Les travaux réalisés dans ce manuscrit portent sur l'étude de la génération de supercontinuum dans des fibres transparentes dans le moyen infrarouge. Afin de générer un supercontinuum entre 3 et 5 µm, nous chercherons à comparer différentes familles de verres tels que les verres de fluorures, les verres d'oxydes de tellures et les verres de chalcogénures. Ces fibres sont pompées à l'aide de laser à fibre émettant autour de 2 µm en régime impulsionnel nanoseconde ou picoseconde. Cette longueur d'onde permet de s'approcher du zéro de dispersion chromatique de certaines fibres. Nous générons un supercontinuum jusqu'à 3800 nm dans des verres fluorés. Une connectique, dont la transmission est d'environ 75 %, est réalisée entre une fibre ZBLAN et une fibre SiO2. Une mesure des raies d'absorption du méthane est réalisée autour de 3300 nm à l'aide du supercontinuum généré dans les verres fluorés. Un supercontinuum est généré jusqu'à 2900 nm dans une fibre en oxyde de tellure. L'étendue du spectre aux grandes longueurs d'onde est limitée par l'atténuation de la fibre. Enfin, plusieurs compositions de verres de chalcogénures sont testées (As38Se62, As40S60, Ge10As22Se68). Ces fibres seront tout d'abord pompées dans leur régime de dispersion normale et nous observerons la formation de 4 sauts Raman successifs. Le gain Raman dans les verres AsSe est estimé à (1,6+/- 0,5) x 10E-11 m/W. Un compromis entre le contrôle de la dispersion chromatique et le couplage dans la fibre nous conduit à réaliser des fibres effilées dont le diamètre varie sur la longueur de la fibre. Nous obtiendrons alors un supercontinuum dans une fibre effilée en verre d'AsSe jusqu'à 2600 nm

Loin de seulement guider la lumière, les fibres optiques s'avèrent être extrêmement polyvalentes. Dotées de fonctions passives tel qu'un filtrage spectral, elles sont à la base de très nombreux capteurs de contraintes (température, pression, allongement, etc). Dopées d'ions de terres rares, elles acquièrent des propriétés de luminescence exploitées pour la réalisation d'amplificateurs ou de lasers. Parmi les matériaux utilisés pour préparer des fibres, la silice est le verre de référence. Les fibres à base de silice possèdent de très bonnes propriétés mécaniques, une très grande transparence et peuvent être produites à grande échelle. Cependant, certaines caractéristiques (énergie des phonons, solubilité, etc) de ce verre peuvent être néfastes pour les propriétés optiques des ions de terres rares. Depuis ma prise de fonction en tant que CR2 CNRS en 2002 au LPMC (Nice), mes activités de recherche concernent la conception, la fabrication et la caractérisation de fibres optiques à base de silice. En particulier, je m'intéresse aux propriétés spectroscopiques des ions de terres rares. Le premier projet présenté concerne l'efficacité des émissions issues du niveau 3H4 de Tm3+. Celle-ci est pratiquement nulle à cause de l'énergie élevée des phonons de la silice. Une étude matériau, spectroscopique et la mise en place de simulations numériques ont permis de rendre compatible ces fibres avec des applications d'amplificateurs vers 1,47 µm (pour la bande S des télécommunications) et des lasers autour de 810 nm (télécommunications, médical, etc). Un autre projet vise à s'affranchir des limitations de la silice en encapsulant les ions de terres rares dans des particules de taille nanométrique. Une voie de synthèse originale de ces nanoparticules est proposée, basée sur des mécanismes de séparation de phase mettant à profit les traitements thermiques appliqués lors du procédé standard de fabrication de préformes de fibres optiques (MCVD). Ces travaux et les autres présentés dans ce tapuscrit ont été menés dans le cadre de collaborations nationales et internationales. Ils ont aussi été l'occasion de nombreux stages pour des étudiants de licence, master, thèse et post-doc. Le dernier chapitre permet de compléter le tour d'horizon de mes activités : administration de la recherche, enseignements dispensés à l'Université de Nice-Sophia Antipolis, actions de diffusion de la culture scientifique, etc

