôlé par la couche MAC radio. Cette approche est donc étudiée, démontrant ainsi sa faisabilité. Deuxièmement, les systèmes optiques, perçus par les utilisateurs comme des produits premium, doivent supporter aussi bien les services de base du RLD que ceux qui vont émerger dans les années à venir. Ainsi, des infrastructures multiservice and multiformat innovantes transportant sur un unique câble optique des données IP, la télévision hertzienne et satellite, les signaux radio 60GHz et d'autres formats spécifiques tels que l'HDMI sont proposées puis testées
The evolution of the Home Area Network (HAN) is lead by the proliferation of connected devices inside the home and the deployment of high broadband access network which now allows the delivery of services that can exceed 1Gbit/s. To ensure efficient in-house exchanges, the HAN has to move rapidly toward multi-Gigabit/s connections, in particular the wireless connectivity generally preferred by the customers. Current wireless systems have limited capacities, but new radio standards delivering data-rates up to 7Gbit/s are emerging. Nevertheless, as they address the unlicensed millimeter-wave band, from 57 to 66 GHz, their radio coverage is limited to a single room. Indeed, at such frequencies, the free-space losses are high and the waves do not cross the walls. This thesis proposes to solve this problem by means of the Radio over Fiber (RoF) technology. This consists in capturing the 60GHz radio signals emitted in one room, converting them into optical signals for transmission through optical fibers, and reemitting them in another room. Thus, several RoF transducers will be installed in the home and interconnected by a suitable optical infrastructure to create systems acting at the same time as repeaters and as distribution systems. From the viewpoint of the HAN market, such systems will be competitive only if they are low cost. As a consequence, this work focuses on direct modulation with direct detection (IM-DD) at Intermediate Frequency (IF). In other words, the 60GHz signal is down-converted at a lower frequency around 5GHz before the laser modulation and up-converted to 60GHz after the photodetection. Concerning the optical fiber, silica multimode fiber (MMF) is privileged as it allows the use of low cost and largely available optoelectronic devices working at 850nm.The thesis proposes different RoF architectures, from point-to-point interconnecting two rooms to multipoint-to-multipoint acting as logical buses. After an analog characterization of the optoelectronic components, the RoF link and the domestic cable, these architectures are designed, built and characterized step by step using OFDM modulation according to existing wireless 60GHz standards. Real-time transmissions between commercial devices have also been performed to validate these architectures. Moreover, advanced RoF infrastructures are proposed. First, the RoF systems can be easily improved if the access to their optical media is managed by the radio MAC layer. This approach is therefore studied showing its feasibility. Secondly, an optical system, seen by users as a premium product, has to support the legacy home services commonly used as well as the new ones that could emerge in the future. Thus, innovative multiservice and multiformat infrastructures conveying on a unique optical cable wired IP data, broadcast terrestrial or satellite television, the 60GHz wireless connectivity, and specific formats as HDMI signals are proposed and tested

Ce mémoire de thèse est consacré à l'étude d'une liaison tout-optique longue de 10 km dédiée à l'extension d'un observatoire câblé de fond de mer existant afin d'atteindre de nouvelles zones d'exploration. Les travaux de recherche qui y sont rapportés démontrent la faisabilité de cette liaison tout-optique entre un instrument déporté et une station terrestre avec une seule fibre optique longue de 10 km, qui transmet simultanément la puissance, nécessaire à l'alimentation de l'instrument (quelques centaines de milliwatts), et des données bidirectionnelles en temps réel.Le contexte de cette thèse est présenté au travers d'un état de l'art sur les observatoires câblés et sur la puissance sur fibre. Le choix de la fibre unique et la présence de fortes puissances optiques complexifient la mise en oeuvre de cette extension tout-optique, et sont à l'origine de l'apparition d'interactions entre l'énergie optique dédiée à l'alimentation (@1480 nm) et les données échangées (@1550 nm). Tout au long de ce document, les choix technologiques retenus sont argumentés et les effets optiques non linéaires tels que les diffusions Raman, Brillouin, Rayleigh, l'Émission Spontanée Amplifiée (ASE) sont décrits, modélisés et analysés expérimentalement. L'extension tout-optique proposée a été caractérisée à la fois en régimes statique et dynamique par des mesures du bilan de liaison, du rapport signal à bruit (SNR) et du taux d'erreur binaire (BER). Les résultats obtenus montrent la possibilité de fournir 160 mW électrique à l'instrument déporté en utilisant une source optique continue de 33 dBm sans dégrader excessivement les données bidirectionnelles transmises simultanément (BER<10-7).

La photodetection coherente requiert des photorecepteurs equilibres a faible bruit afin de pouvoir reduire la puissance de l'oscillateur local sans augmenter la puissance minimale detectable. Nous avons concu et caracterise des photorecepteurs equilibres a faible bruit, notamment en utilisant une adaptation en entree par element(s) inductif(s). Les applications visees initialement etaient les transmissions numeriques binaires, au debit de 622 mbit/s, detectees en coherent heterodyne. Dans un premier temps, nous avons fabrique ces photorecepteurs grace a une technologie purement hybride. Apres ces tests prealables sur des circuits hybrides, nous avons concus des preamplificateurs integres sur substrat gaas et inp, selon des architectures similaires. Ce dernier substrat permet d'integrer le preamplificateur avec les photodetecteurs equilibres sur le meme monolithe (circuit integre opto-electronique/oeic). Les bandes passantes vont de 2,8 ghz, 800 ohm de transimpedance, avec un bruit moyen inferieur a 4,5 pa/hz#1#/#2 (detection equilibree), a 9,3 ghz, 280 ohm de transimpedance, avec moins de 8 pa/hz#1#/#2 (un seul detecteur), cela pour une architecture a 3 etages. Les transistors sont a effet de champ, de type phemt gaalas/gainas de grille 0,25 m (integration sur gaas), ou de type hfet gaalinas ou gainasp de grille 0,5 m (inp). Ces preamplificateurs ont servi a faire des photorecepteurs pour une detection coherente heterodyne et pour une detection directe, avec respectivement, une sensibilite de 47 dbm en cpfsk a 1,2 gbit/s ou de 49 dbm a 622 mbit/s dans un systeme experimental, et de 23,5 dbm (deduit des mesures de bruit) a 10 gbit/s en format nrz

L'étude réalisée dans ce mémoire porte sur le codage correcteur d'erreurs utilisé pour compenser les différentes limitations d'un système de transmission optique sur fibre, notamment celles liées au processus quadratique de photo détection. Dans le cas simple utilisateur, ce processus modifie la statistique du signal détecté qui s'apparente à une fonction chi-2. En tenant compte de cette statistique, le décodage itératif des codes LDPC a été adapté pour optimiser les performances. Dans le cas d'un système incluant l'accès multiple par répartition de codes, principalement limité par l'interférence d'accès multiple, la photo détection engendre un bruit de battements, ou beat noise. L'étude de la statistique du signal détecté a permis d'établir un modèle théorique en mixture de chi-2. Les performances du décodage LDPC ont été optimisées en se basant sur ce modèle, permettant ainsi une application au cas d'une transmission multimédia
The work done in this study focuses on forward error correction used to compensate for performance degradations in fiber optical links, mainly corrupted by the quadratic photo detection process. When we consider a single user transmission, this process has an impact on the photo detected signal statistic, which can be represented as a chi-square function. Taking into account this statistic, the iterative decoding used for LDPC codes is modified in order to optimise the performance. In the case including Optical Code Division Multiple Access, mainly disrupted by Multiple Access Interference, photo detection induces beatings called beat noise. Studying the photo detected signal statistic leads us to establish a theoretical model based on a mixture of chi-square distribution. The error correction performance has been optimised by taking into account this model in the decoding process, which permits considering an application to multimedia transmissions

Les deux volets de cette these sont la mise au point de methodes de caracterisation des materiaux pour fibres optiques et l'etude technico-economique des systemes operationnels. . . On debut par une description d'un ensemble de methodes thermiques pour mesurer les deux composantes d'attenuation de la lumiere dans les materiaux massifs de depart et dans les fibres: l'absorption et la diffusion. Pour cela on exploite la thermocinetique differente de ces phenomenes. Ensuite on examine les facteurs qui limitent la duree de vie d'une fibre en exploitation et on propose des methodes de mesure des differents parametres de la fibre. L'ensemble de ces etudes de fiabilite fournit la base theorique et pratique necessaire a une bonne connaissance du comportement mecanique des fibres. Les tests mis au point ont permis d'exprimer la duree de vie des fibres en fonction de la contrainte permanente en service et de constantes caracteristiques du materiau. Enfin, on examine le reseau local dans son ensemble sous l'aspect technico-economique. On compare le cout actualise des differentes solutions techniques pendant toute la vie du reseau. On etablit ainsi des scenarios realistes d'introduction de reseaux optiques. Ces resultats sont completes par une analyse de sensibilite du cout global aux principaux parametres d'installation

L'emploi de filtres spectraux multidielectriques pour assurer la separation de diverses longueurs sur les differentes voies d'un multi/demultiplexeur spectral, est souvent avantageux (rejection elevee, souplesse d'utilisation,. . . ). Une solution efficace et economique consiste a traiter directement les extremites des fibres et a les raccorder selon une technique relativement voisine de celle des coupleurs. On sait que les proprietes optiques d'un empilement multidielectrique dependent essentiellement des conditions d'utilisation. Ici, les conditions d'eclairement en bout de fibres sont particulierement delicates; l'onde guidee, inhomogene, presente une incidence moyenne non nulle. Faute d'un modele mathematique qui prenne en compte l'ensemble des caracteristiques de l'onde guidee pour calculer de facon rigoureuse les facteurs de transmission et de reflexion de l'empilement, on a utilise un modele tres simple qui assimile l'onde guidee a un faisceau ouvert. On presente un ensemble de resultats concernant les valeurs mesurees et calculees des reponses en reflexion et transmission sur les deux voies du demultiplexeur a fibres (fibres 50/125, 80/125 et monomodes). On montre comment on utilise la comparaison theorie-experience pour determiner l'ouverture equivalente d'un type donne de fibres. On dispose ainsi des moyens qui permettent de conduire l'experimentation pour parvenir a des systemes de demultiplexage de plus en plus selectifs et performants

La coupure d'un circuit electrique en basse tension par un contacteur engendre un arc electrique sur les pastilles de contact. L'erosion qui en resulte depend de nombreux parametres, dont la mobilite du pied d'arc. Cette these decrit un capteur a fibres optiques concu et realise par saisir et analyser le deplacement des pieds d'arc sur la surface de pastilles de contact planes de diametre 16 nm. La resolution spatiale est de 1,6 nm, la surface se trouvant maillee selon un reseau carre. L'electronique associee permet une resolution temporelle d'une microseconde et la memorisation de 12000 images a cette cadence. La tension et le courant d'arc sont enregistres a l'instar des signaux optiques. A partir des resultats bruts, on calcule la position de l'arc et sa vitesse a chaque instant. Ce capteur fonctionne en association avec un dispositif permettant de simuler, dans un essai synthetique, les conditions reelles de fonctionnement d'un contact de contacteur

