La dispersion modale de polarisation (PMD) est devenue pour les transmissions optiques haut débit, un des principaux facteurs qui limite la qualité du signal. Au premier ordre, la PMD génère un dédoublement des impulsions alors qu'au deuxième ordre, c'est un élargissement et des distorsions d'impulsions qui se produisent. Plusieurs solutions optiques, pour la compensation de PMD, ont été proposées, toutes utilisent un contrôleur de polarisation. L'objectif de cette thèse est donc l'étude du contrôle de la polarisation rapide et sans fin pour la compensation de PMD. Trois architectures de contrôleur avec deux lames biréfringentes à axe tournant ont été proposées et testées. Ces architectures permettent de transformer continûment les états de polarisation avec seulement deux degrés de liberté. Des simulations et des études expérimentales ont été effectuées, et elles ont démontré la faisabilité des architectures et des algorithmes proposés. Parallèlement, nous nous sommes intéressés à l'évaluation qualitative et quantitative de l'impact de la PMD au deuxième ordre, avec compensation de PMD au premier ordre, en simulant des systèmes de transmission optique à 40Gbit/s. Les résultats ont démontré que les deux composantes de la PMD au deuxième ordre: dépolarisation et dispersion chromatique dépendant de la polarisation, ont des conséquences très différentes sur les pénalités du rapport signal à bruit optique.

Les premières fibres optiques, développées dans les années 70, étaient multimodes. Le profil d’indice de type « saut d’indice » originel a rapidement cédé la place aux profils « à gradient d’indice », présentant une bande passante plus large. Malgré une bande passante plus faible, dû à la dispersion modale, les fibres multimodes (MMFs) ont su rester compétitives face aux fibres monomodes sur des applications utilisant des sources à grande ouverture numérique : grâce à leurs large cœur et grande ouverture numérique, elles sont plus tolérantes au désalignement source-fibre et fibre-fibre. Cette thèse entre dans le cadre du développement des MMFs pour les télécommunications, dans les réseaux locaux et les centres de données. Les sources optiques à base de diode laser à cavité verticale émettant par la surface disponibles depuis le début des années 2000 ont fait entrer les MMFs dans l’ère du multi-gigabit par seconde. Cette technologie a abouti à la standardisation des fibres OM3 en 2002 suivies des fibres OM4 (à la bande-passante modale plus de 2 fois plus large) en 2009, dont la bande passante modale est maximisée à 850nm. Ce travail présente les développements des fibres multimodes OM3 et OM4 de ces dix dernières années. Il se décompose en trois axes : i) l’optimisation de profil d’indice pour augmenter la bande passante modale des MMFs (développement des fibres OM4), ii) la minimisation des pertes par courbures des fibres OM3 et OM4 (développement de fibres OM4 résistantes à la courbure),iii) l’étude de la compensation de la dispersion chromatique dans les MMFs utilisées avec des VCSEL multimodes transverses, qui ouvre la voie à de nouvelles possibilités d’optimisation. / Multi-Mode Fibers (MMFs) were the first optical fibers to be developed in the early days of optical communications, before the advent of Single-Mode Fibers (SMFs). Graded-Index MMFs (GI-MMFs) were rapidly introduced to reduce the modal dispersion, and thus enlarge the modal bandwidth, that limited the capacity of original Step-Index fibers (SI-MMFs), paving the way to short-range high-speed optical transmissions. Their typical large core and high numerical aperture provide significant advantages over SMFs in applications that require efficient light coupling with large sources and relaxed fiber alignment tolerances. MMFs are used in many fields such as industry, defense, transport, telecommunications and medical. This work focuses on the application for which MMFs are the most widely used nowadays, that is data communications. MMFs have constantly evolved and improved to keep up to pace. The advent of low-cost and low-power-consuming directly current-modulated VCSELs that can reliably support 10Gbps (and more) data rates at ~850nm has motivated the development and the standardization of laser-launch optimized 50µm-diameter GI-MMFs: the OM3 fibers (2002) and the OM4 fibers (2009). We present here the OM3 and OM4 fiber development for the last decade we divided into three main topics:i) the optimization of the refractive index profile to maximize the modal bandwidth (development of the OM4 fiber),ii) the minimization of the macrobending losses (development of so-called bend-insensitive OM4 fibers),iii) the chromatic dispersion compensation to ultimately enlarge the total bandwidth of MMFs, accounting for modal and chromatic dispersions and their interaction.

La spectroscopie d'absorption par mesure du temps de vie des photons piégés dans une cavité optique haute-finesse, ou Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS), compte parmi les outils de diagnostic optique les plus sensibles. L'excitation « mode matchée » d'un laser continu rapidement et continûment balayé (~4 THz.s-1 durant ~2 ms), i.e. la cw-CRDS monomode rapide, garantit à la technique ses meilleures performances en termes de limites de détectivité avec, en contrepartie, des points de mesures séparés de l'Intervalle Spectral Libre du résonateur (ISL=c/2L) : le dosage d'environnements basse pression requiert de longues cavités. Cette étude originale propose de mettre à profit la structure transverse du résonateur afin de rendre possible la miniaturisation du dispositif de cw-CRDS rapide. L'excitation multimode d'une cavité fractionnellement dégénérée (dite de taille « magique »), ici présentée, permet de bénéficier d'un gain d'échantillonnage spectral qui vaut l'ordre réentrant N employé. Nous développons deux schémas d'injection multimode : l'injection multimode axiale et l'injection multimode réentrante, dite dans ce dernier cas hors de l'axe optique, de telles cavités et nous en étudions les principales différences. Une étude détaillée du champ intracavité existant aux N résonances constitutives de l'ISL est proposée afin de rendre compte des limites de détectivités associées à ces deux schémas d'injection multimode sensiblement distincts. Une seconde partie de ce travail de thèse est dédiée à caractériser de façon approfondie l'observation des profils spatiaux intracavités formés en injection hors axe lorsque la cavité souffre d'un faible astigmatisme (ΔR/R~2 %) : on parle de profil de Lissajous. Cette étude rend compte des mécanismes fondamentaux, telle la coïncidence particulière de modes particuliers par dispersion modale, qui aboutissent en un intervalle millimétrique de dégénérescence. Celui-ci est le siège d'une succession de profils transverses de Lissajous symétriques les uns des autres de part et d'autre d'une taille particulière de cavité : nous en précisons les causes. Le résiduel astigmatisme ainsi mis en évidence et mesuré permet, en outre, d'expliquer la disparition des oscillations Doppler normalement présentent en début de décroissance ring down dans ce type d'injection dynamique. De façon connexe, nous développons plusieurs types de cellules multipassages non-résonantes comme alternative à la CRDS pour le dosage d'environnements hostiles.