L'explosion du trafic IP et les demandes en bande passante de plus en plus croissantes au cours des dernières années ont dirigé la recherche vers l'élaboration de nouvelles architectures et protocoles réseaux. La satisfaction des besoins en bande passante et en qualité de service passera par l'adoption des réseaux « tout-optique » (IP sur WDM) et des techniques de commutation efficaces. Trois techniques de commutation ont largement été étudiées. La commutation de circuit aussi connue sous le nom de routage de longueur d'onde n'utilise la largeur de bande de façon efficace que si la durée de la transmission est beaucoup plus longue que la période d'établissement des circuits. La commutation de paquet optique est plus flexible et offre une meilleure utilisation de la bande passante. Toutefois, les technologies de mise en mémoire (utilisation des tampons) et de traitement des paquets dans le domaine optique ne sont pas assez mûres pour la commercialisation. Dans ce contexte, la commutation de rafale optique (OBS) est devenue un nouveau paradigme de commutation. Elle est censée fournir un transport de données à haut débit, de manière flexible, efficace et réalisable. OBS est une technique hybride de la commutation de circuit optique et de la commutation de paquet optique, qui combine leurs avantages tout en surmontant certaines de leurs limites. La commutation de rafale optique exige moins de complexité technologique que celle de la commutation de paquet optique. Toutefois, contrairement aux réseaux optiques à commutation de circuit, les réseaux OBS souffrent des pertes des données. Ces pertes sont non seulement dues aux contentions et à l'insuffisance de l' « offset-time » mais également à l'échec de transmission des informations de routage. Dans ce mémoire, nous étudions les pertes dues à la non transmission des informations de contrôle. Les résultats obtenus montrent que les techniques proposées offrent de meilleures performances. Le bon choix du nombre de canaux de contrôle/canaux de données permet de réduire le taux de perte dû à la congestion dans les canaux de contrôle. Après le bon choix effectué, la technique de construction des rafales basée sur la disponibilité des canaux de contrôle permet de réduire les pertes dues aux contentions à l'entrée des canaux de contrôle. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Contention, Commutation de rafale optique (OBS), Canal de contrôle, Canal de données, Paquet de contrôle, Rafale.

Le concept de la grille de calcul a émergé récemment comme infrastructure apte à répondre aux exigences des applications scientifiques et économiques en termes de stockage et calcul. Le principe de la grille est de regrouper toute la puissance inexploitée des ordinateurs d'un réseau pour la mettre à la disposition des applications nécessitant de grands calculs. Il s'agit également d'utiliser l'espace de stockage inutilisé des serveurs pour y entreposer des données. Une grille de calcul représente donc une collection de ressources informatiques réparties en plusieurs emplacements et agissent en tant que ressources de traitement unifiées ou comme une collection d'ordinateurs virtuels. L'avantage de la grille consiste en un traitement plus rapide et plus efficace. Elle permet aussi d'éliminer l'inconvénient de lier étroitement des machines spécifiques à des travaux spécifiques. Puisqu'elle permet à des utilisateurs et à des applications d'accéder et de contrôler efficacement diverses ressources de différentes locations distribuées. Toutefois, sans un moyen de transport de données assez rapide, il y aurait aucun avantage dans le traitement distribué des données. La commutation optique par rafales (OBS) a été identifiée comme la technologie idéale pour répondre aux exigences de la grille. Cette approche est connue sous le nom de grille basée sur OBS « GOBS ». Dans ce mémoire nous étudions et évaluons la performance d'un réseau GOBS. Nous présentons aussi le problème de multi-ressource dans le cas où plusieurs ressources informatiques seront dédiées pour le traitement des tâches de la grille. Les résultats obtenus nous ont permis de démontrer que l'approche multi-ressource est efficace pour le traitement distribuée au sein de la grille et particulièrement dans le cas de grandes tâches. Elle permet de réduire le taux de perte et aussi d'assurer un traitement plus rapide. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Grille de calcul, GOBS, OBS, Tâche, Burst, Rafale, Paquet de contrôle, Ressource.

Les réseaux optiques ont connu une émergence importante dans le domaine des télécommunications, et ceci grâce à leur bande passante offerte. Actuellement, la technique la plus prometteuse est la commutation optique de rafales (OBS). D'une part, OBS permet une meilIeure exploitation de la bande passante, tout en ayant un degré de complexité inférieur à OPS (Optical Packet Switching), d'autre part, OBS offre une gestion des ressources beaucoup plus efficace, comparée à OCS (Optical Circuit Switching). Plusieurs études ont démontré que le mécanisme « load-balancing » permet d'équilibrer le trafic à travers les différents noeuds, réduisant ainsi la probabilité de congestion dans les réseaux OBS. Cependant, l'utilisation du « load-balancing » a mis en évidence d'autres problèmes, particulièrement au niveau de la couche TCP (Transmission Control Protocol). De là, « Source-ordering » a été proposé comme solution pour améliorer les performances de TCP, en effectuant l'ordonnancement des rafales au niveau des sources. Dans ce travail, nous nous proposons d'étudier et d'approfondir le mécanisme du « load-balancing » afin de maximiser le débit TCP. Notre défi consiste a trouver un concept permettant d'éviter la réception en désordre des segments IP, au niveau de la couche TCP, et par conséquent à réduire le nombre de FTOs (False Time Out) et de FFRs (False Fast Retransmit). Nous avons implémenté une nouvelle technique basée sur le mécanisme de résolution de contention proactive « load-balancing » qu'on a appelée « ordonnancement à la destination ». Les résultats obtenus montrent une amélioration importante du débit TCP lors de l'emploi du mécanisme d'ordonnancement à la destination. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Maximisation du débit TCP, OBS, TCP, Rafale, Résolution de contention, Mécanisme proactif, Chemins alternatifs, Equilibrage de charge.