Ces travaux de recherche portent sur les systèmes de communication radio-sur-fibre aux fréquences millimétriques supérieures à 60 GHz. Cette thèse s’articule autour de trois problématiques cruciales pour ces systèmes : la mesure du bruit de phase des signaux millimétriques instables générés par voie optique, la suppression de l’impact du bruit de phase sur les performances des systèmes de communications radio-sur-fibre par l’utilisation de techniques de conversion de fréquence non-cohérente, et enfin l’étude de l’impact du bruit d’intensité sur les performances des systèmes à détection non-cohérente. La première partie du travail présente une nouvelle technique de détection numérique du bruit de phase, capable de mesurer le bruit de phase à n’importe quelle fréquence millimétrique générée par voie optique et donc le plus souvent instable. Il est possible de mesurer le bruit de phase pour une large gamme de fréquences de décalage, allant de fréquence très proches de la porteuse à des bruits lointains grâce à l’adaptation de la résolution fréquentielle de la mesure. Cette mesure se fait de plus sans l’approximation des petits angles, très souvent utilisés. Dans la deuxième partie, un système de communication millimétrique basé sur une détection non-cohérente est étudié. L’étage de conversion de fréquences électrique permettant l’analyse des signaux est réalisé avec une détection d’enveloppe, ce qui permet de s’affranchir des variations de phase et de fréquence de la porteuse générée par voie optique. Pour terminer, des études théoriques et expérimentales sont menées sur l’impact du bruit d’amplitude sur les systèmes radio-sur-fibre utilisant ce type de détection non-cohérente. Les simulations, basées sur des modèles théoriques, sont capables de déterminer quel bruit est prédominant lors des mesures d’EVM parmi les bruits optiques et électriques. Cette technique s’appuie sur l’observation de l’évolution de l’EVM sur la puissance optique reçue
This Ph.D. investigates the radio over fiber communication systems at mm-wave frequencies higher than 60 GHz. The thesis elaborates on three crucial issues in these systems including:phase noise measurement of unstable optically generated mm-wave signals, elimination ofphase noise impact on performance of radio over fiber systems using non-coherent down conversion technique, and studying the amplitude noise impacts on performance of system based on these detectors. In the first part of this work, a new digital phase noise measurement technique is presented which is able to extract the phase noise of any unstable mm-waveoptically generated signal. This technique is able to measure the phase noise for a widerange of offset frequencies from close-in phase noise to far noise floor by adapting frequency resolution of measurement and without considering small angle approximation. In the second part, we present a radio over fiber system at mm-wave frequency based on non-coherent electrical frequency down conversion stage using an envelope detector which is robust against phase and frequency fluctuations of the optically generated carrier signal. Finally, a the oreticaland experimental study of amplitude noise impact on performance of radio over fiber systemsbased on non-coherent receivers is presented. In this study, a simulation technique based ontheory is developed which is able to determine, among different optical and electrical noise, the one which has the dominant effect on EVM results. This simulation technique is based onobserving the EVM evolution versus received optical power

Une source optique a bande laterale unique a ete developpee et fabriquee afin de pouvoir propager un signal radio-millimetrique sur une fibre optique standard a 1. 55 m sans subir de penalite du a la dispersion chromatique. Cette source integre monolithiquement un laser dfb, deux modulateurs electro-absorbants large bande 40 ghz, un amplificateur a semi-conducteurs et des coupleurs passifs de type mmi. La partie active est realisee en structure unique et la reprise passive en cbe. Une etude theorique approfondie permet de cerner l'ensemble des parametres de la source afin, en particulier, de connaitre les tolerances de fabrication du composant. Les mesures montrent que le signal radio (38 ghz) peut se propager sur plus de 50 km sans evanouissement, avec seulement une fluctuation de puissance residuelle de moins de 2 db. Le taux de rejection des bandes laterales est d'au moins 10 db. Des methodes de caracterisations precises de la source ont ete developpees. Des experiences systemes ont ete faites avec transmission de trames mpeg-2 sur differents formats de modulation : dqpsk et m-qam. Ils montrent le tres bon comportement de la source, specialement en linearite, par des constellations serrees et des taux d'erreurs proches de la theorie (1db de penalite en 64-qam).

L'etude concerne la specification et la conception d'un reseau analogique de videocommunication et d'un reseau numerique de transmission d'images sur fibres optiques. Nous avons propose, pour chacun, des systemes electroniques de communication. Une architecture originale de reseau de videocommunication basee sur l'utilisation de matrices de commutation avec routage automatique est proposee. La topologie lineaire et la topologie circulaire sont les mieux adaptees a la transmission sur fibres optiques mais l'evaluation a montre la superiorite de la premiere. Logiquement le reseau de videocommunication est constitue de deux sous-reseaux: le sous-reseau de transmission de signaux video-analogiques et le sous-reseau de transmission de signaux numeriques de commande et de controle (signalisation). Les techniques d'implantation de ce reseau ainsi que les architectures electroniques associees sont etudiees. L'evaluation a permis de montrer que les utilisations du multiplexage en frequence et de la commutation electronique repondent bien aux besoins d'une application de reseau local (par exemple, une vingtaine de stations et une dizaine d'equipements video par station). La transmission numerique d'images sur un reseau pose un certain nombre de contraintes qui sont etudiees. Les reseaux a acces asynchrone semblent etre l'opportunite de l'avenir. Des protocoles d'acces au medium (mac) tels que fddi, dqdb et atm sont analyses. Une architecture originale est proposee pour le systeme de communication d'images a tres hauts debits pour une architecture de reseau en anneau et un protocole d'acces base sur les principes de fddi mais fonctionnant a 1 gbits/s. Une analyse des capacites de transmission montre les limites d'utilisation de ce type de reseau en fonction du type de services recherche en communication d'images. L'architecture electronique du systeme de communication d'images numerisees est forme de trois sous-systemes de base: le systeme d'imagerie sim pour la production, visualisation et archivage d'images, le sous-systeme gestionnaire de tampon gmt responsable de la gestion des tampons d'emission et reception des differentes categories de donnees, et le sous-systeme electronique d'acces au medium mac qui implemente le protocole fddi-modifie. Nous avons propose les architectures electroniques associees a chacun de ces sous-systemes. Des travaux de simulation electrique ont permis de valider l'architecture proposee

Ce travail s’inscrit dans le cadre du développement des Capteurs à Fibres Optiques fondés sur les fibres dites microstructurées. Les nombreux avantages inhérents à ces fibres spéciales issues de cette technologie innovante sont liés à la présence dans la gaine optique de canaux d’air parallèles à l’axe du guide. Tant les télécommunications que l’instrumentation peuvent tirer profit des nombreuses possibilités offertes par la conception ‘à la demande’ de ce type de guide, rendue possible par l’assemblage parallèle de tiges et de tubes de silice qui constituent autant de zones de la préforme à partir de laquelle sera réalisée la fibre microstructurée. Ainsi, il est envisageable d’utiliser l’interaction entre le champ électromagnétique de l’onde optique et les milieux liquides, voire solidifiés, présents dans lesdits canaux pour réaliser des transducteurs ou bien des modulateurs actifs de lumière par exemple. Au-delà, la conception de la fibre permet d’optimiser la sensibilité de mesure aux paramètres recherchés. Enfin, le recours à des réseaux de Bragg photo-inscrits dans le cœur de la fibre complète avantageusement la fonction transductrice des capteurs en rendant possible les mesures déportées et spectralement multiplexées. Ce manuscrit décrit la photo-inscription d’un réseau de Bragg à pas court et à traits droits, ou à traits inclinés, dans une fibre microstructurée et l’étude de la sensibilité de sa résonance spectrale en fonction de l’indice de réfraction d’un milieu inséré dans les canaux de la fibre, et ce pour plusieurs conceptions de fibres. Le principe de la mesure est de suivre le décalage spectral de la raie de Bragg en fonction de l’indice de réfraction du milieu présent dans les canaux. Dans un premier temps, une caractérisation des fibres microstructurées fabriquées par le consortium du projet MONTE CRISTO auquel cette recherche était adossée (fibre à 6 trous, puis à 18 trous), a été réalisée via l’inscription de réseaux de Bragg à traits droits et la comparaison entre les résultats expérimentaux d’une imagerie modale en bout de fibre avec ceux issus des modèles. Pour ce faire, en plus de l’utilisation du logiciel commercial FEMLab (de type éléments finis) un outil de simulation, fondé sur la méthode des fonctions localisées, a été mis en œuvre au sein du laboratoire. Celui-ci permet, en outre, de déterminer la sensibilité d’un profil de fibre donné à l’indice de réfraction du milieu dans les canaux (les sensibilités obtenues respectivement avec les fibres à 6 et 18 trous pour un produit présent dans les canaux d’indice de réfraction proche de 1,33 sont de 4×10-3 u. I. R/ pm et 7×10-4 u. I. R/ pm). Cet outil nous a ensuite permis de modéliser la conception d’un profil de fibre microstructurée spécifique constitué de trois gros canaux proches du cœur. Cette constitution améliore grandement l’interaction entre le champ électromagnétique et le milieu inséré et in fine accroît la sensibilité de la résonance de Bragg à l’indice de réfraction (sensibilité de 3×10-5 u. I. R/ pm pour un indice de réfraction de l’ordre de 1,33). Dans un second temps, différents fluides d’indices de réfraction connus ont été introduits par capillarité dans les canaux de la fibre. L’évolution spectrale du réseau de Bragg photo-inscrit dans le cœur (dopée Ge) de la fibre microstructurée avec l’indice de réfraction a ainsi permis de déterminer finement la sensibilité de mesure. Une autre approche, fondée sur l’emploi d’un réseau de Bragg à traits inclinés a également été investiguée. Celle-ci, complémentaire de la première (consistant à modifier le profil de la fibre et donc ses caractéristiques optogéométriques), a permis, à nouveau, d’augmenter significativement la sensibilité de mesure en considérant l’évolution spectrale avec l’indice de réfraction d’un des modes d’ordre supérieur du réseau. Au delà, un dispositif réfractométrique ‘réversible’ sur plusieurs cycles permettant l’insertion puis l’extraction de liquides à analyser dans les canaux de la fibre, a été développé et caractérisé, démontrant ainsi la faisabilité de l’approche globale de mesure d’indices au sein des fibres microstructurées. En complément des mesures d’indice, une étude préliminaire a été réalisée afin de mettre en évidence la possibilité d’accroître la sensibilité thermique d’un réseau de Bragg à pas droits inscrit dans une fibre microstructurée, en insérant dans ses canaux un fluide dont l’indice est supérieur à une valeur ‘seuil’ fonction de la géométrie du guide. Ainsi il est possible de doubler la sensibilité thermique du réseau de Bragg, pour un profil de fibre et un indice de réfraction donné. Ainsi, la voie est désormais ouverte à toute une ingénierie de capteurs mettant en œuvre : réseaux de Bragg (droits ou en angle), fibres microstructurées optimisées et dispositifs fluidiques d’insertion ou d’extraction des liquides transducteurs ou à analyser. Les domaines d’emploi potentiel recouvrent de nombreux secteurs comme la biologie, la chimie ou l’environnement
This work lies within the scope of optical fibers sensors development based on microstructured fibres. The inherent advantages of these special fibres, resulting from the innovative technology, are due to related to the presence of air channels within the cladding. Telecommunication industry as well as instrumentation can draw profit from possibilities offered by “custom” design of this type of guide, achieved through the stack of rods and silica capillaries, each of them constituting many zones of the preform from which would be manufactured microstructured fibers. Thus, it is possible to use the interaction between the electromagnetic field of the optical wave and the liquid medium, even solidified, present in the aforementioned channels to produce transducers or active light modulators for example. Beyond, fibre design makes it possible to optimize the measurement sensitivity to the required parameters. Finally, taking advantage of Bragg grating photowritten in the fibre core adds transducing functionality through spectrally multiplexed remote measurements. This manuscript describes short-period Fiber Bragg Grating and Tilted Fiber Bragg Grating photowriting in a microstructured fiber and sensitivity study of its spectral resonance shift according to the refractive index of the medium inserted into the fiber holes, and this for several fiber designs. The principle of measurement is to follow the wavelength shift of Bragg resonance according to the refractive index of the medium inserted into the holes. Initially, microstructured fiber characterization, manufactured through the MONTE CRISTO project consortium (6-hole fiber, then 18-hole fiber) was carried out through the Fiber Bragg grating photowriting and the cross comparison between experimental and simulation results of a modal analysis. So, adding to the commercial software FEMLab (finite-elements type) a dedicated simulation tool based on the localized function method has been developed. For a given design of hole geometry, it is possible to find out the sensitivity versus refractive index of the medium inserted in the channels (sensitivities obtained, respectively with 6 and 18-hole fibers, are 4×10-3 r. I. U/ pm and 7×10-4 r. I. U/ pm, with a refractive index close to 1,33). This tool allowed us to model and design a specific microstructured fibre made up of three large channels close to the core. This design of hole geometry largely improved the interaction between the electromagnetic field and the medium inserted and in fine increased the sensitivity of the Bragg grating resonance to the refractive index (sensitivity of 3×10-5 r. I. U/ pm for a refractive index close to 1,33). In a second time, fluids with calibrated refractive index were inserted by capillarity into the fiber channels. The spectral evolution versus index of refraction of the Bragg grating photowritten in the Ge doped core microstructured fiber made it possible to determine precisely the spectral sensitivity to the refractive index. Another approach based on Tilted Fiber Bragg Grating was also investigated. This initiative (consisting in modifying the fibre profile and thus its optogeometric characteristics), as a complement to the first solution, allows to significantly increase the measurement sensitivity by considering the spectral evolution of one of the high order mode with the index of refraction. Beyond, a multi-cycle ‘reversible’ refractometric device, allowing insertion and extraction of liquids to be analyzed in the fibre channels was developed and characterized, demonstrating the feasibility of the global solution of refractive index measurements with microstructured fibers. In complement to index measurements, a preliminary study was carried out to highlight the possibility to increase the thermal sensitivity of a Fiber Bragg Grating photowritten in a microstructured fibre, while inserting into channels a fluid whose index is higher than a threshold value depending on hole geometry. As a consequence, doubling the thermal sensitivity of the Bragg grating is achievable for a fibre profile and a given refractive index. In the future the way is wide open for a new type of sensors based on Fiber Bragg gratings (or Tilted Fiber Bragg gratings), optimized microstructured fibers and fluid devices to insert or extract liquids used as transducers themselves or to be analyzed. The fields of potential application cover numerous sectors such as biology, chemistry or environment analysis

