Ce travail porte sur la conception et la réalisation de photodiodes UTC en GaInAs/InP pour la détection de fortes puissances optiques jusqu'à 20 GHz. La solution choisie est une photodiode à éclairage par la face arrière compatible avec un report flip-chip sur des lignes hyperfréquences. La première partie de cette étude consacrée à l'optimisation simultanée de la bande passante et de la responsivité a mis en avant l'importance de la conception de l'absorbant et du collecteur. En particulier, l'introduction d'un champ électrique statique dans l'absorbant grâce à un graduel de dopage est essentielle pour atteindre simultanément une responsivité élevée (0,8 A/W à l,55 µm) et une large bande passante = 20 GHz sous fort photocourant). Dans un second temps, l'analyse des mécanismes de saturation a permis de dégager les principaux axes d'optimisation sous forte puissance: la réduction de la dépolarisation de la jonction, l'atténuation des effets de charge d'espace et l'amélioration de la dissipation thermique. Ainsi, une nouvelle structure de collecteur à dopage non uniforme est proposée. Elle permet de repousser les limites de saturation de la photodiode et permet d'atteindre des courants = 100 mA à 20 GHz, au meilleur niveau de l'état de l'art. Enfin, une étude théorique et expérimentale de la linéarité des photodiodes UTC de puissance est présentée. Les photodiodes développées montrent une excellente linéarité atteignant des points d'interception d'ordre 3 (IP3) de 35 dBm à 20 GHz faisant de ces composants de très bons candidats pour les liaisons optiques/hyperfréquences à large dynamique. / This work focuses on the design and fabrication of GaInAs/InP Uni-Traveling-Carrier (UTC) Photodiodes (PDs) for high optical power detection up to 20 GHz. The selected solution consists of a back-side ilIuminated PD compatible with flip-chip mounting on microwave transmission lines. The first section of this study is dedicated to the optimisation of both bandwidth and responsivity, simultaneously. It demonstrates how important the design of absorption and collection layers is. ln particular, the introduction of a static electric field in the absorption layer, owing to a graduaI doping, is essential to achieve, simultaneously, a high responsivity (0.8 A/W at 1.55 µm) and a large bandwidth (= 20 GHz under high photocurrent). Secondly, the saturation mechanisms in a UTC structure are analysed. Reducing the junction bias variation, mitigating the space charge effects and enhancing the heat power dissipation are demonstrated to be the main axes for design optimization under high power. Therefore, a new design of a non-uniformly doped collector is proposed. It reduces saturation limitations and leads to state-of-the-art saturation current =100 mA at 20 GHz. FinaIly, a theoretical and experimental study of high power UTC-PDs linearity is presented. The developed PDs show a high linearity and achieve third order intercept points (IP3) op to 35 dBm at 20 GHz, which makes them good candidates for analog photonic links that need a high dynamic range.

Le plus grand défi pour le déploiement des systèmes de télécommunications basés sur les Liaisons Optiques Atmosphériques (LOA) reste sans doute la limite de leurs performances dans différentes conditions météorologiques et plus particulièrement en présence de brouillard. L'intérêt porté actuellement à ce type de liaisons nous a amené à étudier et à comprendre les effets des différentes conditions météorologiques (pluie, neige, brouillard, etc.) sur la propagation du rayonnement laser dans l'atmosphère. Les performances des LOA dépendent fortement de la longueur d'onde utilisée. En fonction de cette dernière, on cherchera à déterminer, à comprendre et à optimiser les effets de l'atmosphère sur la transmission en espace libre.<br />Pour les ondes optiques visibles et infrarouges, gamme dans laquelle opèrent les LOA, le brouillard joue un rôle prépondérant dans la dégradation de la transmission. L'objet de ce travail porte plus particulièrement sur l'étude de l'effet du brouillard sur les performances des LOA.<br />Nous rappelons, dans un premier temps, l'intérêt des LOA ainsi que leurs implications dans le monde des télécommunications d'aujourd'hui. Nous étudions ensuite la problématique, les défis et les facteurs environnementaux rencontrés par ce type de liaisons et nous exposons les différents modèles empiriques et théoriques existant dans la littérature permettant d'évaluer l'atténuation des ondes optiques en présence de brouillard. <br />Dans un second temps, nous décrivons les propriétés optiques du brouillard à partir de la théorie de diffusion de Mie en fonction de la distribution de la taille de particules. Nous investiguons sous FASCODE les performances des systèmes laser en présence de deux types de brouillard (advection et convection) ainsi qu'à partir d'autres distributions de taille de particules disponibles dans la littérature. Les coefficients d'extinction en fonction de la longueur d'onde (0.4 à 15 µm), pour différentes distributions de taille de particules, sont comparés afin de vérifier la capacité des modèles de brouillard de FASCODE à représenter la variété des types de brouillards existant dans la nature. Nous portons plus particulièrement notre attention sur quelques raies laser utilisées dans les liaisons optiques atmosphériques.<br />A partir de ces résultats, nous avons établi des formules de transmission rapides pour ces longueurs d'onde qui nous permettent de prédire l'atténuation atmosphérique en fonction de la visibilité sans avoir recours aux codes de calcul usuels. Ainsi, un modèle d'atténuation pour le rayonnement laser dans la bande spectrale 0.69 à 1.55 µm sera proposé. Ce modèle est valide pour deux types de brouillard (advection et convection) et pour des visibilités qui varient entre 50 et 1000 m. En effet, le paramètre "visibilité" est mesuré facilement et archivé à partir des stations météorologiques ou des aéroports, ce qui permet une évaluation géolocale des performances de ces systèmes de télécommunication.<br />Dans un troisième temps, nous présentons le logiciel développé à FT R&D, basé sur le modèle d'atténuation que nous avons établi, qui permet de prédire la qualité de service d'une liaison LOA. Une comparaison de la disponibilité réelle d'une liaison (Graz en Autriche) et de la disponibilité prédite à partir de ce logiciel, a permis sa validation.<br />Finalement, la dernière partie de ce travail concerne une série d'expériences en milieu naturel sur plusieurs liaisons optiques. Nous avons comparé le comportement de deux systèmes laser opérant à 3 longueurs d'onde différentes (650, 850 et 950 nm) dans un même canal de propagation et dans les mêmes conditions météorologiques. Nous avons pu valider notre modèle théorique et montrer qu'il apportait une amélioration dans la prévision des mesures de transmission par rapport aux modèles existant dans la littérature et couramment employés.

