Afin de pouvoir œuvrer vers un réseau de communication quantique, il est primordial de limiter les ressources nécessaires. En particulier, nous montrons ici que l’on peut utiliser une source unique de paires de photons intriqués, pour desservir un grand nombre d’utilisateurs. Ceci implique que la source en question soit à large bande spectrale d’émission, et compatible avec les infrastructures actuelles de télécommunication optique. Dans un premier temps nous avons étudié une source de photons corrélés, basée sur la fluorescence paramétrique. A partir des valeurs expérimentales mesurées (coups et coïncidences), une borne maximale de la visibilité que l’on pourra obtenir en intrication est calculée ainsi que la brillance. Un facteur de qualité est établi afin de comparer et classer les démultiplexeurs testés par rapport au compromis entre la qualité des corrélations quantiques et la brillance de la source. La deuxième partie consiste à caractériser une source de photons intriqués en polarisation. L’intrication a été réalisée en effectuant un double passage dans un cristal de PPLN, générant un état de type |Φ> =(1/√2)(|HH> +|VV>) . Les photons des paires générées sont aussi séparés par démultiplexage en longueur d’onde. Des mesures de visibilités et du paramètre de Bell S sont effectuées. Les performances des démultiplexeurs sont comparées à celles prévues avec les photons jumeaux. Nous montrons qu’il est possible à partir d’une source unique, d’établir un canal quantique de communication avec au moins 3 couples d’utilisateurs en simultané. Nous proposons à la fin de cette étude, diverses méthodes d’amélioration. / In order to progress towards a quantum communication network, it is vital to limit the necessary resources. In particular, we show here that we can use a single source of entangled photons pairs, to serve a large number of users. This implies that the considered source has to be spectrally broadband, and compatible with the current optical telecommunications’ infrastructure. At first, we studied a correlated photon source, based on SPDC. From the experimental values measured (counts and coincidences), an upper bound of the visibility that can be achieved in entanglement is calculated as well as the source brightness. A quality factor is established in order to compare and rank the demultiplexers tested in relation to the compromise between the quality of the quantum correlations and the source brightness.We then characterized a source of polarization entangled photon pairs. The entanglement is obtained by performing a double pumping path in a crystal of PPLN, generating a state Φ> =(1/√2)(|HH> +|VV>) . The generated photon pairs are split by using the same demultiplexers. Measurements of visibilities and the Bell parameter S are performed. The performances of the demultiplexers are compared to those obtained with the twin photons.We show that it is possible with a single source, to establish a quantum communication channel with at least 3 couples of users simultaneously. We propose at the end of this study, various methods of improvement.

International Telemetering Conference Proceedings / October 17-20, 1994 / Town & Country Hotel and Conference Center, San Diego, California / In this paper, by using computer simulations, the interference of channel data in the SDM telemetry system is investigated, the performance of the copy demultiplexing is examined, and finally the selection rule of Walsh functions is recommended.

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Electroabsorption modulators (EAMs) are fundamental components in optical communication systems. Their response is governed by a set of parameters inherent to their internal structure and by the external electrical components used to drive them. The first part of this thesis discusses a new method for the extraction of values for these parameters. The use of EAMs as both optical modulators and photodetectors is exploited for the purpose of parameter extraction. The proposed method allows the estimation of the parameters which govern the internal frequency response of EAMs without any knowledge of the characteristics of the electrical interconnect used to drive them. The procedure also removes the need for an accurately calibrated optical transmitter and receiver pair normally used during the characterization of optoelectronic components. Analytic description and experimental verification are presented. In the second part of this thesis, direct demultiplexing of a 10 Gbit/s channel from a 160 Gbit/s optical time division multiplexing (OTDM) signal using a single lumped, electrically driven EAM is experimentally presented for the first time. Direct demultiplexing is made possible by using an electrical driving signal for the EAM consisting of a sum of in-phase harmonics of the base channel rate. The use of a single EAM as an optical gate is quasi-analytically compared with the common approach of cascading two EAMs when performing 160 Gbit/s to 10 Gbit/s demultiplexing. The analysis reveals that the use of a single EAM is beneficial in terms of lower penalty with respect to degradations in the extinction ratio and width of the pulses used in the OTDM signal. The last part of this thesis introduces an electrical distributed oscillator which works in a regime of oscillation similar to that of mode locked laser (MLL) systems. The oscillator offers the flexibility of producing other waveforms not found in MLLs and has the potential to generate the required electrical driving signal for a single EAM OTDM demultiplexer. Other possible applications of the oscillator include the generation of short pulses for use in radar systems and wireless personal area networks. / Thesis (Ph.D, Electrical & Computer Engineering) -- Queen's University, 2011-06-30 14:41:42.625

