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 / The work reported in this thesis deals with the study of the supercontinuum generation in fibers transparent in the mid-infrared. To generate a supercontinuum between 3 and 5 µm we compare different glass families such as fluoride glasses, tellurite glasses and chalcogenide glasses. These fibers are pumped with fiber lasers emitting at 2 µm with nanosecond or picosecond pulse duration. This wavelength allows us to reach the zero dispersion wavelength of the chalcogenide tapered fibers. We report supercontinuum generation up to 3800 nm in a fluoride glass fiber. A connection with 75 % of transmission is made between a ZBLAN and a SiO2 fiber. We also measured absorption lines of the methane at 3300 nm. We report supercontinuum generation up to 2900 nm in an oxyde tellurite fiber. The supercontinuum edge at long wavelength is limited by the OH absorption of the fiber. Finally, several chalcogenide glass compositions and geometries are tested (As38Se62, As40S60, Ge10As22Se68). These fibers are pumped in their normal dispersion regime and we observe the four cascaded Raman shifts. The Raman gain coefficient in the AsSe glasses is estimated to be (1,6+/- 0,5) x 10E-11 m/W.A trade-off between the chromatic dispersion control and the coupling in the fiber leads us to use tapered fibers whose diameter varies along the length of the fiber. We report supercontinuum generation in an AsSe tapered fiber up to 2600 nm

La croissance sans cesse de la demande des débits de données élevés durant ces dernières décennies, soutenue par le déploiement des réseaux optiques permettant un débit de l’ordre de plusieurs Gbit/s a conduit naturellement vers l’intérêt de développement des applications à 60 GHz dans les réseaux locaux. Des normes telles que l’IEEE 802.15.3c et IEEE 802.11ad pour la transmission sans fil en bande millimétrique ont été proposées. A de telles fréquences, les pertes en espace libre sont très élevées et les ondes radios ne traversent pas les murs. Les liaisons radio sur fibre (RoF), utilisées comme déport optique d’une pièce vers une autre, permettent ainsi la distribution des signaux très haut débit dans toute la maison ou dans l’ensemble du bâtiment, en palliant le défaut de faible distance de propagation en espace libre. L’accès, par la modélisation des circuits électriques équivalents de chacun des composants du système considéré, à la simulation de ces systèmes RoF permet une optimisation du système en termes de qualité de transmission. Ainsi, les caractéristiques optiques et électriques des composants constituant les systèmes RoF sont étudiées et analysées conjointement ce qui offre la possibilité de la conception de circuits intégrés photonique-RF. Cette thèse concerne l’étude et simulation des liaisons RoF à l’aide de circuits électriques équivalents de composants photoniques. Cette étude est destinée aux applications sans fil à 60 GHz de grande bande passante permettant un très haut débit de transmission. La technique de modulation d’intensité directe ou externe et détection directe est privilégiée à une fréquence intermédiaire afin d’assurer la simplicité et le bas coût du système. Le signal radio est ensuite transposé sur une porteuse dans la bande 60 GHz. Dans un premier temps, pour valider les modèles des circuits électriques équivalents développés, les caractéristiques mesurées des composants optoélectroniques sont comparées aux résultats de simulation. Ensuite, l’étude de caractérisation est menée à l’échelle système par analyse des paramètres analogiques comme le gain, le bruit et non-linéarité. La dynamique de différentes liaisons RoF peut ainsi être déterminée. La transmission des signaux numériques complexes de type OFDM est finalement réalisée par une méthode de co-simulation numérique/analogique. La qualité de transmission est étudiée par évaluation de l’amplitude du vecteur d’erreur (EVM) des constellations des signaux numériques. L’étude est effectuée et validée dans un premier temps conformément à la norme ECMA-368 dédiée à la bande centimétrique et ensuite étendue à la bande millimétrique conformément à la norme IEEE 802.15.3c. Pour finir, l’effet du canal en espace libre à 60 GHz est considéré afin d’analyser la transmission de bout en bout / The growth continually demand of higher data rates in recent decades, supported by the deployment of optical networks allowing a flow of the order of several Gbit/s naturally leads to application development