Ce mémoire porte sur la conception de lasers hybrides jumelant les bres optiques à la photonique sur silicium. L'objectif principal est de réaliser un laser polyvalent au niveau de ses paramètres d'émission et permettant en plus d'offrir des performances intéressantes pour les communications optiques. Plusieurs approches menant à l'intégration laser sur la plateforme de photonique sur silicium ont été démontrées. Contrairement aux approches d'intégration qui visent à produire une source la plus compacte qui soit, l'approche choisie vise à réaliser un laser performant qui exploite à la fois les performances d'amplication optique des bres dopées ainsi que le potentiel de traitement optique qu'offre la plateforme de photonique sur silicium. Le principe de fonctionnement de même que les modèles théoriques de différentes structures optiques accessibles grâce à la plateforme de photonique sur silicium sont présentés en détail. Ces structures, permettant le guidage optique à l'échelle nanoscopique de même que la manipulation de la lumière, sont des éléments clés pour la conception de ltres optiques pour les cavités laser. Les performances d'un ltre Vernier sur silicium sont analysées grâce à des simulations numériques. Deux types de lasers hybrides accordables sont présentés dans ce document : celui d'un laser multimodes opérant à 1.55 µm et permettant une sélection de l'espacement spectral entre ses modes et celui d'un laser monomode opérant à 2 µm et accordable sur une large plage spectrale. Dans le premier cas, le milieu d'amplication de la cavité est composé d'une bre optique dopée à l'erbium tandis que dans le second, il s'agit d'une bre dopée au thulium. Les différents éléments de la cavité sont modélisés et leurs performances sont simulées à l'aide d'outils numériques. Enn, les performances expérimentales des lasers sont mesurées en laboratoire.
This master's thesis is on the design of a hybrid laser combining optical bers and the technology of silicon photonics. The main objective is to achieve a laser with great control and exibility over its emission parameters and with good performances for the eld of optical telecommunications. Until now, several approaches leading to laser integration on the silicon photonics have been demonstrated. Unlike integration approaches which aim to produce the most compact source possible, the chosen approach aims to produce a high-performance laser which exploits both the optical amplication performance of the doped bers as well as the potential of light processing and precision that oers the silicon photonic platform. The operating principle as well as the theoretical models of dierent optical devices accessible thanks to the silicon photonics are presented in detail. These devices allowing optical connement at the 100-nanometer scale level as well as the manipulation of light are key elements in the design of optical lters for the laser cavity. The performances of a Vernier lter on silicon are analyzed by means of numerical simulations. Two types of hybrid lasers are presented in this document. The rst is a multimode laser allowing a selection of the spectral spacing between its modes. The second type of laser is a single-mode laser operating at 2000 nm and tunable over a range of 100 nm. In the rst case, the amplication medium of the cavity is composed of an optical ber doped with erbium while in the second, it is a ber doped with thulium.

Une soudure est un raccord permanent entre deux fibres optiques, effectuée à l'aide d'un arc électrique, d'une flamme ou même d'un laser (p. Ex. à CO₂). Cette thèse présente l'influence d'une soudure à l’arc sur les caractéristiques de transmission d'une liaison entre une fibre parabolique ("MCVD") et une fibre trapézoïdale. Les fibres à profil trapézoïdal sont fabriquées avec le procédé ALPD (Axial-Lateral Plasma Deposition) qui utilise une torche plasma et le fluor comme dopant. Ces fibres ont un profil avec un plateau d'indice au centre, suivi d'une zone gradiantée et d'un "mur d'indice" entre le cœur et la gaine. Elles sont destinées aux réseaux locaux d'abonné, vu leur faible coût et leurs caractéristiques adéquates (Att. ≤ 3dB/km, B. P. ≈ 200 MHz·km, O. N. ≈ 0. 20). Dans cette étude nous apercevons que les pertes après soudure entre une fibre parabolique et une fibre trapézoïdale sont de l'ordre de 0. 12 dB et que cette moyenne dépend tant des paramètres intrinsèques (déformation du profil, différence des ouvertures numériques, présence du "mur d'indice") qu'extrinsèques (désalignement angulaire ou transverse) à la soudure. De même la Bande Passante après soudure de deux fibres différentes présente une valeur légèrement supérieure à celle obtenue après la liaison de deux fibres de même type. Ceci est dû au fait qu'une redistribution modale a lieu après un fort couplage de modes (facteur de "concaténation" δ = 0. 5-0. 7) au niveau de la soudure. L'ouverture Numérique après soudure approche plutôt celle de la fibre réceptrice, sauf dans le cas d'une mauvaise soudure où elle augmente considérablement. La technique utilisée pour l'interprétation de la propagation consiste à développer les courbes du retard différentiel des modes (D. M. D. ), qui nous donne une image assez précise de la façon dont les modes se propagent après soudure. En conclusion, les différentes structures d'un réseau local sont présentées, ainsi que certaines études complémentaires à ce travail, afin de bien justifier l'utilisation des fibres à profil trapézoïdal dans un tel réseau
A splice is a permanent connection between two optical fibers, made by an electric arc, an oxydric torch and/or a CO₂ laser. This THESIS analyses the influence of an arc fusion splice on the transmission characteristics of a join between a parabolic profile fiber ("MCVD") and a trapezoidal. The trapezoidal profile fibers are fabricated by the ALPD process (Axial-Lateral Plasma Deposition) using an atmospheric pressure plasma torch and fluorine as dopant. The trapezoidal profile results in an initial constant core region, a gradient zone and an ''index barrier" in the core-cladding interface. These fibers are adapted to the needs of a local subscriber network because they are cost-effective for these particular required characteristics (Att ≤ 3dB/km, Bandwidth ≈ 200MH km, Num. Aperture ≈ 0. 20). We show that splice lasses between parabolic fibers and trapezoidal fibers are approximately 0. 12 dB due to a) intrinsic parameters (profile deformation, numerical aperture difference, "index barrier" effect) and b) extrinsic ones (angular and lateral misalignments). In the same way we demonstrate that the bandwidth of the link which consists from the two different, above-mentioned fibers is a little higher than the concatenated bandwidth of two identical fibers. It is due to the mode conversion after the splice caused by a strong coupling of modes as we calculate using the concatenation factor δ (δ = 0. 5 – 0. 7). The Numerical aperture obtained after the splice approaches that of the receiving fiber, except in the case of a failed splice in which the Numerical aperture considerably increases. In order to improve the understanding of propagation change after splice, the differential mode delay (D. M. D. ) data are analysed. This measurement appears to be a precise image of how modes propagate after the splice in this particular link. Finally, in the conclusion the different local network structures are presented, together with some complementary studies of our experimental work, in order to confirm the choice of introducing the trapezoidal profile fiber in the public subscriber network

Nous avons étudié la sensibilité des fibres dopées erbium (EDF) sous irradiation et les défauts induits par celle-ci. Le premier chapitre présente l'état de l'art sur les EDF sous irradiations ainsi que des défauts générés dans la silice par les radiations. Le deuxième chapitre précise les types de radiations utilisés et les moyens expérimentaux mis en oeuvre pour caractériser les réponses des fibres sous irradiation ainsi que les défauts à l'origine des pertes. Dans le troisième chapitre, nous présentons la réponse de plusieurs fibres dopées erbium irradiées aux rayons γ, protons et rayons X pulsés. Les fibres dopées erbium et aluminium présentent des pertes induites par radiation plus élevées que les fibres classiques de transmission des télécommunications (SMF28) ou celles dopées erbium avec peu d'aluminium. La présence de l'aluminium dans la composition du coeur des fibres dopées erbium est en grande partie responsable des pertes induites. Quelque soit le type d'irradiation, les défauts créés par l'irradiation sont liés à la matrice hôte. Nos études montrent aussi que l'erbium n'est affecté qu'à travers son interaction avec les défauts créés. Le quatrième chapitre traite des EDF sous insolation UV et montre que les UV conduisent aux mêmes effets que les rayons γ. Le dernier chapitre présente, quant à lui, l'étude des amplificateurs optiques sous irradiation γ.

Ces travaux s'inscrivent dans un projet de développement de solutions alternatives simples à mettre en oeuvre destinées à la détection in situ de molécules dans les milieux aqueux. Aussi cette étude vise-t-elle à concevoir un modèle de Capteur à Fibres Optiques biosélectif fondé sur la technologie des réseaux de Bragg en angle, dits aussi réseaux blazés, composants « tout fibre » sensibles aux variations d'indice de réfraction du milieu qui les entoure. Ce type de réfractomètre devient potentiellement sensible vis-à-vis d'une unique molécule cible si la surface du substrat de silice que constitue la fibre optique est biofonctionnalisée, ce qui consiste à greffer, en surface du capteur, un biofilm conçu pour réagir de manière sélective. L'accrochage de la molécule cible sur le biofilm se traduit alors par des variations d'épaisseur et/ou d'indice du film qui se répercutent sur la réponse spectrale du réseau blazé. La partie sensible d'un tel réfractomètre intègre donc deux fonctions transductrices complémentaires : d'une part le biofilm permettant la détection sélective de la molécule cible en codant l'évènement sous forme d'une variation physique de la couche sensible, et d'autre part le réseau blazé transformant cette variation d'épaisseur / indice en une modi cation du spectre lumineux qu'il transmet. Le couple BSA (albumine de sérum bovin) / anti-BSA a servi de modèle pour la mise au point de tels biocapteurs. L'implémentation d’une méthode de mesure de l'indice de réfraction rapide a contribué à l'amélioration des performances en termes de détection de molécules cibles à très faibles concentrations (10 -5 voire 10 -6 g/L). Aussi les résultats obtenus rendent-ils prometteur l'’usage de la réfractométrie à réseau de Bragg en angle dans la réalisation de biocapteurs : ces travaux ont démontré que cette technique permet de suivre, en temps réel et sans usage de marqueurs, les interactions se déroulant en surface de la gaine optique. Leur poursuite pourrait permettre de mettre au point de nouvelles techniques de détection des polluants dans les milieux aquatiques
The purpose of this research work is to investigate the possibility of using tilted fiber Bragg grating technology to provide an alternative solution for molecular detection in aqueous solutions, suitable for in situ measurements and simpler to use than conventional monitoring instruments. As a tilted ber Bragg grating is sensitive to any change in the refractive index of the medium surrounding the cladding, this refractometer can be used as a transducer for biosensing applications if the silica ber surface is biofunctionalized. One of the great challenges to be met in the preparation of biosensors is the strategy for immobilization of the biospeci c molecule onto the transducer. The binding of the target molecule to the immobilized probe results in changes in the thickness and/or the refractive index of the biofilm, which modulates the spectral response of the grating. The sensitive area of the refractometer combines two complementary functions: on the one hand, the biospeci c biofilm enables one to detect the target molecule by converting binding events into physical changes of the sensitive layer; on the other hand, the tilted ber Bragg grating translates this thickness / refractive index modi cation into a spectral modulation. Bovine serum albumin (BSA) and anti-BSA are used to assess the performances of the tilted- ber-Bragg- grating-based biosensors. The implementation of a fast measurement technique has contributed to improve the performances of the detection process for low concentrations of target molecules in solution (10 -5 voire 10 -6 g/L). Therefore, the early results seem promising and could provide a conceptual basis for future research: it hbeen demonstrated that a label-free biosensor based on a tilted ber Bragg grating is able to follow, in real 2. Time, biological interactions taking place at the surface of the sensitive bio lm. Therefore, this study provides a base for future work regarding, for instance, water pollution monitoring

