Cette thèse examine le bruit de photon lors de la détection d’impulsions provenant d’un peigne de fréquences. En premier lieu, nous faisons abstraction du mécanisme physique produisant le bruit de photon, réduisant son effet à celui d’une source de bruit additif non-stationnaire (avec des statistiques variables dans le temps). Ce modèle de traitement de signal est ensuite utilisé dans l’analyse de deux expériences importantes pour l’utilisation d’un peigne de fréquence comme mécanisme de compteur de fréquence dans une horloge optique : la conversion du train d’impulsions optiques en un train d’impulsions électriques, et le battement hétérodyne entre un peigne de fréquences et un laser à onde continue. Nous démontrons en premier lieu que le bruit de photon lié à la photodétection produit principalement du bruit d’amplitude, et une quantité presque négligeable de jigue aléatoire de temps sur le signal électrique détecté. Des résultats expérimentaux viennent confirmer nos prédictions théoriques. Nous explorons ensuite les limites de ce mécanisme en considérant la physique de la photodétection, ce qui révèle un étalement du temps de transit qui peut affecter la jigue aléatoire produite par cette conversion. Dans un deuxième temps, nous démontrons que la nature pulsée du peigne de fréquences peut être utilisée pour donner un rapport signal-sur-bruit plus élevé que celui qui est prédit en considérant seulement le battement d’un seul mode du peigne avec le laser à onde continue. La première technique développée, le GATOR, rejette une grande partie du bruit de photon produit par le laser à onde continue afin d’améliorer le rapport signal-sur-bruit lorsque la puissance du peigne est faible. Avec cette technique, nous démontrons un rapport signal-sur-bruit 100 fois plus élevé que la limite en admettant l’utilisation d’un seul mode. Nous démontrons ensuite un raffinement de cette technique qui utilise le glissement de fréquence de l’impulsion optique afin d’utiliser efficacement tous les photons du peigne dans une bande passante déterminée. Cette technique nous a permis de produire un battement avec le plus grand rapport signal-sur-bruit parmi les résultats dans la littérature, 68.3 dB, obtenu en normalisant dans une bande passante commune de 100 kHz. / This thesis is a study of shot noise in the photodetection of pulses from a frequency comb. We first make abstraction of the physical mechanism of shot noise to reduce its effects to that of an additive, non-stationary (meaning with time-varying statistics) noise source. This signal processing model is then used to analyze two experiments of importance for the operation of optical clockwork based on frequency combs: the conversion of the optical pulse train into an electrical pulse train by a photodetector, and the heterodyne (or beating) experiment between a frequency comb and a continuous wave laser. For the detection of the optical pulse train, we show that photodetection shot noise yields mostly amplitude noise and vanishingly low timing jitter on the electrical signal. Experimental results confirm our theoretical predictions. We then explore the limits of this jitter when considering practical photodetection physics. This reveals a transit time spread parameter that can affect the jitter produced by this conversion. Next, we turn our attention to the heterodyne experiment. We show that the pulsed nature of the frequency comb can be exploited in different schemes to yield higher signal-to-noise ratio (SNR) that is predicted by the use of the beating of a single comb mode with the continuous wave laser. The first technique that we develop, the GATOR, gates out shot noise from the continuous wave, and improves the SNR in the case of low comb power. Using this technique, we have demonstrated a factor of 100 higher SNR than the single-mode limit. We then show a further refinement of the technique which uses chirping of the optical pulse to effectively use all the available photons from the comb in a given bandwidth. This technique enabled us to produce the beating with the highest SNR reported in the literature of 68.3 dB, when normalizing to the common detection bandwidth of 100 kHz.

Les fibres à cœurs multiples sont une avenue intéressante pour répondre à la demande croissante des taux de transferts de données via la fibre optique. Pour que cette approche soit réalisable, plusieurs composants multicoeurs seront nécessaires dont des amplificateurs pour permettre la transmission sur de longues distances. Le but de ce mémoire est de concevoir, fabriquer et tester un amplificateur à cœurs multiples dopés à l’erbium (MC-EDFA). D’abord, la théorie de base reliée à l’opération des amplificateurs à fibre dopées à l’erbium (EDFA) sera présentée et expliquée. Avec ces notions théoriques, un outil de simulation permettant de simuler les performances d’un EDFA a été développé et implémenté dans MATLAB. Pour établir un protocole expérimental et se familiariser avec les fibres dopées à l’erbium, un amplificateur standard à un seul cœur, dont les paramètres ont été définis à l’aide du simulateur, a été fabriqué avant de procéder à la fabrication de l’amplificateur à cœurs multiples. Une caractérisation complète de cet amplificateur a été faite. Les résultats de cette caractérisation seront présentés et comparés à des simulations pour valider du même coup l’outil de simulation. Le mémoire se poursuivra par la présentation du design et de la fabrication d’un MC-EDFA à sept cœurs. Les paramètres des cœurs sont les mêmes que ceux de l’EDFA caractérisé auparavant. Donc, la caractérisation de l’EDFA aura aussi servi à définir les paramètres des cœurs du MC-EDFA. L’approche utilisée pour multiplexer les signaux dans la fibre, qui a été un obstacle majeur à la prise de données expérimentales, sera ensuite présentée. Pour finir, les mesures expérimentales prises sur les sept cœurs seront présentées pour évaluer les performances du MC-EDFA. Bien que le MC-EDFA possède une double gaine permettant d’injecter la pompe dans la gaine interne, toutes les données expérimentales ont été prises avec la pompe injectée directement dans chaque cœur. Des difficultés techniques, qui seront expliquées dans le dernier chapitre, ont rendu impossible la prise de mesures avec un schéma de pompage dans la gaine.