interest on 60 GHz local networks. Standards such as IEEE IEEE 802.15.3c and 802.11ad for millimeter-band wireless transmission have been proposed. At such frequencies, the free space loss is very high and the radio waves do not penetrate walls. The radio over fiber links (RoF), used as optical link from one room to another and enable the distribution of high-speed signals throughout the home or throughout the building, overcoming the failure for low distance free space propagation. Access, by modeling the electrical equivalent of each component of the system considered circuits, simulation of the RoF systems enables optimization of the system in terms of transmission quality. Thus, the optical and electrical characteristics of components of RoF systems are studied and analyzed together which offers the possibility of designing integrated photonic-RF circuits. This thesis concerns the study and simulation of RoF links using electrical equivalent circuits of photonic components. This study is intended for wireless applications at 60 GHz of bandwidth for a high transmission rate. The modulation technique of direct or external intensity and direct detection is preferred at an intermediate frequency in order to ensure simplicity and low cost of the system. The radio signal is then transposed onto a carrier in the band 60 GHz. First, to validate the models developed electrical equivalent circuit, the measured characteristics of optoelectronic components are compared with simulation results. Then, the characterization study is conducted to the scale by analysis of analog parameters such as gain, noise and non-linearity. The dynamics of different RoF links can thus be determined. Transmitting OFDM complex digital signal is finally achieved by a method of digital / analog co-simulation. The transmission quality has been studied by evaluation of the magnitude of the error vector (EVM) constellations digital signals. The study is conducted and validated as a first step in accordance with the ECMA-368 standard dedicated to the centimetric band and then spread to the millimeter band from IEEE 802.15.3c standard. Finally, the channel effect in free space at 60 GHz is considered to analyze the transmission end to end

Ce travail de thèse a pour objectif de développer une nouvelle technologie afin de fournir une solution bas coût et simple d’utilisation pour les raccordements de fibres optiques entre elles. Cette technologie fibre-fibre pourra être étendue à des raccordements fibre-composant d’optique intégrée.Cette nouvelle technique est basée sur la photo-polymérisation d’une solution chimique, utilisée pour reconstruire une structure d’indice guidante entre les deux éléments de guides optiques à connecter. Pour mettre au point cette technologie nous nous sommes concentrés sur la réalisation d’un raccordement de deux fibres optiques.Après une analyse des technologies existantes et des causes de pertes lors des raccordements entre deux fibres optiques, nous détaillons les différentes solutions de photo-polymères employés. Nous abordons le fonctionnement de la polymérisation radicalaire, ainsi que la composition des solutions utilisées, puis nous présentons les performances attendues. Pour cela nous utilisons un environnement de simulation FDTD (Finite Différence Time Domaine), ce qui nous permet de mettre en évidence que cette technique de raccordement a le potentiel d’être équivalente aux techniques employées dans les télécoms de nos jours. Toujours dans l’objectif d’étudier ce nouveau type de connexion, et d’en optimiser les performances, nous avons mis en place une méthode d’analyse de la répartition de l’indice de réfraction au cœur même des connexions polymère. Pour cela nous employons une méthode de tomographie interférométrique, que nous avons adapté à la mesure de fibre et de petits objets en extrémité de fibre. Cette nouvelle technique d’analyse, développée en partenariat avec le département mécatronique de l’Université de Varsovie, permet de reconstruire une cartographie en trois dimensions de la répartition de l’indice de réfraction. Nous avons ainsi pu analyser des connexions polymères réalisées avec différentes solutions photochimiques, et observer les défauts d’homogénéité d'indice. Ceci dans le but de reproduire le plus parfaitement possible la structure d’indice des fibres optiques, et par là même réduire au maximum les pertes optiques au niveau de la connexion. A l’aide de ces analyses, nous sommes arrivés à l’application final