La presente etude concerne l'amelioration du pouvoir separateur des reflectometres pour fibres optiques. Le probleme est de deduire la distance entre deux connecteurs proches, a partir du signal detecte qui sera sur l'ecran, semble venir d'un seul connecteur. Une etude experimentale a ete menee au moyen d'un reflectometre pour fibres multimodales a 850 nm. Deux types de traitement numerique du signal ont ete appliques aux resultats experimentaux. L'un est la simulation-superposition qui consiste a retrouver le resultat experimental a partir de l'addition de deux signaux dephases et d'amplitudes variables. Le deuxieme utilise le traitement par le cepstre d'energie pour evaluer la distance entre deux echos. Les resultats obtenus ameliorent au moins d'un facteur trois le pouvoir separateur du reflectometre

L'activité scientifique au Laboratoire d'Optique Appliquée s'oriente autour du développement de sources laser ultra-brèves et ultra-intenses ainsi qu'à leur application pour la recherche dans de nombreux domaines de l'interaction laser-matière. En effet, ces sources lumineuses sont un instrument de choix permettant de nombreuse expériences dans le domaine de la physique des champs intenses: accélération de particules (électrons, protons), réalisation de sources X et gamma, étude résolue en temps de phénomènes ultra-rapides en biologie ou en chimie. On peut également citer la génération d'harmoniques d'ordres élevés dans les gaz ou dans les plasmas surdenses (cible solide). La production et la mise en phase de ces harmoniques ouvrent quand à elles la voie à la génération d'impulsions attosecondes (1 as=10-18 seconde) qui permettront de sonder des phénomènes très rapides tels que la dynamique des électrons autour de leur noyau. C'est sur cette dernière thématique que s'articule l'activité du groupe de Physique du Cycle Optique. En effet, des travaux théoriques ont montrés que la génération d'impulsions lumineuses attosecondes en régime relativiste était réalisable et ce avec une efficacité du processus sans précédent (environ 10-3). Il est maintenant possible d'obtenir des intensités relativistes (1018 W. Cm-2) avec des lasers kHz délivrant des impulsions de quelques cycles optiques (de durée inférieure à 10 fs à 800 nm). Un régime d'interaction particulier, dénommé régime 3, a également été mis en évidence théoriquement. Dans ce régime, les impulsions de quelques cycles optiques sont focalisées sur des taches focales de l'ordre de la longueur d'onde du laser. Toute l'énergie laser est alors contenue dans un volume focal de l'ordre de la longueur d'onde élevée au cube. Des harmoniques d'ordres élevés sont alors générées par interaction avec un plasma surdense et l'efficacité du processus peut atteindre 10-1. Afin de réaliser ces expériences, il est nécessaire de disposer d'une source laser délivrant des impulsions de quelques cycles optiques seulement et dont l'énergie est supérieure à 1 mJ avec un taux de répétition de 1 kHz. A ces exigences s'ajoutent deux contraintes majeures. La première porte sur le contraste temporel de l'impulsion: il doit être de 10 ordres de grandeurs au moins afin d'éviter une ionisation non souhaitable de la cible solide. La seconde porte sur la stabilisation de la phase d'offset (ou phase absolue) du champ électrique de l'impulsion par rapport à son enveloppe. En effet, pour des durées d'impulsions de quelques cycles seulement, le processus de génération d'harmoniques d'ordres élevés devient sensible à ce paramètre. Ce travail de thèse s'intègre dans cet objectif de développement et de caractérisation d'une source laser ultra-brève, ultra-intense, à haut contraste, stabilisée en phase absolue et dédiée à la génération d'harmoniques en régime relativiste. Nous avons effectué une caractérisation complète des performances du système laser commercial. Nous avons validé expérimentalement un système de compression hybride sur ce système CPA installé en salle noire. Ce dispositif de compression composé d'une ligne à prismes et de miroirs chirpés semble être un choix judicieux. En effet, cette solution permet de diminuer les effets non linéaires introduits par le compresseur à prismes. L'énergie des impulsions après compression a pu être portée jusqu'à 1,26 mJ et la durée à mi-hauteur en intensité des impulsions réduite à 24 fs, la puissance crête est alors de 53 GW, soit 1,8 fois plus que le système commercial. Le contraste temporel est tout à fait acceptable et la stabilisation en phase du système a été réalisée tout en restant très proche des performances du système dans sa configuration d'origine. Nous avons développé et caractérisé une source laser délivrant des impulsions ayant une durée de 22 fs à mi-hauteur en intensité et une énergie de 4 mJ, soit une puissance crête de 181 GW et ce avec un taux de répétition de 1 kHz. Cette source utilise l'oscillateur, le dispositif d'étirement et l'amplificateur du système commercial. A la suite de ce premier étage d'amplification, nous avons ajouté un second amplificateur multi-passages que nous avons développé au laboratoire. Ce second étage d'amplification permet d'atteindre une énergie de 6 mJ pour les impulsions en sortie d'amplificateur. Afin d'effectuer la compression temporelle des impulsions, nous avons utilisé un compresseur hybride composé d'une ligne à prismes et de miroirs chirpés. Ce compresseur, associé à une gestion globale de la phase spectrale grâce d'une part à des calculs préliminaires et d'autre part au dispositif DazScopeTM (mesure et optimisation de la phase spectrale) ont permis d'obtenir des impulsions presque limitées par transformée de Fourier, attestant ainsi de la qualité de la compression. Le contraste picoseconde (107) et la stabilité en énergie des impulsions (2,6 % rms) sont tout a fait satisfaisants. Concernant la qualité spatiale du faisceau, le mode n'est pas parfaitement gaussien, toutefois, en champ lointain, le profil d'intensité spatiale est satisfaisant et utilisable. L'objectif initial, qui était le développement et la caractérisation d'une source laser sub-25 fs, multi-mJ à 1 kHz est donc atteint. De plus ce système permet, comme on l'a vu, d'effectuer les travaux nécessaires à la génération d'impulsions de quelques cycles optiques par des techniques non linéaires. Cette source est actuellement utilisée à ce niveau d'énergie afin de produire des impulsions sub-10 fs à l'aide de techniques non linéaires. Notre choix s'est plutôt porté sur la technique de la fibre creuse. Nous avons réussi à générer des impulsions de 5 fs, et de puissance crête 172 GW à 1 kHz. La technique de la fibre creuse semble permettre de générer des impulsions de quelques cycles de manière robuste. Les principaux avantages de cette méthode sont d'une part que le profil du faisceau issu de la fibre creuse est de grande qualité dû à la sélection modale lors de la propagation dans la fibre. D'autre part, étant donné que la fibre est fixe, on s'attend à une excellente stabilité de pointé du faisceau. Afin d'obtenir des impulsions plus énergétiques en sortie de fibre, des essais sont en cours avec une fibre de diamètre plus important. Cela devrait permettre d'injecter la quasi totalité des 4 mJ issus de la chaîne laser tout en évitant l'ionisation du gaz. Nous espérons obtenir des impulsions dont l'énergie est d'environ 2 mJ, avec une durée de 5 fs soit une puissance crête de 0. 5 TW avec un taux de répétition de 1 kHz. La technique de l'auto-compression par filamentation semble être une alternative moins adaptée, principalement à cause de la limitation plus basse en énergie des impulsions et à l'inhomogénéité de la durée de l'impulsion sur la section transverse du faisceau. Toutefois, le régime d'auto-compression peut être intéressant pour des applications ne nécessitant que des impulsions de faible énergie. Nous avons également réalisé des travaux exploratoires et mis en évidence deux techniques expérimentales permettant d'influencer le régime de multi-filamentation. D'une part l'utilisation d'une polarisation circulaire pour l'impulsion initiant la multi-filamentation. Cela permet d'augmenter l'énergie et la stabilité de pointé des impulsions issues des filaments générés. D'autre part, nous avons montré que l'utilisation du miroir déformable pour le contrôle dynamique du front d'onde du laser incident est une technique prometteuse pour l'obtention de figures de multi-filamentation stables. Outre le fait que ces expériences permettent d'étudier le phénomène de multi-filamentation lui même, elles semblent mettre en lumière des techniques prometteuses et efficaces pour la mise en place d'une source laser ultra-brève au niveau multi-GW à faisceaux multiples
Research at the « Laboratoire d’Optique Appliquée » (LOA) is oriented on the development of ultra-short and ultra-intense laser sources and on their application for laser-matter interaction experiments. Indeed, ultra-short laser sources are a nice tool allowing experiments in several areas of high field physics like particle acceleration, secondary X ray and Gamma sources, time resolved study of chemical processes… Among them it is worth considering high harmonic generation in gases or in over dense plasmas (solid state targets). The generation and the phase matching of these harmonics open the way to the production of attosecond light pulses that can be a nice probe to study ultra-fast processes like electron dynamics in atoms. The scientific work of the « Physique du Cycle Optique » (PCO) group is mainly devoted to this last thematic. « En effet » theoretical work have demonstrated that attosecond pulse generation in the relativistic regime is possible with an unprecedented efficiency of 10-3. It is now possible to obtain relativistic intensities (1018 W. Cm-2) with kHz lasers delivering few-cycle pulses (with a duration of less than 10 fs at 800 nm). One particular interaction regime, called « 3 regime » has been highlighted theoretically. In this regime, a few-cycle light pulse is focused on a solid state target, the focal spot size is in the order of the laser wavelength. All the energy is then concentrated in a focal volume of the order of the wavelength to the power 3. High order harmonics are then produced due to the interaction of the light pulse with the generated over dense plasma. In this case, the efficiency can reach 10-1. In order to generate experimentally such a type of harmonics, one have to build a laser source delivering few-cycle pulses with an energy of more than 1 mJ at a repetition rate of 1 kHz. Moreover, two additional constrains have to be overcome. The first one is the temporal contrast of the laser pulse: it has to be more than 1010 in order to avoid unwanted pre-ionisation of the target. The second one is the stabilisation of the relative phase between the maximum of the electric field and the maximum of the envelope of the pulse. Indeed, for few-cycle pulses, the harmonic generation process is sensitive to this Carrier-Envelope phase Offset (CEO phase). This PhD thesis’ work is integrated in the following goal: the design, development and characterization of a few-cycle, high contrast and CEO phase stabilized laser source for harmonic generation in the relativistic regime. We performed a complete characterization of the performances of the commercial system. We experimentally validated an hybrid pulse compression scheme on this CPA laser source. This compressor made of a prisms delay line and chirped mirrors seems to be a good choice. In fact, this solution allows to decrease non-linear effects due to the prisms’ material. Compressed pulse energy was brought to 1. 26 mJ and it’s FWHM duration was decreased to 24 fs. This improvement lead to a 53 GW laser source which is 1. 8 times better than the commercial system. Temporal contrast is quite good and CEO phase stabilization was performed leading to a phase jitter of 200 mrad. We also developed and characterized a CPA laser source delivering 22 fs, 4 mJ light pulses at a repetition rate of 1 kHz. This laser source uses the oscillator, the stretcher and the amplifier stage of the previously described commercial system. After the first amplifier, we added a home-made multi-pass amplifier. This amplifier allows to increase the amplified pulse energy to 6 mJ. Temporal pulse compression is done with an hybrid compression scheme (prisms line + chirped mirrors). This compressor associated with the DazscopeTM apparatus (allowing spectral phase measurement and optimisation) allow the generation of Fourier transform limited pulse duration showing the quality of the temporal pulse compression. The picosecond contrast (107) and the pulse energy stability (2. 6 % rms) are satisfying. Concerning the beam quality, the spatial intensity profile is not Gaussian, however in the far field, the beam profile is good enough and usable. The initial goal, consisting of the development and characterization of a sub-25 fs, multi-mJ laser source at 1 kHz is reached. Moreover this laser system is successfully used for few-cycle pulse generation thanks to non-linear techniques. This laser source is used to produce sub-10 fs pulses, our choice is to use the hollow fibre technique to generate such pulses. We succeeded in generating 5 fs pulses carrying a 172 GW power with a repetition rate of 1 kHz. The hollow fibre technique seems to be a robust way to produce this type of pulses. The main advantage is the excellent mode quality thanks to the guiding into the fibre. In addition, since the output of the fibre is fixed, the beam pointing stability is enhanced. In order to obtain more energetic pulses, experiments are still in progress with a fibre with a bigger core in order to inject the 4 mJ pulses out coming from the CPA source. We want to obtain 5 fs pulses with an energy of 2 mJ which would be a 0. 5 TW laser source at a 1 kHz repetition rate. The filament self-compression technique seems to be a less interesting technique for high energy few-cycle pulse generation mainly due to pulse energy limitation inherent to the filamentation process. It also seems that the pulse duration is varying across the beam. However, the self-compression regime can be interesting for applications that need only low energy pulses. Finally we did experiments that lead to two new techniques allowing to influence the multi-filamentation regime. The first one is the use of a circularly polarized beam that allows to increase the energy and the beam pointing stability of the filamenting pulses. The second one is the use of a deformable mirror in order to control dynamically the number of out coming filamenting pulses by changing the wavefront of the initial laser pulse. These methods can have an application in the design of few-cycle, multi-beam laser source