Le sujet de ce mémoire porte sur l'étude du contrôle non-destructif de structure de béton renforcé par collage de CFRP (carbon fiber reinforced polymer) par shearographie et thermographie active couplées. La méthode d'excitation utilisée conjointement lors de la mise en œuvre de ces deux méthodes est un rayonnement thermique conditionné temporellement par un signal carré. L'observation du champ des températures de surface et des déplacements hors plan de la surface permet la détection et la caractérisation de défauts. Dans un premier temps, des tests de faisabilité ont été conduits pour valider si l'utilisation d’une contrainte thermique de type créneau autorisait des mesures shearographiques (cela ayant été déjà validé dans le cas de la thermographie infrarouge active). Cette série de test s’étant avérée concluante, une étude numérique par modélisation aux éléments finis a été réalisée sous Comsol®. Cette étude numérique a permis de mieux appréhender les résultats obtenus expérimentalement mais aussi de conduire une étude de l’influence de différents paramètres. Des outils d'analyses ont été développés et ont permis de mettre en évidence, entre autre, qu'une évaluation quantitative des défauts était possible.

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De nos jours, certaines applications multimédias embarquées tel que la visiophonie, l'internet à haut débit, etc., de par leur limitations en capacitée dues aux efets introduits par les canaux de transmission, requierent des traitements numériques ecaces des signaux recus. La turbo detection semble prometteuse pour ce genre de demande. Elle permet d'exploiter la totalitée de l'information mise à la disposition du récepteur. Cependant, ses performances pour des canaux fortement dégrades, dependent largement de l'estimation des paramètres du milieu de transmission. Sa complexité calculatoire est liée aux modules échangeant les informations extrinseques. Dans ce contexte, cette thèse cible la conception et l'analyse des récepteurs iteratifs de faible complexitée destinées à la transmission des symboles codés dans les canaux de Rayleigh multi trajets à évanouissements rapides, inconnus au récepteur. Nous nous interessons dans la première partie de la thèse à la turbo égalisation dans le contexte mono usager : nous proposons et analysons une architecture iterative de faible complexité, intégrant l'égalisation, le décodage et l'estimation de la réponse impulsionnelle du canal et ses statistiques. Grâce à des outils semi analytiques, nous expliquons l'in- uence des paramètres du milieu de propagation sur le turbo détecteur et justions le choix des modules realisant le meilleur compromis complexite/performances. D'autre part, nous demontrons que l'architecture proposee s'adapte bien aux milieux severement perturbes dont la reponse impulsionnelle et les statistiques sont inconnues au recepteur. Dans la seconde partie, nos travaux de recherche portent sur la turbo detection multi usagers pour une liaison montante d'un systeme DS-CDMA asynchrone. Nous etudions deux situations. Dans la premiere, le recepteur est equipe d'une seule antenne. Nous proposons et evaluons une architecture iterative constituee de modules de faible complexit e, joignant la detection multi usagers, le decodage et l'estimation des canaux de transmission. Quant a la deuxieme situation, nous exploitons le principe de diversite d'antennes en reception et etendons les modules de l'architecture proposee au contexte multi antennes. Nous demontrons par simulation que l'architecture proposee permet d'eradiquer les interferences occasionnees par les milieux de propagation sans augmenter de maniere significative le rapport signal a bruit. / Beyond their capacity limitations due to the transmission channels efects, nowadays, some embarked multimedia applications such as video telephony, broadband internet, etc., require ecient digital processing of the received signals. Turbo detection is a promising method to address these requirements. It allows exploiting all the available information at the receiver. However, its performance for the severe channels is highly dependent on the transmission parameter estimation. Its computational complexity is mainly due to the SISO modules. In this context, this thesis study the design and analysis of low complexity iterative receiver for the coded symbols over unknown fast fading multipath Rayleigh channels. In the first part of the thesis, we investigate the SISO turbo equalization for single user : we propose and analyze an iterative low complexity architecture, including equalization, decoding and channel estimation with its statistics. Using semi analytical tools, we explain the propagation efect on the turbo equalizer and justify the choice of modules realizing the best complexity/performance compromise. Furthermore, we demonstrate that the proposed architecture is efective in severe channel conditions where the impulse response and statistics are unknown to the receiver. In the second part, our research focuses on multi-user turbo detection for uplink asynchronous DS-CDMA systems. Two situations are considered. For the first one, the receiver has a single antenna. We propose and evaluate an iterative architecture involving lower complexity modules, handling multi-user detection, decoding and channels estimation. As for the second situation, we use the receiver diversity principle and we extend the proposed architecture modules to the multi antennas context. Simulation results showed that the proposed architecture eliminate almost all the interference caused by the channel without increasing significantly the required signal to noise ratio.

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