de cette technique pour le marché des Télécommunication optiques : Nous avons ainsi réaliser des prototypes de raccordement de deux fibres optiques, ainsi que de tous les outils nécessaires à leur réalisation sur le terrain, et avons démontré que leur performances étaient équivalente aux produits aujourd’hui présent sur le marché. / The aim of this thesis is to develop a new technology providing a low cost and “easy to use “solution for interconnections of optical fibers. This fiber-optic technology can be extended to connections between fiber and integrated optical component. This new technique is based on photo-polymerization of a chemical solution used to rebuild a guiding index structure between two elements of optical waveguides. With the aim to study this new type of connection, and optimize it’s performances, we have implemented a method for analysing the distribution of the refractive index within the polymer connexions. For this we use an interferometric tomography method, that we adapted to measure the fiber and small items at fiber end. This new analysis technique, developed in partnership with the Department of Mechatronics of Warsaw University, allows to reconstruct a three-dimensional mapping of the refractive index distribution. We are able to analyse polymers connections made with different photochemical solutions and observe defects in the index homogeneity. This is done in order to replicate as possible the index structure of optical fibers, and thereby minimize optical losses at connection. Using these analysis, we set to the final application of this technique, at the optical Telecommunications market: we have developed prototypes of splicing between two optical fibers, as well as designed all necessary tools for their implementation in the field, and we have demonstrated that their performance is equivalent to products now available on the market.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'impact de la nanostructuration de la matière sur le comportement des fibres dopées Erbium en environnement radiatif tel que l'Espace. Cette étude est motivée par le fait qu'il n'existe pas de fibre dopée Erbium qualifiée pour le spatial, rendant l'AOFD indisponible pour ces applications, réduisant fortement l'intérêt de l'ensemble de la technologie WDM pour les satellites. Ainsi nous avons testé plusieurs fibres basées sur des technologies différentes dans le but d'évaluer leurs comportements sous radiations gamma. Nous avons ainsi défini un critère objectif pour la sélection des fibres dopées Erbium, et avons montré des éléments permettant de durcir des fibres co-dopées Aluminium en se basant uniquement sur des paramètres de conception. Ainsi, nous avons démontré une fibre durcie aux radiations à base de nanoparticules de silice dopées Erbium, montrant une perte de puissance de l'ordre de 1 dB en fin de mission typique d'un satellite. L'accent a également été mis sur la modélisation de l'AOFD en proposant un modèle évolué prenant en compte des effets non linéaires liés à la complexité de la spectroscopie de l'ion Erbium. Ce modèle a été complété par une prise en compte de l'effet des irradiations et de la guérison optique en utilisant un modèle de proche de celui développé par R. Chen. Nous avons pu noter la grande importance de l'effet de la guérison optique sur les performances de l'AOFD en fin de vie. / This thesis focuses on the impact of nanostructuration on the performance of Erbium Doped Fiber in severe environment like Space. This study is motivated by the fact that no on-the-shell Erbium Doped Fiber can satisfy the space requirement, disabling the availability of the AOFD and stongly limiting the interest of the WDM technology for satellites. Several fiber based on different technologies have been tested in order to check their behavior under gamma radiations. We have defined an objective criterion for the selection of erbium doped fibers, and showed elements for hardening aluminum co-doped fibers, based solely on design parameters. In this way, we brought to the fore a radiation hardened fiber, based on silica nanoparticles, exhibiting a power decrease of 1 dB after a typical space mission. We also focused on EDFA modeling by proposing an evolved model taking into account non-linear effects due to the complex spectroscopy of Erbium. This model is completed by including irradiation effects thanks to a model such as Chen's one. The photobleaching effect that has been found to be strong is also considered.