Le travail expose dans ce memoire porte sur l'etude d'un filtre optique a bande passante tres etroite, pouvant servir pour le demultiplexage en longueur d'onde (wdm) compose d'une microsphere couplee a deux fibres polies sur le cote. Les microspheres sont des cavites resonantes, dont le diametre est de l'ordre de la centaine de microns, transportant des modes de galerie. Ces modes se propagent a l'interieur de concavites par reflexions totales successives avec peu de pertes. Leurs resonances sont des pics tres etroits dont les coefficients de qualite sont de l'ordre de 10 9. Toutefois, de tres nombreux modes de galerie se propagent dans ces cavites. Les indices effectifs de ces modes de galerie sont tres proches. Leur excitation selective est donc delicate. La solution que nous proposons ici est de realiser des guides optiques monomodes a la peripherie des microspheres. Le mode qui se propage dans la couche guidante sera separe des autres modes de galerie. L'etude theorique des structures composees d'une microsphere autour de laquelle se situe un guide est realisee en decoupant la cavite en tranches cylindriques paralleles. Chaque tranche est assimilee a un guide a gradient d'indice. Au cours de cette etude, nous avons elabore differentes methodes de conception de guides autour de microspheres. Nous avons realise des guides par echange ionique a la peripherie de microspheres de verre sodocalcique, ainsi que des guides par bombardement electronique de la surface de microspheres de silice. Nous avons enfin etudie la possibilite de realiser des guides par depot de couche de solgel sur des microspheres de silice. Les accroissements de l'ecart entre les indices effectifs des modes de galerie d'ordre radial 0 et 1 sont de 2,7. 10 3 pour l'echange ionique et de 1,5. 10 3 pour le bombardement electronique de la silice. Le filtre etudie comprend aussi des demi-coupleurs a fibre que nous avons fabrique et caracterise a l'aide de la methode des liquides d'indice. Cette methode consiste a deposer un liquide sur la partie polie du coupleur et de faire varier son indice pour changer la proportion d'energie dispersee dans le liquide. Nous avons ainsi pu mesurer des epaisseurs de gaine polies a 1 m du cur de la fibre avec une precision de 0,1 m. Nous avons aussi realise un montage permettant de visualiser le spectre de resonance de microspheres de silice. Nous avons pu mesurer des coefficients de qualite de 44000 pour une microsphere de silice de 250 m de diametre.

Le développement des télécommunications optiques à haut débit d'informations suppose la conception et la réalisation de photorécepteurs aux longueurs d'onde 1,3 et 1,55 upsilon m ; l'objet de ce travail est de présenter une solution originale qui permet l'intégration monolithique d'un photorécepteur adapté à ces longueurs d'onde

La lumiere se propage dans le cur d'une fibre optique par reflexions multiples sur la surface. De la qualite de cette surface depend la qualite optique de la fibre (transmission, ouverture numerique). Aussi une gaine optique, formee d'un materiau de plus faible indice optique, est-elle necessaire pour assurer une protection mecanique et chimique de la surface. Notre etude se limite aux fibres optiques plastiques. Pour ameliorer les performances de la gaine optique et la qualite de l'interface, nous avons: 1) analyse les operations de revetement en solution de la preforme, qui est etiree pour donner la fibre; 2) cherche a augmenter les proprietes thermiques du materiau de gaine par reticulation; 3) developpe une technologie, utilisant un tube comme gaine optique; 4) ameliore l'adherence cur/gaine par l'utilisation d'un copolymere sequence. Il faut souligner, pout tous ces points, le role joue par les phenomenes de diffusion dans le polymere, qu'il s'agisse de la diffusion de solvant dans une matrice polymere ou de l'interdiffusion de chaines macromoleculaires

Les experiences de physique liees a l'etude des phenomenes de fusion necessitent la mise en place de liaisons de transmission analogiques par fibres optiques qui permettent d'enregistrer les signaux de mesure de diagnostics. Les methodes de caracterisation abordees concernent les mesures de bruit, de linearite et de fonction de transfert des dispositifs qui constituent ces liaisons. L'objet essentiel de la these est la modelisation de ces caracteristiques et la mise en place des moyens qui permettent l'exploitation numerique de ces modeles. Trois exemples d'application sont presentes. Le premier concerne l'etude de faisabilite d'un filtre analogique destine a augmenter la bande passante d'un oscilloscope. Le deuxieme a pour objectif de determiner les performances necessaires pour la transmission d'un signal de mesure de diagnostic qui reflete l'evolution temporelle de l'intensite d'un faisceau laser. Le troisieme concerne l'etude comparative de deux liaisons de transmissions employees dans le cadre des essais souterrains effectues au centre d'experimentation du pacifique

L'etude demontre la faisabilite d'un micro commutateur opto-mecanique a commande electrostatique, destine a la commutation spatiale dans les reseaux de fibres optiques (longueur d'onde: 1,3 m et 1,55 m). Ce commutateur a ete realise en combinant les techniques de l'optique integree et du micro-usinage sur silicium. Une etude theorique du circuit optique est conduite pour determiner les pertes optiques, l'isolation inter-voies et la sensibilite a la polarisation. Puis la deviation electrostatique de la poutre mecanique est modelisee et les sensibilites du composant aux vibrations, aux accelerations et a la temperature sont evaluees. Les contraintes residuelles dans la silice, a l'origine des deformations parasites des structures mecaniques, sont etudiees. Les comportements mecaniques sont relies aux phenomenes physiques regissant les contraintes intrinseques. Les solutions technologiques developpees pour controler les deformations parasites sont decrites: traitement thermique, systeme de compensation mecanique et bilame thermique. La caracterisation des composants debute par l'etude experimentale de la deviation mecanique des poutres par la commande electrostatique. Puis le fonctionnement optique des micro commutateurs est caracterise, en terme de pertes optiques fibre a fibre, d'isolation optique des voies de sortie, de sensibilite a la polarisation, de tension de commande et de temps de reponse. Enfin, un micro commutateur mettant en uvre un peigne electrostatique et un fonctionnement tirant parti du phenomene d'instabilite electrostatique du systeme est presente. Il a permis d'atteindre une faible tension de commande tout en conservant de bonnes performances optiques. Les meilleures performances obtenues sont suivantes, a 1300 nm: pertes fibre a fibre: -2. 5 db, isolation: 40 db, tension de commande: 28 v, temps de reponse: 0,8 ms

Les communications par fibre optique sont un domaine en pleine expansion des nos jours. Leur développement est conditionné de l'existence de circuits et de dispositifs optoélectroniques et de haute performance. Les propriétés optiques des matériaux III-V a base de phospure d'indium, bien adaptes aux longueurs d'onde privilégiées de transmission par la fibre optique en silice ont fait de ces matériaux des très bons candidats pour la fabrication des circuits et dispositifs optoélectroniques. Cependant, l'intégration monolithique de composants optiques et de circuits sur la même puce est pénalisée par des effets parasites: effet de coude, commutation retardée de grille ou de drain, le bruit en excès dans les transistors. Ces comportements peuvent être induits par des pièges profonds qui sont en général des perturbations dans le réseau cristallin. Pour cette raison, notre travail s'est penche sur l'analyse du rôle des pièges sur les performances électriques des transistors afin de permettre la mise au point d'un transistor a effet de champ à hétérojonction pour les photo-detectors. Notre étude comporte deux grandes parties. L’analyse de défauts profonds, pour laquelle trois techniques ont été réalisées: spectroscopie de transitoire de défauts profonds, mesures de dispersion en fréquence de la conductance drain-source et les mesures de bruit basses fréquences. Les résultats ont montre que ces techniques de caractérisation sont bien adaptées pou l'étude sur le transistor a effet de champ et que nous pouvons les utiliser de f acon complémentaire. La deuxième partie est consacrée à une étude détaillée de l'effet de coude (kink). Nous analysons l'évolution de cet effet avec la température, avec la fréquence d'excitation et avec l'éclairage. Ces résultats ainsi que les mesures de photo capacité et l'évolution du courant de grille avec la température, nous ont permis de présenter un modèle qui explique l'effet de coude observe sur ces transistors
Nowadays optical communications systems provide a very large proportion of the communications links. Their evolution is conditioned by the existence of high performance optoelectronic circuits and devices. The optical and electrical properties of the III-V INP – based materials, well adapted to the transmission windows of the silica optical effects, are very interesting for applications in high-speed optoelectronic integrated circuits. Despite their performances, INP based HFET's presents some important anomalies like the kink effect, the dispersion of the drain source conductance with the frequency and the low frequency noise. These behaviors could be induced by the presence of deep traps that are generally perturbations in the crystal lattice. It is important to understand and minimize these phenomenon’s in order to increase the performances of the devices for photo detection applications. Our study could be divides in two parts: a study of the deep levels, which was performed using current transient spectroscopy, the dispersion of the drain-source conductance measurements and the low frequency noise measurements. The results concerning the activation energies and captures cross sections obtained from these methods are in general similar, so these three techniques are suitable for deep level characterization on complex structures like HFET's and they can be used in a complementary manner. The second part consists in a detailed analysis of the kink effect. We examined the behavior at this p parasitic effect with the temperature, with the frequency excitation and under monochromatic excitation. These results correlated with the evolution of the gate current with the temperature and with the photo capacity measurements show that the kink effect in mainly related to the deep traps

Dans ce travail, nous avons étudié un système complet d'antennes distribuées par voie optique pour déport de signaux radio suivant le principe de la radio sur fibre. La caractérisation du lien optique servant de base au système radio sur fibre, d'un point de vue composant et système via la transmission de standards radio a d'abord été effectuée. Nous avons montré par une nouvelle technique de caractérisation que l'élément non linéaire de notre chaîne de transmission pouvait se comporter de manière plus linéaire qu'attendue et faiblement impacter les standards radio transmis. Les standards choisis sont à enveloppe constante (GSM) et à enveloppe non constante (WLAN) pour mieux mettre en évidence les non-linéarités de la chaîne de transmission. Il est ainsi montré que les signaux à enveloppe non constante sont les signaux limitants et qu'en leur adjoignant un signal à enveloppe constante à faible puissance, la qualité de leur transmission n'est pas impactée. A partir de ces résultats expérimentaux, un algorithme de calcul de couvertures radio a été développé et appliqué à plusieurs scénarios de couverture intra-bâtiment. Notre étude montre que dans tous les cas, c'est la liaison montante, de l'utilisateur à la station centrale, qui est limitante puisque bien plus impactée par le bruit ajouté par la chaîne de transmission optique. Par suite, nous avons proposé une architecture de déploiement réseau originale de type bus pour laquelle nous montrons que malgré un coût de déploiement faible, il est possible d'atteindre des performances suffisantes pour assurer des couvertures au sein d'un réseau domestique. Enfin, ces résultats de simulation sur architecture bus sont confirmés par la réalisation d'un banc de test de type industriel permettant de confirmer par la mesure les résultats obtenus précédemment. Nous réalisons aussi un circuit radio passif permettant la séparation et recombination de plusieurs signaux (GSM et WLAN étudiés précédemment) de sorte que tous les éléments prouvant la réalisation et les mesures sur le système complet d'antennes distribuées sont à disposition et fonctionnels.