La fibre optique constitue une alternative sérieuse au câblage coaxial classique pour de nombreuses applications analogiques. En effet, outre son diamètre et sa masse beaucoup plus faible, elle ne perturbe pas les dispositifs électriques et elle assure une excellente isolation du signal véhiculé. Dans le cadre de notre étude, l'application principalement visée est la distribution par fibre optique de signaux de référence de fréquence dans les différents sous systèmes d'un satellite de télécommunications. D'autres applications possibles sont l'alimentation et le contrôle d'une antenne sol et l'accès aux divers éléments d'une antenne active. Toutefois, la liaison optique doit respecter certaines contraintes vis à vis de la qualité du signal véhiculé, en particulier en termes de bruit. Le travail présenté dans ce mémoire traite de l'optimisation en bruit de phase de liaisons optiques destinées à la diffusion d'un signal de référence de fréquence. Le problème de l'émetteur (le laser) est présenté, mais c'est surtout au niveau du récepteur que des concepts originaux ont été développés. En particulier l'approche photo-oscillateur, c'est à dire un oscillateur synchronisé par l'onde optique modulée, a été utilisée pour réaliser différents récepteurs à des fréquences de 10 MHz, 874.2 MHz et 3.5 GHz. L'intérêt de cette approche réside dans le filtrage naturel du bruit de phase loin de la porteuse et dans la puissance de sortie constante délivrée par le photo-oscillateur. Dans le cas de l'application à 10 MHz il s'agissait de transmettre des signaux d'oscillateurs ultra-stables en conservant au mieux leurs caractéristiques spectrales. Les autres applications (à 874.2 MHz et 3.5 GHz) étaient moins critiques vis à vis de la pureté spectrale. Elles ont permis de tester les approches, et les composants les plus appropriés pour leur mise en Suvre.

Cette thèse, intitulée « Attraction de polarisation et instabilité modulationnelle incohérente dans les fibres optiques », présente l'étude théorique et expérimentale de deux processus novateurs dans le domaine de l'optique non linéaire dans les fibres optiques. Après avoir introduit quelques rappels théoriques utiles dans le premier chapitre, le second chapitre présente une étude sur l'Instabilité Modulationnelle incohérente dans les fibres optiques. Cette étude démontre la possibilité de générer de l'Instabilité Modulationnelle dans une fibre optique à l'aide d'une onde optique partiellement incohérente, et met en avant ses caractéristiques principales. Le troisième chapitre traite du phénomène d'attraction de polarisation dans les fibres optiques isotropes. Nous y démontrons son existence, ainsi que ses principales caractéristiques, et étudions l'usage qui pourrait en être fait pour des applications télécoms.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude théorique et expérimentale de la régénération tout-optique pour les systèmes de télécommunications longue distance et très-haut débit. Nous nous intéressons plus particulièrement à des solutions compactes, bas coût, et compatibles avec des systèmes multiplexés en longueur d'onde (WDM). Ces travaux se sont orientés vers des dispositifs à base d'absorbant saturable en microcavité (AS) qui grâce à un couplage optique vertical et un démultiplexage spatial des longueurs d'onde rend ce composant très attractif pour des applications de régénération tout-optique dans des systèmes de transmission WDM. Premièrement, nous étudions une architecture de régénérateur optique 2R basé sur l'association d'un AS et d'un limiteur de puissance utilisant des effets non-linéaires dans une fibre optique. Durant cette thèse, un module AS à 8 canaux a été réalisé. Ce module a permis d'étudier la compatibilité de l'AS avec des systèmes de transmission WDM. L'efficacité de ce module AS pour la régénération 2R est validée à l'aide d'une boucle à recirculation de 100 km. Nous avons démontré expérimentalement sur les 8 canaux du module une amélioration de la distance de transmission d'un facteur 3,3 pour un taux d'erreur binaire de 10−4 . Deuxièmement, une solution alternative pour réaliser la fonction de limiteur de puissance basé également sur un AS est proposée. Nous étudions donc un dispositif de régénération qui associe un premier AS, permettant d'améliorer le taux d'extinction du signal, et un deuxième AS traitant les fluctuations des puissances optiques élevées (symbole "un"). Ensuite, un régénérateur 3R tout-optique basé sur le régénérateur 2R et une technique de modulation synchrone est considéré. La modulation synchrone est réalisée par une modulation d'absorption croisée dans l'AS obtenue en injectant une horloge optique issue d'une récupération d'horloge (RH) tout-optique. Cette RH utilise des lasers à verrouillage de modes à semi-conducteurs. Ce dispositif 3R a été inséré dans une boucle à recirculation de 100 km et étudié à un débit de 42,7 Gbit/s. L'étude expérimentale à montré un facteur d'amélioration de la distance de transmission de 22,5 pour un taux d'erreur binaire de 10−8 et correspondant à une distance de transmission de 18 000 km. Enfin, l'étude d'un dispositif de régénération tout-optique permettant de traiter un signal dont l'information est portée par la phase (DPSK) est menée. Nous avons étudié l'impact de l'AS quand il est utilisé comme limiteur de puissance dans un système de transmission DPSK. En effet, l'AS permet de limiter les fluctuations d'intensité et ainsi de se prévenir contre l'accumulation de bruit de phase non-linéaire. Nous avons démontré expérimentalement avec une boucle à recirculation de 100 km que ce type de régénérateur permet une amélioration jusqu'à un facteur 1,6 sur la distance de transmission pour un taux d'erreur binaire de 10−4.