L'objectif de ce travail de thèse était de tester le textile lumineux en termes de performances photocatalytiques en milieu aqueux. La durabilité des textiles face à une exposition prolongée à une irradiation UVA a été testée. Les tests ont mis en évidence un problème de vieillissement des tissus enduits de TiO2, induisant l'apparition d'une inhomogénéité de l'émission de lumière sur la surface du textile. Un modèle mathématique a été développé afin d'exprimer et de prévoir ce vieillissement en fonction du temps d'exposition aux UVA. Le dépôt d'une couche protectrice de silice a permis de résoudre ce problème de vieillissement. Parallèlement, les textiles lumineux enduits de TiO2 ont été caractérisés. La localisation de SiO2 et TiO2 par MEBE et analyse EDX a été démontrée comme étant homogène sur la surface des fibres optiques, mise à part pour le dépôt de TiO2 P25 localise en amas. La quantité de photocatalyseur déposé sur les textiles ainsi que l'absorbance des dépôts ont été évaluées. L'étude de l'adhérence des dépôts a démontré la stabilité du TiO2. Enfin, les performances photocatalytiques des différents textiles enduits de photocatalyseur ont été testées sur la dégradation de deux polluants modèles, l'acide formique et le phenol, en réacteur ferme. L'étude de la vitesse de dégradation en fonction de la masse de TiO2 a permis de déterminer la masse optimum (environ 2mg cm-2). Des rendements photoniques de l'ordre de 30 à 55% dans le cas de l'acide formique et de 6 à 8% pour le phenol ont été obtenus. Un réacteur pilote plan, ouvert, a permis de confirmer les résultats obtenus et ouvre la voie à une configuration multicouche, en vue d'une application industrielle / The objective of this thesis was to test luminous textiles in terms of photocatalytic performances in aqueous medium. The durability of textile under long-time UVA irradiation was tested. Results showed the aging of luminous textile coated by TiO2, involving an inhomogeneity of light emission on the overall surface of the textile. A mathematical model was developed to express and predict the aging depending on the time of exposure to UVA. Also, a protective layer of silica allows avoiding the optical fiber aging. In parallel, luminous textiles coated by TiO2 were characterized. The location of SiO2 and TiO2 by ESEM and EDX analysis was shown to be uniform over the surface of optical fibers textiles, except for TiO2 P25 coating, located in clusters. The amount of photocatalyst deposited on the textiles, and the absorbance of the coatings were determined. Moreover, the study of coating adhesion demonstrated excellent adhesion and stability of the photocatalyst layer. Finally, the photocatalytic performances of the different TiO2 coatings were tested for degradation of two model pollutants, formic acid and phenol, in batch reactor. The study of the evolution of the degradation rate with the mass of photocatalyst was used to determine the optimum mass of TiO2 (about 2mg cm-2). Photonic yields ranging from 30 to 55% in the case of formic acid and 6 to 8% in the case of phenol were obtained. A continuous plan pilot reactor confirmed the results and opens the way for a multi-layer configuration, for industrial application

La majeure partie des fibres optiques utilisées dans les domaines des sources optiques et des capteurs sont dites 'fonctionnalisées', c'est à dire qu'elles possèdent des propriétés nouvelles, de par leur nature et/ou leur structure, par rapport aux fibres standards. Pour ce faire, nous allons exploiter la technologie 'Poudre' pour la réalisation de fibres optiques utilisant les propriétés de matrices vitreuses originales développées lors de cette thèse. Trois familles de fibres seront étudier afin de démontrer le fort potentiel de cette association, matériaux – technologie. La première exploitera la structuration de la gaine optique à l'aide de deux barreaux de verre vitreux (type Panda), dopés ou non à l'aide d'oxyde de cuivre. L'étude de cette fibre sera faite depuis la synthèse du matériau jusqu'au test de cette fibre en tant que capteur. La seconde fibre nous amènera à concevoir un verre optique inédit à ce jour, à définir la composition optimale et la décliner sous forme d'une fibre optique incluant ce verre pour le cœur. Enfin le procédé de fabrication de fibres optiques sera utilisé pour réaliser de premières fibres optiques à cœur vitrocéramique, c'est à dire partant d'une matrice vitreuse spécialement développée pour cette application arriver à faire croitre les nanostructures dans le cœur de la fibre et obtenir ainsi une famille de fibre inédite. / The main part of optical fibers used in the fields of optical sources and sensors are called 'functionalised', i.e. they have new properties, due to their nature and/or structure, compared to standard fibers. To do this, we will use 'Powder' technology for the realization of optical fiber using properties of original vitreous glasses developed during this thesis. Three families of optical fibers will be studied in order to demonstrate the great potential of this association, materials - technology. The first exploit the structuring of the cladding with two vitreous glass rods (Panda type) doped or not with copper oxide. The study of this fiber is done from the synthesis of the material up to the test of this fiber as a sensor. The second fiber leads us to design a novel optical glass matrix, to define the optimal composition and decline form of an optical fiber including the glass for the core. Finally, the optical fiber manufacturing process is used to produce optical fiber with glass-ceramic core, i.e. starting from a vitreous matrix specially developed for this application happen to grow the nano-structures in the core of the fiber and obtain a novel fiber family.