La trame générale de ces travaux de recherche concerne la modélisation et l'implantation de systèmes d'interconnexions optiques à forte bande-passante spatiale et temporelle. Nous présenterons une suite de résultats au niveau des modèles, des applications et des réalisations prototypales. L'origine de ces travaux est une étude sur les connexions optiques en espace libre permettant de modéliser des opérations de calcul optique parallèle (telles que la multiplication matricielle), débouchant sur une classe d'opérations plus générale mettant en jeu un réseau d'interconnexions non-invariantes spatialement entre plans de données. Cette étape a permis d'évaluer, tant qualitativement que quantitativement, l'apport de la synergie entre la synthèse numérique d'éléments optiques diffractants (HSO) et les modulateurs spatiaux de lumière (MSL) à cristal liquide, dans le but de réaliser des dispositifs de traitement optique spatial dynamique de l'information. L'étape suivante traite des interconnexions dynamiques entre fibres optiques monomodes, débouchant naturellement sur la conception de dispositifs d'aiguillage et de commutation pour les réseaux de transmission optiques dorsaux multiplexés en longueur d'onde (WDM). A ce niveau, les contraintes principales portent sur les temps de commutation requis −inférieurs à la milliseconde− et les capacités de plusieurs dizaines de voies spatiales indépendantes. Au niveau de l'implantation prototypale, nous avons poussé le plus loin possible le concept d'holographie digitale dynamique sur MSL à cristal liquide, aboutissant à la conception et l'intégration de plusieurs générations d'aiguilleurs de bandes optiques performants (jusqu'à 64 voies spatiales). Par la suite, devant la nécessité de développer des règles d'ingénierie sur les anneaux et les réseaux maillés WDM, je me suis impliqué dans l'évaluation et le développement d'outils de simulation photonique concernant les dispositifs de commutation et de brassage transparent de canaux optiques. Je présente enfin les axes de recherche ayant émergé plus récemment, centrés sur le dimensionnement et l'intégration de réseaux locaux utilisant l'optique comme canal de propagation sans fil à très haut débit et à impact sanitaire et environnemental réduit.

La lumière lente, qui correspond au contrôle de la vitesse de propagation de la lumière par dispersion guide ou matériau du milieu considéré, est une fonction photonique « clé » pour le développement des futures générations de réseaux de communication optique : ligne à retard, synchronisation temporelle de paquets optiques, mémoires tampon. Les résonances associées aux diffusions Raman et Brillouin ou à l'amplification paramétrique dans les fibres optiques ont été proposées pour le ralentissement de la lumière. Il résulte de la courbe de gain une variation brutale de l'indice de réfraction autour de la fréquence de résonance, phénomène physique exprimé au travers des relations de Kramers-Kronig. Cette transition rapide engendre une forte variation de l'indice de groupe au travers du milieu considéré. Les résultats publiés précédemment ont principalement concerné des signaux lents et plus rarement des signaux à haut-débit (> 10 Gb/s) plus proches des applications aux télécommunications optiques. Dans cette thèse, nous utilisons le processus paramétrique bande étroite et le phénomène de diffusion Brillouin stimulée (SBS) large bande dans les fibres afin de réaliser des lignes à retard ajustables pour des signaux à 10 Gb/s. Les performances de la lumière ralentie seront évaluées en mesurant le temps de retard maximum, la qualité du signal retardé par l'ouverture de l’oeil et le taux d'erreur binaire (BER), ainsi que l'optimisation du signal en réduisant au minimum les distorsions induites par la lumière lente
Slow light, referring to slowing down the propagation velocity of the light through engineering the material dispersion or waveguide dispersion of the medium, is a promising technology for optical buffering and packet synchronization in future all-optical communication networks. Recently, slow light in fibers are rapidly developing for their compatibility with fiber-optic communication systems, where the fiber nonlinearities such as stimulated Brillouin scattering (SBS), stimulated Raman scattering (SBS) and parametric process are used to shape the material dispersion of the fiber so as to realize the slow light based on the well-known Kramers-Kronig relationship. What’s more, for being compatible with the present 10-Gb/s optical communication systems, the system performances of 10-Gb/s signals delayed in the fiber nonlinearities based slow light should be thoroughly evaluated. In this thesis, we utilize the narrow band parametric process and broadband SBS in fiber to realize the tunable delay of 10-Gb/s signals. We evaluate the performances of the slow-light delay lines by measuring the maximal delay time, the fractional delay and the signal quality such as eye opening and bit-error-rate (BER) of the delay signal, and optimize the signal quality by minimizing the slow-light induced distortions

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'influence des effets thermiques et mécaniques sur les modifications structurales des verres de silice et de silice dopée. La première partie de ce travail concerne l'étude des paramètres structuraux qui régissent l'atténuation dans les fibres optiques de télécommunication. Les mesures de diffusion Raman, Rayleigh, Brillouin et des rayons X aux petits angles ont montré que des traitements thermiques appropriés qui abaissent la température fictive des fibres, peuvent diminuer les fluctuations de densité et ainsi améliorer la transmission. La seconde partie de ce travail concerne l'impact de l'indentation sur la structure d'un verre de silice pure et de deux échantillons dopés GeO2. Une cartographie Raman de l'indent a été effectuée et l'évolution des signatures spectroscopiques (bande principale, D1 et D2) a mis en évidence différentes modifications structurales caractéristiques d'une densification

Cette thèse rapporte l’étude de la dynamique des lasers auto-impulsionnels dans le but d’optimiser un laser entièrement fibré passivement Q-déclenché (LPQD) par absorbant saturable. Le travail a été d’une part numérique avec la simulation d’un modèle de LPQD original qui a permis notamment d’étudier l’influence de la place de l’absorbant dans la cavité, et d’autre part expérimental avec la caractérisation de fibres et de cavités lasers. Notre intérêt s’est porté principalement sur deux dopants, l’ytterbium (Yb3+) comme milieu amplificateur et le chrome (Cr4+) comme absorbant saturable. Une première étude originale consistant à ajuster les courbes non linéaires de transmission expérimentales et numériques des absorbants saturables fibrés à silice inférieure à 1 ns, durée bien plus courte que celle mesurée dans des cristaux de référence. Nous avons pu de plus montrer expérimentalement qu’un tel absorbant saturable pourtant peu efficace (temps de vie très court) permet néanmoins d’obtenir un laser impulsionnel relativement stable en agissant comme stabilisateur sur les auto impulsions chaotiques engendrées par l’ytterbium (sustain self-pushing, self mode locking). Nous avons ainsi réalisé le premier laser auto-impulsionnel stable entièrement fibré Yb3+ : Cr4+ atteignant des durées submicrosecondes et des puissances crêtes de 4W
We report in this thesis the study of the dynamic of self pushing laser with the aim of optimizing an all fibber passively Q-switched laser (LPQS) by saturable absorber. This work was both numerical with the simulation of a LPQS model (study of the localisation of saturable absorber in cavity…) and experimental with fiber and laser cavities characterisations. We mainly focused on ytterbium (Yb3+), the gain media, and chrome (Cr4+), the saturable absorber media. First, an original study which consists to fit experimental and simulated data of non linear transmission of saturable absorber allowed to estimate the room temperature lifetime of chromium in silica fibber less then 1 ns, well shorter than lifetime of Cr4+-doped crystal. Nevertheless, we experimentally showed that such a poorly efficient saturable absorber (with a very short lifetime) can stabilize chaotic self pulse generated by ytterbium fibber (Sustain Self Pushing, Self Mode Locking). We thus managed to make the first self-pulsing all fibber Yb3+ : Cr4+ laser. Sub-nanosecond pulses with 4W peak power were obtained

Le present memoire porte sur l'etude de faisabilite d'une surveillance des temperatures par capteur reparti a fibre optique, constituant un systeme d'aide a la localisation des fuites de gaz naturel liquefie (gnl) autour des cuves d'un methanier. Une maquette de faisabilite a ete realisee et testee. Elle comporte une fibre optique monomode dopee holmium sensible a la temperature, interrogee par reflectometrie optique par correlation. Nos mesures de caracterisation de fibres dopees holmium ont permis d'une part d'optimiser la concentration en dopant, et d'autre part de situer a 665 nm la longueur d'onde realisant le meilleur compromis sensibilite thermique/attenuation lineique. Le reflectometre a correlation a necessite la conception et la realisation d'un certain nombre de cartes electroniques dont une carte generatrice de sequences pseudo-aleatoires 50mhz, un correlateur analogique large bande passante. La partie optoelectronique comporte en emission une diode laser emettant dans le rouge, et en reception une photodiode a avalanche au silicium avec amplificateur faible bruit. Un programme informatique automatisant la chaine de mesure a ete mis au point. Des essais du reflectometre sur une fibre monomode non dopee ont prouve son aptitude a realiser des mesures d'attenuations lineiques. Des essais sur la fibre sensible soumise a des ecarts de temperature ont permis des mesures de variation d'attenuations lineiques et de sensibilite thermique corroborant les resultats obtenus en transmission

Les travaux de la présente thèse concernent l’étude théorique et la réalisation d’un Capteur réparti à Fibres Optiques fondé sur la réflectométrie fréquentielle et la rétrodiffusion de Rayleigh. La genèse de cette méthode remonte aux années 80 pour les mesures distribuées. Il y a un peu plus d’une dizaine d’années qu’elle a été mise en œuvre secrètement pour les meures réparties (continument sensibles) par la société américaine « Luna Innovations ». Cette approche permettant de réaliser des profils continus le long de la fibre des paramètres environnants (température et déformation principalement) offre une très bonne résolution spatiale ainsi qu’une résolution de mesure fine et présente donc un grand intérêt pour de nombreuses applications, venant ainsi en complément des techniques reposant sur la diffusion Raman ou Brillouin. L'aspect théorique de cette méthode dite OFDR Rayleigh a été analysé. Pour effectuer une mesure profilométrique il est nécessaire de déterminer simultanément deux informations : la distance physique allant de l’entrée de la fibre jusqu'au point où un paramètre physique à mesurer a été appliqué, et le paramètre physique proprement dit. Pour réaliser cette mesure un lien entre l'influence du paramètre d’influence et le changement d'indice du cœur de la fibre sous test doit être exploité. Il s’agit donc des sensibilités de mesure, mais aussi de l’influence de l’environnement sur le chemin optique parcouru, et donc sur la localisation précise des points de mesure. Ces différents aspects ont donc été analysés et rapportés dans le présent mémoire. Pour mettre en œuvre cette technique fréquentielle, et en particulier son traitement de signal, relativement complexe, deux méthodes différentes ont été proposées : la première dite « corrélationnelle » (mise en œuvre par « Luna Innovations » mais très peu documentée) et la méthode « tensorielle » proposée uniquement dans le cadre de la présente étude. Etant fondée sur les mesures répétitives des décalages spectraux induits par le paramètre physique à mesurer le long de la fibre, la méthode corrélationnelle est plus universelle, s’adressant à tous types de paramètres d’influence. Pourtant, elle s’avère moins précise du fait d'une erreur systématique dans le calcul des décalages spectraux. La méthode tensorielle, quant à elle, fournit un résultat plus précis, cependant elle n'est applicable que pour les mesures de déformations, puisque reposant sur l'effet élasto-optique dans le cœur de la fibre. Une procédure de traitement de signal a ensuite été élaborée pour les deux méthodes précitées, la corrélationnelle et la tensorielle. Les performances capacités de l'appareil dont nous disposons, Luna OBR 4600, ont également été montrées, tant en ce qui concerne les mesures de température que de déformations. Un banc expérimental mettant en œuvre cette méthode de mesure OFDR-Rayleigh a également été conçu est mis au point au laboratoire. Un logiciel de traitement des données a de fait été élaboré est réalisé. Ce programme a été testé à l'aide d'une simulation et grâce à l’utilisation des données brutes délivrées par l’appareil Luna OBR 4600. Plusieurs tests du programme de traitement des données brutes de cet instrument ont été réalisés. Les résultats de ces tests peuvent être considérés plutôt comme satisfaisants, étant globalement en bon accord avec les résultats fournis directement par l'instrument commercial OBR 4600. Au-delà, de nombreux exemples d'applications innovantes de la méthode Rayleigh OFDR ont été présentés et illustrés. Parmi ceux-ci, citons, le système de détection de fuites de sodium liquide pour la surveillance de fonctionnement des circuits de refroidissement des réacteurs de génération IV que nous avons élaboré, grâce à cette méthode Rayleigh OFDR, et un prototype industriel d'un tel système proposé. Enfin, l’analyse des points pouvant faire l’objet d’améliorations et/ou de marges de progrès a été menée, et est rapportée en fin de mémoire.