Cette thèse apporte une contribution théorique et expérimentale à l'exploration des propriétés de dispersion et de polarisation de structures à cristaux photoniques à gradient (GPhCs). Nous explorons pour commencer la relation qui existe entre les déformations des surfaces équi-fréquences (EFS) de différents cristaux photoniques et les paramètres de maille des configurations envisagées. Compte tenu de la complexité des structures possibles obtenues à partir d'un chirp spatial bidimensionnel d'au moins un paramètre de maille, nous avons limité notre étude à un type particulier de structure basé sur un réseau carré de silicium sur isolant (SOI) planaire constitué de trous d'air de facteur de remplissage variable. Une expression analytique des EFS connexes en fonction du rayon des motifs a d’abord été extraite, et une structure GPhC de "référence" a ensuite été proposé pour l'exploration des propriétés de dispersion et de polarisation des GPhCs utilisant à la fois une approche consistant à propager un ou plusieurs rayons optiques dont les trajectoires sont données par les équations de l’optique Hamiltonienne et une approche tout numérique basée sur des simulations FDTD. Nous décrivons ensuite les processus de fabrication de salle blanche des structures à cristaux photoniques graduels, obtenues à partir de substrats semiconducteurs par lithographie par faisceau d'électrons et gravure ionique réactive. Les échantillons fabriqués sont étudiés expérimentalement par des techniques de mesure en champ lointain et en champ proche (SNOM) en s'appuyant sur une collaboration avec un autre groupe du CNRS. Les résultats expérimentaux montrent une relation dispersive quasi-linéaire de 0.25μm/nm dans la gamme de longueur d’onde allant de 1470nm à 1600nm. Les premiers dispositifs fabriqués présentent aussi la possibilité de séparer des couples de deux longueurs d'onde (démultiplexage) avec des pertes d'insertion faibles (inférieures à 2 dB) et un niveau de diaphonie faible (de l'ordre de -20 dB). Ils présentent également un effet très net de séparation des polarisations de la lumière avec une diaphonie inter-polarisations TE/TM de -27dB dans une bande spectrale de l’ordre de 70 nm. Au-delà de ces mesures optiques obtenus dans une configuration particulière de cristal photonique graduel, les travaux présentés dans cette thèse ont permis l'observation directe de la transition entre les régimes d’homogénéisation et de diffraction de propagation de la lumière dans un matériau optique artificiel tout diélectrique. Globalement, la méthodologie présentée et adoptée pour l'étude de la propagation de la lumière dans les structures étudiées a ouvert des perspectives pour la réalisation de fonctions optiques plus complexes. / This PhD thesis brings a theoretical and experimental contribution to the exploration of dispersive and polarization properties of graded photonic crystal (GPhC) structures. We first present a quantitative relationship between the deformations of the equi-frequency surfaces (EFSs) of different photonic crystals and the lattice parameters of the considered configurations. Considering the complexity of the possible GPhC structures made of a two-dimensional spatial chirp of at least one lattice parameter, we limit in this thesis our study to one particular type of GPhC structure based on a square lattice silicon on insulator (SOI) planar photonic crystal with a variable air hole filling factor profile. An analytical expression of the related EFSs as a function of the varied lattice parameter is extracted, and a GPhC “reference” structure is then proposed for the exploration of the dispersive and polarization properties of GPhCs using both Hamiltonian optic-assisted ray tracing as well as FDTD simulations. The clean room fabrication process of this GPhC structure family, which is based on electron beam lithography and reactive ion etching technologies, is reported. Fabricated samples are experimentally studied by far-field and near-field (SNOM) measurement techniques relying on a collaboration with a CNRS group of the Bourgogne university. Experimental results show an almost linear dispersive relationship of 0.25µm/nm in the 1470nm-1600nm spectral range. The fabricated samples also present the possibility for two-wavelength demultiplexing with low insertion loss (below 2dB) and low crosstalk level (around -20dB), and a polarization beam splitting effect with a crosstalk of -27dB in a 70nm bandwidth. Beyond these optical metrics obtained in one particular GPhC configuration, the works presented in this thesis have allowed the direct observation of the transition between the homogeneous and diffraction regimes of light propagation in an artificial optical all-dielectric material, and the presented and adopted methodology for the study of light propagation in GPhC structures has raised open perspectives for the realization of more complex optical functions in forthcoming works using low loss and flexible metamaterial-like photonic crystals.