La miniaturisation des technologies Silicium optimise la surface occupée par les supports de télécommunication mobile. La motivation de cette thèse porte sur la conception d'un amplificateur de puissance en technologie CMOS 65 nm qui permet de répondre au standard UMTS W-CDMA. Ce standard exige une grande linéarité et une forte puissance de sortie afin d'assurer une émission à haut débit sur une longue distance. Cette étude porte sur la compatibilité entre la technologie utilisée et les exigences de ce standard."

Le développement d'objets communicants dédiés aux applications Wireless Personal Area Network (WPAN) à 60GHz vise des débits de l'ordre du GBit/sec. Pour satisfaire la contrainte de faible coût, la technologie CMOS silicium est la plus adaptée. L'utilisation de cette technologie est un challenge en soi afin de concilier les aspects « pertes & rendement » vis à vis des contraintes de puissance. Le but de la thèse est de concevoir des amplificateurs de puissance opérant à 60GHz avec la technologie CMOS 65nm de STMicroelectronics. Cette démarche est progressive car il convient d'analyser puis d'optimiser les performances des composants passifs et actifs constituant l'amplificateur de puissance à l'aide des logiciels de simulations électromagnétique et microélectronique. Finalement, des amplificateurs de puissance ont été réalisés et leurs performances répondent au cahier des charges initialement défini. / Telecommunication industry claims for increasing data rate in wireless communication systems. The major demand of high data rate applications concerns a large panel of home multimedia exchanging data especially for the uncompressed HD data transfer. The 7GHz band around 60GHz is free of use and fulfils the short range gigabit communication requirements. CMOS technology is most appropriate since it drives a fast time to market with a low cost for high integration volume. However, the use of CMOS technology is challenging to satisfy loss and performance trade-off under power constraints. This thesis aims at designing power amplifiers operating at 60GHz with 65nm CMOS technology from STMicroelectronics. This approach is progressive because it is necessary to analyze and optimize the performance of passive and active components constituting the power amplifier using electromagnetic and microelectronics software. Finally, power amplifiers have been made. Their performances met specifications originally defined.

Mon projet de recherche s'applique en premier lieu à développer et adapter les activités sur lesquelles je travaille depuis 14 ans, à savoir la conception et la réalisation de circuits (amplificateurs et filtres) micro-ondes pour des applications embarquées sur les répéteurs satellite. Pour illustrer cette volonté, j'ai exposé deux des thèmes de recherche (filtres multimodes en bande Ka et amplificateur de puissance à ondes travelling sur substrat silicium), sachant que j'aurai pu également évoquer le fait d'appliquer la méthode des fréquences réelles au traitement des fréquences harmoniques pour les amplificateurs fortement non-linéaires de puissance.<br />Les autres axes de recherche présentés sont tous dans le domaine de la conception de circuits dits radiofréquences. La particularité de ces circuits à application téléphonie mobile ou WLAN se situe au niveau des nouvelles techniques de conception qui diffèrent de l'approche classique du concepteur analogique ; en effet, elles font souvent intervenir des caractérisations électromagnétiques afin d'extraire des modèles électriques équivalents (balun, résonateur BAW). De plus, la montée en fréquence pour certaine des applications RF, autorisant des débits plus grands et donc des bandes passantes plus large (UWB), ou encore les systèmes multi-bande et multi-mode (GSM, DCS, PCS WCDMA, bluetooth) nécessitent des circuits d'adaptation multi-bande ou large bande dont certains pourront directement s'inspirer des architectures micro-ondes existantes.<br />Mon projet de recherche consiste donc à appliquer une approche micro-onde à la conception de circuits intégrés sur silicium. Il ne s'agit évidemment pas de la substituer à l'approche analogique classique, mais au contraire à rendre les deux approches complémentaires, afin qu'elles s'en enrichissent.

RESUME Parmi les divers processus permettant l'amplification optique indispensable aux systèmes de télécommunications par fibre, l'effet Raman, basé sur l'échange de puissance entre un signal et un laser de pompe de fréquence supérieure à travers un couplage avec les vibrations moléculaires de la silice, permet d'amplifier à n'importe quelle longueur d'onde avec une grande bande passante. Un des inconvénients majeurs de cette technique est la forte puissance optique nécessaire à sa réalisation qui génère l'apparition de nombreux effets non linéaires potentiellement dommageables pour la bonne transmission du signal. L'interaction des effets Kerr ou de la diffusion Brillouin avec les autres caractéristiques de la propagation dans les fibres peut entraîner une diminution des performances. Dans la première partie de cette thèse, nous décrivons un nouveau processus d'élargissement spectral induit par l'effet Kerr dans les amplificateurs Raman fibrés. Nous avons également mis à jour ce même processus dans les lasers Raman. L'application de ce phénomène à la suppression de la diffusion Brillouin est ensuite démontrée avec succès. La deuxième partie de ce travail démontre comment tirer avantage des effets non linéaires afin de générer des impulsions optiques de haute puissance dans un laser Raman fibré. Enfin, dans la troisième partie, nous proposons et démontrons l'application de deux nouvelles méthodes de caractérisation à la mesure de la distribution des effets Raman et Kerr le long des fibres optiques grâce à une technique de réflectométrie optique cohérente. SUMMARY Among the various processes that allow optical amplification that is required for fiber telecommunication systems, the Raman effect, based on the power exchange between a signal and a pump laser with higher frequency through a coupling with molecular vibrations of silica, enables to amplify at any wavelength with a large bandwidth. One of the major drawbacks of this technique is the high power required to realize it, generating the appearance of numerous nonlinear effects, potentially harmful for the quality transmission. The interplay between Kerr effects or Brillouin scattering and other propagation characteristics of optical fibers can lead to a decrease of the performances. In the first part of this thesis we describe a new broadening mechanism induced by the Kerr effect in Raman fiber amplifiers. This effect was also discovered in Raman fiber lasers. An application of this phenomenon as an efficient way to suppress Brillouin scattering is then successfully demonstrated. The second part of this work demonstrated how to take advantage of optical nonlinearities to generate high peak power pulses with a Raman fiber laser. Finally, in the third part, we propose and demonstrate the application of two new methods to measure the spatial distribution of Raman and Kerr effects along optical fibers thanks to a coherent optical reflectometry technique.