Dans le contexte de la Radio sur Fibre, on cherche à densifier la fourniture de débits pouvant atteindre 2 Gb/s. A l'heure actuelle, la bande de fréquences 3. 1-10. 6 GHz est largement exploitée en termes d'études et de recherche, avec des débits pouvant atteindre 500 Mb/s. Une saturation de cette bande pourrait apparaître à l'avenir et la norme européenne ne permet pas d’utiliser l’intégralité de la bande ULB. Pour ces raisons, des bandes de fréquences sont ouvertes pour de telles applications vers 26 GHz et 60 GHz. Cette dernière bande intéressante a fait l'objet de nombreux travaux de recherche sur la conception de circuits en bande millimétrique, mais elle reste ouverte aux études sur la propagation de signaux ULB à de telles fréquences. L’objectif de cette recherche est d’étudier les architectures des systèmes de transmission des signaux ULB en bande millimétrique pour les nouvelles générations des systèmes communicants. Deux architectures de systèmes de transmission ULB type MB-OFDM en bande millimétrique avec lien optique sont proposées et simulées à l’aide d’un logiciel optoélectronique. Comportant une station centrale et une station de base, nous pouvons envoyer simultanément les signaux de données et la porteuse RF sur une fibre optique grâce à la technique de multiplexage en longueur d’onde; la modulation et la transposition du signal RF à 60 GHz sont ensuite effectuées au niveau de la station de base. L’architecture complète a été validée expérimentalement en effectuant une transmission des signaux ULB-OFDM en modulation QPSK avec des débits de 200 à 480 Mb/s. Une rétro simulation a permis d’obtenir des caractéristiques très proches des résultats expérime?????

Ce travail presente une nouvelle methode de generation optique de microondes obtenus par battements entre deux ondes lasers semi-conducteurs stabilises sur une reference de frequence commune et ceci sans utilisation d'un oscillateur local ni limitation en frequence au niveau de l'emission. La reference de frequence utilisee est une cavite fabry-perot a fibre birefringente. Ceci a permis d'avoir le meme support de reference de frequence pour stabiliser les deux diodes lasers. Ainsi nous avons obtenu un gain en stabilite de la frequence de battement de 7. 10#5 pour une frequence microonde de 1ghz, par rapport au cas ou on utiliserait deux interferometres independants pour stabiliser respectivement les deux diodes lasers. Le principe de reduction du bruit de frequence de laser a ete demontre de facon originale et complete en tenant compte des differentes sources de bruits limitatives (intensite, electronique, photodetecteur). Le taux de reduction du bruit fm est de l'ordre 10#4 pour les frequences de bruit inferieures a 200hz. La stabilite relative en frequence obtenue pour chaque diode laser par rapport au fabry-perot est meilleure que 2. 10#-#1#2 pour des temps d'integration superieurs a 0,1s. Des signaux microondes jusqu'a 9ghz ont ete obtenus. Le niveau de puissance microonde de -40dbm obtenu pour une puissance optique de 0dbm pourra etre ameliore grace a une adaptation d'impedance de la photodiode rapide. La stabilite relative en frequence du signal microonde ainsi genere est sensiblement egale a celle du chemin optique de la cavite fabry-perot. Pour mener a bien ce projet des bancs de mesures du spectre optique ont ete necessaires. Ce sont en particulier, un spectrometre a reseau permettant la mesure de l'ecart en frequence entre les deux diodes lasers (resolution 3ghz) et un mesureur de largeurs spectrales par autocorrelation du champ (self-homodynage) de resolution 50khz pour 4km de fibre a retard.

L'optique intégrée est une technique très prometteuse pour une fabrication de masse de circuits optiques pour les télécommunications et/ou l'instrumentation.
La technologie sol-gel a déjà démontré son potentiel. Un nouveau matériau sol-gel hybride à polymérisation cationique de type Epoxy a été développé dans le but de la simplification de la synthèse et de l'amélioration des performances en particulier l'adhérence.
Ce travail a pour objectif le développement d'un banc d'écriture laser UV dans une couche Epoxy et l'établissement du protocole de fabrication associé. Ce procédé de polymérisation locale est une alternative prometteuse aux techniques lithographiques par masque.
Ce nouveau banc utilise un laser pulsé travaillant à faible longueur d'onde pour une meilleure résolution et une meilleure polymérisation.
Ce travail a montré la faisabilité de circuits complexes de type multiplexeurs WDM avec un procédé d'inscription à faible coût. Nous avons réalisé les premiers prototypes de circuits dédiés à la sélection multiple de longueurs d'onde pour le (dé)codage du CDMA optique spectral.

L'optique intégrée est une technique très prometteuse pour une fabrication de masse de circuits optiques pour les télécommunications et/ou l'instrumentation.
La technologie sol-gel a déjà démontré son potentiel. Un nouveau matériau sol-gel hybride à polymérisation cationique de type Epoxy a été développé dans le but de la simplification de la synthèse et de l'amélioration des performances en particulier l'adhérence.
Ce travail a pour objectif le développement d'un banc d'écriture laser UV dans une couche Epoxy et l'établissement du protocole de fabrication associé. Ce procédé de polymérisation locale est une alternative prometteuse aux techniques lithographiques par masque.
Ce nouveau banc utilise un laser pulsé travaillant à faible longueur d'onde pour une meilleure résolution et une meilleure polymérisation.
Ce travail a montré la faisabilité de circuits complexes de type multiplexeurs WDM avec un procédé d'inscription à faible coût. Nous avons réalisé les premiers prototypes de circuits dédiés à la sélection multiple de longueurs d'onde pour le (dé)codage du CDMA optique spectral.

Cette thèse a été réalisée en collaboration entre l'Andra (L’Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs) et le laboratoire Hubert Curien (Unité Mixte de Recherche CNRS 5516) de l’Université Jean Monnet de Saint-Étienne. Dans ce travail, j’ai évalué les performances de capteurs à fibre optique pour la surveillance du site de stockage géologique de déchets radioactifs à vie longue (projet Cigéo). Cette application demande un suivi régulier, déporté et réparti de l’évolution de différentes grandeurs d’intérêt telles que : la température, la déformation et la présence d’hydrogène (ainsi que leurs combinaisons) en environnement radiatif sévère. La solution proposée repose sur les suivis des évolutions des signatures optiques de ces guides via des études en rétrodiffusion : Brillouin, Rayleigh et Raman. Afin de répondre à cette problématique, plusieurs systèmes d’interrogations ont été testés (utilisés). Selon leurs spécificités, ils se différencient par leurs types d’analyses, leurs résolutions spatiales, leurs budget optique et portées…. La sélection des fibres optiques d’étude est un élément clés pour ce type d’applications car elles doivent résister à ces environnements extrêmes sur de longues durées. Dans ce travail, j’ai étudié les réponses de fibres optiques contenant différents dopants, en particulier Ge et F. J’ai quantifié les effets des rayonnements gamma, de la température, de la déformation et de la présence d'hydrogène sur la qualité des mesures réparties. En conclusion, mon travail a cerné le type de fibre optique à utiliser pour ces environnements sévères. Les interrogateurs conditionnent le type de fibre à utiliser ainsi que leurs longueurs et, par conséquent, permettent de bien cerner les dimensions des zones à surveiller. Les qualités des résultats de mesures sont gouvernées par les choix de plusieurs paramètres et notamment : la durée de l’impulsion, la puissance injectée dans la fibre, les pas fréquentiels, la durée de la mesure…qui se répercutent directement sur les résolutions finales (spatiales et fréquentielles) des grandeurs mesurées. Une attention particulière doit être attachée à ces critères
This thesis was carried out in collaboration between Andra (The National Agency for the Management of Radioactive Waste) and the Hubert Curien laboratory (Joint Research Unit CNRS 5516) of the Jean Monnet University of Saint-Étienne.In this work, I evaluated the performance of fiber optic sensors for monitoring the geological disposal site of long-lived radioactive waste (Cigéo project). This application requires regular, remote and distributed monitoring of the evolution of different quantities of interest such as: temperature, deformation and the presence of hydrogen (as well as their combinations) in a severe radiative environment. The proposed solution is based on the follow-up of optical signatures evolution of these wave-guides via backscatter studies: Brillouin, Rayleigh, and Raman.In order to answer this problem, several interrogation systems have been tested (used). According to their specificities, they are differentiated by: their types of analysis, their spatial resolutions, their optical budgets and scopes...The selection of the studied optical fibers is a key element for this type of application as they have to withstand these extreme environments over long periods of time. In this work, I studied the responses of optical fibers containing different dopants, in particular Ge and F. I quantified the effects of gamma radiation, temperature, deformation and the presence of hydrogen on the quality (sensitivitiy) of the distributed measures.My work has identified the optical fiber type to be used for these harsh environments. The interrogators’ responses are driven by these fiber types as well as their lengths and, consequently, make it possible to clearly define the dimensions of the areas to be monitored. The qualities of the measurement are governed by the choice of several parameters and in particular: the pulse duration, the power injected into the fiber, the frequency steps, the measurement duration ... these elements have a direct impact on the final resolutions (spatial and frequency) of measured quantities. Particular attention must be attached to these criteria

Cette etude avait pour but de demontrer la faisabilite d'un nouveau capteur de deplacement optique integre interferometrique, pouvant etre connecte par des fibres optiques monomodes, voire multimodes. La technologie mise en uvre au niveau du circuit optique utilise une structure multicouches epaisse, developpee specialement au laboratoire pour la connectique par fibres. Cette structure presente l'avantage d'etre insensible a l'etat de polarisation de la lumiere s'y propageant. Pour tenir compte de la specificite de cette nouvelle filiere technologique, une approche totalement nouvelle du circuit interferometrique integre a ete necessaire. Dans un premier temps, nous avons effectue une etude complete des composants optiques de base a integrer dans le circuit, conduisant a la definition des differents niveaux de masques utilises pour sa realisation technologique. Les problemes de connexion entre le circuit optique et les fibres d'entree et de sortie sont aussi etudies en detail. Dans un second temps, la caracterisation des circuits realises nous a permis de demontrer leur faisabilite, tout en mettant en evidence un certain nombre de problemes a resoudre pour ameliorer leurs performances. Nous nous sommes tout particulierement attaches a la stabilisation de la reponse du circuit, et, a cette fin, de nouveaux composants integres faisant fonction de filtres spatiaux ont ete definis. Le probleme de retour de lumiere (feedback) vers la diode laser est aussi aborde, et des solutions de modules pigtailes diode-fibre sont proposes. Nous presentons enfin, une version amelioree du capteur