Ce mémoire de thèse s'inscrit dans le contexte du projet FUTUR financé par l'ANR et concernant le développement de Fonctions optiques pour les Transmissions à très haut débit dans le Réseau coeur et porte sur la génération de sources optiques fibrées très hautes cadences et la caractérisation de fibres optiques microstructurées en verre de Chalcogénure. A cet effet, nous étudions les caractéristiques linéaires et non-linéaires au sein de fibres microstructurées en verre de chalcogénures conçue et réaliser via différentes collaborations dans le cadre du projet de l'ANR FUTUR. Pour cela un grand nombre de méthodes de caractérisations ont été mises au point donnant une comparaison entre une fibre SMF standard et ces fibres microstructurées chalcogénures. Par exemple, un montage interférométrique pour la mesure de la dispersion chromatique pour échantillon court, ou encore de nombreux banc expérimentaux permettant la caractérisation des propriétés non-linéaires de ces fibres (diffusion Raman, diffusion Brillouin, Coefficient non linéaire Kerr...). La seconde partie de ce mémoire présente la mise au point de méthode de conversion d'un battement sinusoïdal en un train d'impulsions hautement cadencé. Il est montré dans ce manuscrit que cette technique a été exploitée au plus prêt de ses limites, par l'obtention d'impulsions extrêmement courtes et par des débits très élevés. Les trains d'impulsions à très hautes cadences ont été caractérisés par un dispositif expérimental SHG-FROG. Une démonstration de la multiplication du débit par deux a été démontrée par l'effet Talbot. / This memory of thesis s' registered voter in the context of the FUTUR project financed by l'ANR and concerning the development of optical finctions fot the high bit-rate transmissions in the Network heart and carries on very high rates optical fibers sources generation and the optical chalcogenide microstructured fiber charaterization. For this purpose, we study the linear and non-linear characteristics of microstructured chalcogenide fibers conceived and realized in various collaborations within the framework of the ANR FUTUR project. For that a great number of characterizations methods were developed giving a comparison between a standard single mode fiber and there microstructured chalcogenide fibers. For exemple, an interferometric setup for the chromatic dispersion measurement for short sample, or many experimental setup allowing the nonlinear properties characterizations as of these fibers (Raman scattering, nonlinear Kerr Coefficient). The second part of this memory presents the settling of sinusoidal beat conversion into a high bit rate generation method. It is shown in this manuscript that this technique was exploited with readiest of its limits, by obtaining extremely short pulses and by very high bit-rate. The pulses train at very high rates were characterized by an experimental device SHG-FROG. A demonstration of the multiplication of the bit-rate by two at summer shown by Talbot effect.