Ces travaux portent sur la génération d'un peigne de longueurs d'ondes à haut-débit pour les télécommunications. Ce manuscrit s'articule autour de trois grandes parties. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux cavités laser fonctionnant en blocage de modes passif. Les expériences ont notamment permis de générer à chaque aller et retour dans la cavité des paquets d'impulsions liées et séparées d'une période correspondant à une cadence de 100-160 GHz. Dans la seconde partie, nous montrons la possibilité de générer des horloges à haute cadence (100 GHz - 1 THz) en exploitant les bonnes propriétés des lasers à îlots quantiques à blocage de modes, par l'ajout de filtres. La sélection des fréquences a été réalisée, au début de la thèse, par l'application de points de température induisant des sautsde phase sur un réseau de Bragg à pas variable, puis par l'utilisation d'un filtrage spatial utilisant un appareil commercial. La stabilité des horloges optiques, de fréquences variables pouvant atteindre 1,5 THz, a été validée par des mesures de taux d'erreurs. Enfin, nous montrons qu'il est possible réaliser des convertisseurs de fréquence permettant de récupérer une horloge à la sous harmonique f à partir d'un signal binaire cadencée à N × f. En conclusion, nous dressons les perspectives liées à ces résultats.

Ce mémoire présente des travaux portant sur les ondes aux statistiques extrêmes qui représentent un sujet extrêmement attractif en optique depuis qu'une comparaison avec les vagues scélérates océaniques a été proposée fin 2007. Nous décrivons donc les mécanismes de formations de ces structures extrêmes dans le cadre de la propagation guidée de la lumière dans les fibres optiques. Dans une première partie, nous commençons par explorer les ondes scélérates optiques dans les supercontinuums générés par instabilité modulationnelle d'ordre 4 et proposons une méthode de stabilisation basée sur l'utilisation de deux germes continus. Puis, nous continuons avec une étude approfondie sur les amplificateurs Raman à fibre où des conditions d'apparitions des structures géantes sont déterminées. En effet, en présence d'une pompe partiellement incohérente comme le laser Raman fibré, un gain quasi-instantané et un faible walk-off mènent à des statistiques extrêmes. Cela a pu être vérifié que le signal soit continu ou impulsionnel et dans le cadre d'un amplificateur paramétrique basé sur l'instabilité modulationnelle d'ordre 2 incohérente. Dans la dernière partie, un système turbulent est étudié en fonction de l'incohérence ce qui nous a permis d'identifier trois régimes avec, en particulier, le second où il existe des quasi-solitons intermittents. Enfin, nous nous intéressons à des structures non-linéaires appelées Breathers d'Akhmediev, qui présentent des cycles de compression-décompression, et portons notre attention sur leur limite asymptotique : le soliton de Peregrine. Ce dernier est vu comme un prototype très intéressant des vagues scélérates. Nos études expérimentales, menées aux longueurs d'ondes des communications optiques et utilisant différentes méthodes de caractérisations spectro-temporelles, sont complétées par des études numériques et analytiques.