Les fibres optiques dopées aux ions erbium sont utilisées pour réaliser des amplificateurs. Dans un objectif de contrôler et de modifier les propriétés spectroscopiques de l’erbium dans ces fibres optiques à base de silice, nous étudions une voie originale consistant à encapsuler ces ions dans des nanoparticules d’oxyde obtenues in-situ directement au cours du procédé MCVD. La modification de l’environnement local de l’erbium permet de modifier les propriétés spectroscopiques. Ces nanoparticules apparaissent au cours de la fabrication grâce à l’incorporation d’un agent nucléant. Les cycles thermiques nécessaires à la fabrication de la préforme permettent alors de déclencher une séparation de phases spontanée. Cette thèse a pour but d’étudier l’influence des différents paramètres de fabrication (concentration en agent nucléant dans la solution de dopage, phases de consolidation ou de rétreint, etc. ) sur les caractéristiques des nanoparticules et les propriétés spectroscopiques de l’erbium. L’étude des paramètres est regroupée dans ce manuscrit suivant deux axes : composition du matériau et cycles thermiques. Les nanoparticules ont été principalement caractérisées par Microscopie Electronique à Balayage (MEB). La spectroscopie de l’erbium a été analysée en réalisant des mesures de spectres d’émission et de temps de vie de la fluorescence à 1,5 μm. Des modifications spectroscopiques (élargissement de 40 à 60% de la largeur à mi-hauteur du spectre d’émission) ont été obtenues seulement pour les fibres présentant des diamètres moyens de particule élevés (50 nm). Les critères de transparence de pourront donc être satisfaits qu’en jouant sur la densité de particules
Erbium-doped optical fibres are commonly used to realize amplifiers. To control and modify erbium spectroscopic properties in these silica-based optical fibres we study an original way that consists in encapsulating ions into oxide nanoparticles obtained in-situ, directly during MCVD process. The modification of the erbium local environment allows to modify spectroscopic properties. These nanoparticles appear during the fabrication with the incorporation of a nucleation agent. Thermal cycles necessary to the perform fabrication ensure therefore to activate a spontaneous phase separation? This thesis aims to study the effect of different fabrication parameters, such as nucleating agent concentration in the doping solution or consolidation and collapsing phases, on the nanoparticle characteristics and erbium spectroscopic properties. In this manuscript, this study of the different parameters is organised in two axes : material composition an thermal cycles. Nanoparticles have mainly been characterised by Scanning Electron Microscopy (SEM). Erbium spectroscopy has been analysed by means of emission spectrum measurements as well as measurements of the 1,5 μm fluorescence lifetime. Spectroscopic modifications, i. E. Emission spectrum broadening of 40 until 60 %, have only been obtained for fibres that exhibit particles with high mean diameters (50 nm). Transparency criteria could only be satisfied while manipulating particle density

Les fibres optiques sont présentes de manière incontournable dans les télécommunications et les réseaux d’accès à internet. Longs fils de verre fabriqués en silice vitreuse ultra pure, elles permettent de transmettre des informations sur de longues distances sous forme de signaux lumineux. Malgré leurs capacités de transmission déjà excellentes, la réduction des pertes optiques demeure un enjeu économique. En effet, en dessous d’une certaine atténuation, il est possible de supprimer des amplificateurs localisés dans des zones peu accessibles où leur installation est très couteuse. L’objectif de ce travail de thèse est donc d’explorer de nouvelles voies permettant de réduire significativement l’atténuation du signal optique.La silice est un élément de choix pour les applications optiques du fait de ses propriétés physico-chimiques (haute transparence de l’IR à l’UV, forte résistance mécanique,…). L’incorporation de composés dans le verre de silice modifie ses caractéristiques (viscosité, densité,…) sans détérioration des propriétés optiques ; en particulier l’ajout de fluor F diminue son indice de réfraction tandis que l’oxyde de germanium GeO2 l’augmente. En revanche, le désordre structural du verre augmente avec ces ajouts et, par conséquent, l’atténuation de même. Ce désordre dépend de l’histoire thermique et est décrit au moyen de la température fictive Tf qui correspond à la température pour laquelle la structure du verre a été gelée. La Tf du verre détermine de nombreuses propriétés du matériau telles que les fluctuations d’indice de réfraction et de densité.La diffusion Rayleigh est la principale source de pertes dans les fibres optiques, représentant une part de ~90% à la longueur d’onde de 1550 nm. Cette diffusion trouve son origine dans les fluctuations de constante diélectrique dont deux types de contributions sont déjà connues : les fluctuations de densité et les fluctuations de concentration. En appliquant une approche thermodynamique, un autre terme est proposé pour compléter cette description : les fluctuations de température fictive, résultant d’une distribution des temps de relaxation du verre. Cette approche a mis en évidence l’importance d’étudier la relation existante entre la densité ρ et la Tf d’une part, et entre l’indice n et la Tf d’autre part, afin de réduire les pertes par diffusion Rayleigh.Dans une fibre optique, ce sont les conditions de fibrage essentiellement, c’est-à-dire la température, la tension et la vitesse, qui déterminent le passé thermique du matériau. Une étude expérimentale a permis de distinguer l’impact de ces conditions sur les pertes par diffusion dans des fibres monomodes conventionnelles. Les connaissances sur l’origine des objets diffusants (tailles et formes) dans les fibres d’histoires thermiques différentes ont pu être approfondies. Idéalement, il faudrait pouvoir s’affranchir des conditions de fibrage. Contrairement aux autres verres d’oxydes, le verre de silice admet un comportement dit ‘anormal’ pour sa densité : celle-ci augmente avec la température fictive. Cette anomalie disparait en incorporant une certaine quantité d’éléments chimiques (F, Cl, GeO2 mais pas TiO2) dans le matériau. Nous avons montré que certaines compositions, en supprimant la sensibilité de la diffusion Rayleigh à la Tf, permettent de minimiser les pertes optiques de la famille de fibres que nous avons étudiées.La spectroscopie Raman a ensuite été utilisée afin de comprendre l’origine structurale de cette anomalie. Les mesures réalisées ont montrées que les bandes D1 et D2 reliées à la vibration des petits cycles de tétraèdres dans le verre ne sont pas corrélées à la densité macroscopique. En conséquence, elles ne constituent pas une signature fiable du phénomène de densification dans les verres binaires. Des études complémentaires sur la coordinence du silicium dans la matrice sont nécessaires pour pouvoir conclure sur l’origine structurale de l’anomalie de la silice
Optical fibers are inevitably present in telecommunications and Internet access networks. Long glass threads made of ultra-pure vitreous silica, they allow to relay information on long distances in the form of light signal. Despite their good transmission capacities, the reduction of optical losses remains an economical stake. Indeed, under a certain attenuation, it is possible to avoid amplifiers located in hardly accessible area where their setting is very expensive. The objective of this work is thus to explore new ways allowing to reduce significantly optical signal attenuation.The silica is a specific element for optical applications because of its physical chemistry properties (high transparency from IR to UV, strong mechanical resistance,…). Adding components in silica glass changes its characteristics (viscosity, density,…) without strong deterioration of optical properties. Especially, the addition of fluorine decreases the refractive index whereas germanium oxide GeO2 increases it. However, the glass structural disorder increases, and, therefore the optical attenuation as well. The disorder depends on thermal history. It is described by means of fictive temperature Tf that corresponds to the temperature at which the glass structure is frozen. The Tf of glass determines many material properties such as the fluctuations of refractive index and density. Rayleigh scattering is the main reason of optical losses in optical fibers, representing ~90% at 1550 nm wavelength. This scattering originates from the dielectric constant fluctuations, which contain two kinds of contributions: the density and the concentration fluctuations. By applying a thermodynamics approach, another term is suggested to complete this description: the fictive temperature fluctuations, resulting from a distribution of glass relaxation times. This approach highlighted importance of studying the relationship between density ρ and Tf on one hand, and between index n and Tf on the other hand, in order to reduce the Rayleigh scattering losses.In optical fiber process, Tf is essentially defined by the drawing conditions, i.e. furnace temperature, fiber drawing tension and speed. An experimental study allowed distinguishing the impact of these conditions on scattering losses in single mode conventional fibers. The knowledge about the origin of scattered objects (sizes and shapes) in fibers with different thermal histories has been made deeper. Ideally, it should be better to be disconnected from the drawing conditions.Contrary to the other oxide glasses, silica glass presents an anomalous behavior for its density: this one increases with fictive temperature. This anomaly disappears by adding a certain amount of chemical elements (F, Cl, GeO2, but not TiO2) in the material. We showed that some compositions, by deleting sensitivity of Rayleigh scattering to Tf, allows minimizing optical losses in the fibers family we studied. Raman spectroscopy has been then used in order to understand structural origin of this anomaly. Measurements revealed that D1 and D2 bands, which are related to small tetrahedral membered rings vibrations in glass, are not correlated to the macroscopic density. Consequently, they are not a reliable signature of densification phenomenon in binary glasses. Supplementary studies about the silicon coordination in the network are needed to conclude on structural origin of the silica anomaly

L'ere d'une societe de communication basee sur les nouvelles technologies est en marche : internet, revolution numerique pour repondre a ce besoin de transmettre toujours plus d'informations, la solution actuellement est d'avoir recours aux transmissions sur fibre optique qui sont capables de vehiculer de hauts debits. En amont de la fibre se situent differents composants photoniques, dont un permettant de coder le signal : le modulateur. Cette these etudie une nouvelle source sur inp constituee d'un laser emettant a 1. 55 m integree a un modulateur a ondes progressives. Sa particularite est d'avoir, theoriquement, des bandes-passantes superieures a 40 ghz, d'ou le nom de haut debit, ainsi que des tensions de commande inferieures a 2 v p p. Dans un premier temps, un historique des telecommunications permet de situer la these dans son contexte
Puis, nous nous focalisons sur la conception du composant. Une premiere version est concue numeriquement afin de connaitre les parametres electriques de base du composant (indice de propagation n e, attenuation e, impedance caracteristique z c) et leur influence sur le fonctionnement. Apres analyse, une seconde version est realisee, permettant d'augmenter z c ce qui diminue la tension de commande et limite les pertes. Le chapitre 3 s'interesse a la fabrication des composants qui sont ensuite mesures et analyses (chapitre 4). Nous decouvrons ainsi les cles du monolithe (importance de z c et e, faible influence de n e) et comment les maitriser. En conclusion, les idees sur l'ilmtw ne sont plus preconcues mais concretes : la source integree possede une puissance de sortie optique de 1 mw (0 dbm) avec une monomodalite aussi bien transverse que longitudinale et un taux d'extinction de 20 db pour 2 vpp. Ses performances actuelles en termes de bande-passante et gain en tension sont comparables a celles des sources a electrode discrete, mais une legere modification permettrait un gain en performance de 30%

L'évolution des outils télécommunicationnels répond à une révolution des usages. Les réseaux d'accès et de type radio-sur-fibre doivent répondre à cette demande de l'utilisateur final et le déploiement massif de la fibre optique confirme cette évolution. Dans cette perspective, l'utilisation du multiplexage en longueur d'onde (largement utilisé dans les réseaux cœurs) est maintenant considérée dans le cas d'une augmentation du débit chez l'utilisateur. Néanmoins de nouvelles problématiques, propres à ces réseaux, émergent, telles que le coût pour l'abonné. De nouveaux composants indépendants de la longueur d'onde sont donc nécessaires pour réduire les coûts de déploiement tout en apportant flexibilité et facilité de gestion de ce type de réseaux. Les modulateurs déportés (ou RSOA) sont une solution répondant à ces exigences mais ils doivent se plier à celles, nouvelles, des réseaux d'accès et des réseaux radio-sur-fibre. Cette thèse propose une étude détaillée des propriétés physiques de ces composants ainsi que de ces applications en tant qu'émetteur indépendant de la longueur d'onde dans plusieurs configurations réseaux. Les notions fondamentales nécessaires à la compréhension de ces travaux seront abordées ainsi que la conception et la fabrication de ces composants en salle blanche. Une analyse des performances statiques et dynamiques des composants en fonction de certains paramètres clefs tels que le confinement optique, la longueur de la zone active et la réflectivité des facettes est détaillée. La théorie, une modélisation et des mesures expérimentales seront utilisées pour la création de composants optimisés ayant des performances conformes à l'état de l'art. De nouvelles configurations de RSOA à deux électrodes seront proposées pour diverses utilisations originales de ces composants. Finalement, une étude système viendra compléter notre analyse pour des applications concernant les réseaux d'accès et les réseaux de type radio-sur-fibre.