Les capteurs distribués à fibre optique (aussi nommés DAS) sont une nouvelle technologie d'acquisition sismique qui utilise des câbles traditionnels à fibre optique pour fournir une mesure de la déformation le long du câble. Ce système d'acquisition est largement utilisé dans les profils sismiques verticaux (PSV). Le couplage est un facteur clé qui a une grande influence sur la qualité des données. Alors que, pour les acquisitions PSV, les géophones sont attachés à la paroi du puits, le câble de fibre optique est soit cimenté derrière le tubage, soit attaché avec des pinces rigides au tubage ou simplement descendu dans le puits. Cette dernière stratégie de déploiement donne généralement le plus petit rapport signal sur bruit, mais est considérée comme la plus rentable en particulier pour les installations dans des puits existants. Cette thèse porte sur la problématique du couplage du DAS quand le câble est simplement descendu dans le puits. Nous développons des modèles numériques pour analyser les données réelles. L'interprétation de ces résultats nous permet de conclure qu'un contact immédiat du câble avec la paroi du puits avec une force de contact calculée est nécessaire pour fournir des bonnes conditions de couplage. Sur la base de ces résultats, nous proposons des solutions pour optimiser davantage les acquisitions avec le système DAS. Nous modifions numériquement la force de contact et les propriétés élastiques du câble DAS et démontrons comment ces modifications peuvent améliorer mais aussi détériorer la qualité des données. Enfin, nous proposons un algorithme de détection du couplage qui permet d'assurer l'acquisition de données réelles avec un rapport signal / bruit élevé. / Distributed Acoustic Sensing (DAS) is a new technology of seismic acquisition that relies on traditional fibre-optic cables to provide inline strain measurement. This acquisition system is largely used in vertical seismic profiling (VSP) surveys. Coupling is a key factor influencing data quality. While geophones and accelerometers are clamped to the borehole wall during VSP surveys, the fibre cable is either clamped and then cemented behind the casing, or attached with rigid clamps to the tubing, or loosely lowered into the borehole. The latter deployment strategy, also called wireline deployment, usually acquires the lowest level of signal but is regarded as the most cost-effective in particular for existing well installations. This PhD thesis addresses the problematic of coupling of DAS using wireline deployment. We develop numerical models that are used to analyse real data. The interpretation of these results allows us concluding that an immediate contact of the cable with the borehole wall with a computed contact force is required to provide good coupling conditions. Based on those findings, we propose solutions to further optimise DAS acquisitions. We numerically modify the contact force and the elastic properties of the DAS cable and show how these modifications can improve but also deteriorate data quality. Finally, we propose a coupling detection algorithm that is applied to real datasets and allows ensuring the acquisition of data with a high signal-to-noise ratio.

Les oscillateurs sont présents dans tous les systèmes de communications que nous utilisons. Ils nous permettent de faire la synchronisation entre l’émetteur et le récepteur d’un message. La qualité de cette synchronisation dépend de la stabilité de l’oscillateur. Afin de caractériser cette stabilité dans le domaine fréquentiel, le bruit de phase est utilisé comme paramètre de référence. Un oscillateur qui délivre un signal avec une faible valeur de bruit de phase est un oscillateur de grande pureté spectrale. Les oscillateurs électroniques ont une bonne performance à basse fréquence. En mesure de la demande des systèmes de très haut débit, les oscillateurs électroniques ne sont pas capables de produire signaux qu’avec l’utilisation de multiplicateurs de fréquence qui ajoutent plusieurs éléments à la chaine de communication. Les systèmes hybrides permettent de prendre d’avantage la bonne performance de composants optiques en haute fréquence afin de les intégrer dans les systèmes électroniques et surmonter de cette façon-là les limitations fréquentielles des systèmes électroniques. Ce travail vise l’utilisation de la technique de verrouillage optique par injection du faisceau d’un laser maître vers la cavité d’un VCSEL sous modulation directe dans la boucle d’oscillation. La technique du verrouillage optique du VCSEL permets d’élargir la bande passante de modulation directe du VCSEL et réduire son bruit d’intensité (Relative Intensity Noise - RIN). La réduction du RIN a comme effet secondaire la réduction de la contribution du bruit additif dans l’oscillateur et, en conséquence, la réduction du bruit de phase de l’oscillateur. / Oscillators are present in all telecommunication systems. They synchronize the emitter and receiver of a message. The quality of the synchronization depends on the oscillator stability. To characterize the frequency domain oscillator stability, the phase noise of the carrier is used as figure of merit. An oscillator delivering a low phase noise carrier is a high spectral purity oscillator. Electronic oscillators are high performing at low frequencies. As communications systems require high data rate transmission, the electronic oscillators uses frequency multipliers that degrades the spectral purity of the carrier. The hybrid systems take advantage of the good performance of optical components at high frequency with the goal to be integrated in the electronic systems to overcome frequency limitation issues. This work use the optical injection locking technique by injecting the laser beam of a master laser inside the cavity of a VCSEL under direct modulation. The optical injection locking technique enlarges the direct modulation bandwidth of the VCSEL and reduces the Relative Intensity noise of the laser (RIN). The RIN reduction has as side effect the reduction of the additive noise inside the oscillator and, in consequence, reducing the oscillator phase noise.