Thèse de doctorat--Électronique et communications--Paris--ENST, 2007. / Bibliogr. p. 171-204. Glossaire. Résumés en anglais et en français.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Cédérom en pochette. Bibliogr.: f. 94-96. Publié aussi en version électronique.

Th. doct.-ing.--Toulouse, I.N.P., 1979. N°: 42.

Th. 3e cycle--Électronique--Toulouse--I.N.P., 1977. N°: 12.

La technologie des fibres optiques monomodes semble aujourd'hui atteindre ses limites fondamentales en termes de débits. Il devient donc nécessaire de proposer une rupture technologique qui permettra, dans un futur proche, de répondre aux besoins toujours croissants des utilisateurs. La technologie de multiplexage spatial a été étudiée de manière intensive depuis 2011 et elle semble être une approche susceptible de répondre au problème posé. Néanmoins, pour que cette approche soit viable technologiquement, il est nécessaire de développer et/ou de revisiter les technologies des différents composants qui constituent la ligne de transmission. Le but de cette thèse consiste à démontrer, grâce à une approche associant théorie et expérience, la possibilité de réaliser des répéteurs optiques adaptés à cette technologie émergente, et plus particulièrement au cas du multiplexage modal de l'information dans des fibres légèrement multimodes. Nous nous sommes intéressés à l'élaboration d'amplificateurs à fibres dopées Erbium permettant l'obtention d'un gain égalisé sur les différents canaux de télécommunication utilisés, à savoir les modes et les longueurs d'onde. Pour cela, nous avons proposé une optimisation de la distribution transverse du dopant (Erbium), associée à un schéma de pompage simple de la fibre active. Deux géométries de fibres ont été étudiées : fibres à symétrie cylindrique (réalisées par procédé de fabrication conventionnel), et fibres à coeur micro-structuré. Nous démontrons qu'il est possible d'obtenir un gain élevé et égalisé sur l'ensemble des canaux, tout en conservant une efficacité énergétique satisfaisante du composant. / The current single mode fiber-based technology seems to reach its fundamental limits in terms of data rate. Thus, new disruptive technologies are required in order to meet the continuously increasing demand for data traffic. Since 2011, Space Division Multiplexing (SDM) has been intensively investigated and seems to be a potential approach to further increase the bandwidth and overcome the capacity crunch. Nevertheless, to make this technology viable, the technologies of the different components of the telecommunication line have to be developed or revisited. The aim of this thesis is to show the possibility of realizing optical repeaters especially designed for this new multiplexing technology, thanks to numerical and experimental results. More specifically, we focus our attention on the design and the characterization of few-mode erbium doped fiber amplifiers enabling gain equalization over the different communication channels used for the transmission, in the case of Mode Division Multiplexing (MDM). For this purpose, we propose an optimization of the transverse erbium distribution into the fiber core, associated with a simple pumping scheme. Two fiber designs have been investigated: fibers with cylindrical geometry (realized with standart fabrication process), and micro-structured-core fibers. Finaly, we demonstrate the possibility of obtaining high and flat gain over the different channels, while conserving a satifying energy efficiency.

In order to generate high harmonics (multi-keV regime) from which a coherent X-ray source can be made, ultrashort mid-infrared laser pulses are necessary. This document presents the basics of the generation of IR pulses using Nd:YAG and Ti:Sapphire systems currently in use in Prof. Bernd Witzel’s laboratory. A first section explains the process by which the original pump laser (Nd:YAG, 1064 nm, 10 ns) is converted into a secondary pump at 2 µm, which is a mandatory step in order to interact with the amplifying medium due to the molecular structure of CO2. This conversion is realized by using an optical parametric oscillator (OPO) and an optical parametric amplifier (OPA). More precisely, the selection of the non-linear medium to use for the OPO and OPA (KTP) is explained. In addition, which mirrors are best-suited for the OPO and the relevant non-linear physical equations (amplitude-coupled equations) are described. Next, a second section aims to expose the theory that makes it possible to use a 2 µm nanosecond pump to amplify the 10 µm, femtosecond radiation derived from a femtosecond Ti:Sapphire laser. The limits and conditions for this process are explained; in short, we find that the CO2 gas pressure must reach 40 atm. In order to do so, an aluminum gas cell with two thick ZnSe windows must be used. Finally, the last part of this thesis describes and explains the design of the aforementioned CO2 cell necessary to the amplifying process. The optimal length of the cell, its geometry and its windows (made from ZnSe, with a 5.1 mm thickness) are the subject of a detailed analysis