Des méthodes de modulation et de détection de la lumière originales ont été étudiées afin d’améliorer la performance des systèmes de transmission optique longue distance. Des formats de modulation multiplexés en polarisation, utilisant plusieurs niveaux de phase ont été étudiés en particulier. La détection cohérente associée à un traitement numérique du signal a également été choisie au niveau de la réception afin d’optimiser la performance du système. Cela permet notamment de compenser de façon très efficace les distorsions linéaires introduites par la propagation dans le fibre optique, telles que la dispersion chromatique et la dispersion modales de polarisation. Après propagation sur grande distance, le rapport signal à bruit devient une limitation importante. L’autre limitation provient des interactions non linéaire entre la lumière et la fibre optique qui limitent la puissance maximale que l’on peut injecter dans la fibre optique.La première transmission multiplexée en longueur d’onde sur grandes distances (>1000km) utilisant la détection cohérente a notamment été démontrée.Afin de minimiser l’impact de ces effets non linéaires, différentes stratégies ont été proposées et investiguées. L’impact du multiplexage de polarisation a notamment été quantifié dans des configuration où la dispersion chromatique de la fibre est compensée régulièrement dans la liaison et dans le cas où elle n’est compensée qu’en fin de liaison de façon numérique.La proposition d’utiliser un format de modulation à 2 niveaux de phase ainsi que les algorithmes permettant de le détecter ont été fait. Le gain de performance obtenu par rapport à la solution conventionnelle à 4 niveaux de phase a été montré.Au débit de 100Gb/s, la démonstration de la première transmission sur des distances transocéanique a également été faite.Ces travaux de recherche ont été notamment utilisés pour définir puis développer des produits Alcatel-Lucent qui sont maintenant commercialisés, à 40Gb/s en utilisant un format de modulation multiplexé en polarisation à deux niveaux de phase, et à 100Gb/s en utilisant un format multiplexé en polarisation à quatre niveaux de phase. / Modulation and detection methods have been studied to improve the performance of optical long distance communication systems. Polarization division multiplexed modulation and multilevel phase modulation format have been evaluated. Coherent detection associated with digital signal processing has been selected at the receiver side to optimize system performance. This receiver design allows especially to compensate linear distortions induced by fiber optics propagation very efficiently. After long distance propagation, optical signal to noise ratio is a major limitation. The other main limitation comes from non linear interactions of light and fiber optics which put a limit on the maximum power to be injected within fiber optics.The first wavelength division multiplexed transmission over long distances (>1000km) using coherent detection has been demonstrated.Various strategies have been proposed to minimize the impact of non linear effect. The impact of polarisation multiplexing has been quantified in configuration where chromatic dispersion is either regularly optically compensated within the line or digitally compensated at the receiver end.The proposition to use a polarization multiplexed format using only 2 phase levels as well as the algorithms capable to detect them has been done. The performance gain obtained compared to the convention solution using 4 phase levels has been demonstrated.At 100Gb/s bit rate, the demonstration of the first transmission over trans-oceanic distance has also been done.These research work have been used to define and then develop Alcatel-Lucent products which are now commercialized, at 40Gb/s by using a polarization multiplexed and 2 phase levels modulation format, and at 100Gb/s by using a polarization multiplexed 4 phase levels format.