Cette thèse porte sur l’optimisation des stratégies de reroutage dans les réseaux de télécommunications. Plus précisément, l’objectif est de proposer ou d’adapter des mécanismes permettant de router le trafic du réseau après une panne partielle, c’est-à-dire, après une baisse de la bande passante d’un ou plusieurs liens du réseau, tout en minimisant le coût de dimensionnement du réseau. Nos contributions principales sont la proposition de deux stratégies de protection/routage nommée Flow Thinning et Elastic Flow Rerouting. La thèse est organisée en trois parties. Dans la première partie, nous présentons la problématique de la thèse avant de passer en revue les stratégies de protection et reroutage de la littérature, leur modélisation et méthode de résolution. La deuxième partie présente en détails la première stratégie de protection appelée Flow-Thinning. Cette stratégie gère les pannes partielles en diminuant la bande passante de certain flots qui passent par le ou les arc(s) perturbés. Cela implique un surdimensionnement du routage nominal permettant d’assurer le trafic en cas de perturbations. La troisième et dernière partie concerne la deuxième stratégie de routage dénommée Elastic Flow Rerouting. Cette stratégie est un peu plus complexe que la première dans le sens où, en cas de panne, une distinction est faite entre les demandes perturbées ou non. Si une demande est perturbée, elle peu augmenter le trafic sur ces chemins. Si elle ne l’est pas, elle peut libérer de la bande passante sous la condition qu’elle ne devienne pas perturbée à son tour. Notons que ces deux stratégies sont assez difficiles du point de vue de leur complexité. Cette thèse a fait l’objet de divers travaux écrits : trois articles (acceptés ou en révision) dans des journaux (Fouquet et al. (2015b), Pióro et al. (2015), Shinko et al. (2015)), deux articles invités (Fouquet and Nace (2015), Fouquet et al. (2014c)) et huit articles dans des conférences internationales (Fouquet et al. (2015a; 2014d;a;b;e), Pióro et al. (2013b;a), Shinko et al. (2013)). Notons que Pióro et al. (2013b) a reçu le "Best Paper Award" de la conférence RNDM 2013. Pour finir, notons que cette thèse a été réalisée au laboratoire Heudiasyc de l’Université de Technologie de Compiègne (UTC). Elle a été financée par le Ministère de l’enseignement et de la recherche français3 avec le soutien du labex MS2T4 de l’UTC. / This thesis summaries the work we have done in optimization of resilient communication networks. More specifically, the main goal is to propose appropriated recovery mechanisms for managing the demand traffic in a network under partial failures, i.e. when some part of the network (one or some links and/or nodes) is operational with reduced capacity. The main criterion in deciding the efficiency of the proposed recovery scheme is the dimensioning cost of the network while keeping the management cost at reasonable levels. Our main contribution is the design of two restoration strategies named Flow Thinning and Elastic Flow Rerouting. This document is organized in three main parts. In the first part, we present the problematic of the thesis. It includes an introduction on the protection and rerouting state-of-art strategies, together with their mathematical models and resolution methods. The second part presents in depth the first protection strategy named Flow Thinning. This strategy manages partial failures by decreasing appropriately the bandwidth on some flows routed through one of perturbed links. This implies overdimensionning of the network in the nominal state to ensure demand traffic in all failure states. The third and last part deals with the second rerouting strategy called Elastic Flow Rerouting. This strategy is a bit more complex than the first one because, in a failure state, we need to distinguish demands which are disturbed and the one which are not. If a demand is disturbed, it can increase the traffic on some of its paths. If it is not disturbed, it can release bandwidth on paths at the condition it remains non-disturbed. All this allows for further reducing the dimensioning cost but at a higher cost in terms of recovery process management. Note that the dimensioning problems for each strategy are shown to be NP-hard in their general form. The work of the thesis has been published in: three journal articles (Fouquet et al. (2015b), Pióro et al. (2015), Shinko et al. (2015)), two invited articles (Fouquet and Nace (2015), Fouquet et al. (2014c)) and height articles in international conferences (Fouquet et al. (2015a; 2014d;a;b;e), Pióro et al. (2013b;a), Shinko et al. (2013)). Note that Pióro et al. (2013b) has been rewarded by a "Best Paper Award" from the RNDM conference. To conclude, note that this thesis was realized in the Heudiasyc laboratory, from the Université de Technologie de Compiègne (UTC). It was financed by the French Ministry of Higher Education and Research1 with the support of the Labex MS2T2 of the UTC.

Le développement de systèmes IRM à plus haut champ magnétique statique s'est accompagné d'une interrogation légitime concernant l'effet des champs électromagnétiques RF sur les patients. L'effet peut être renforcé par l'introduction d'éléments conducteurs à l'intérieur de la bobine RF comme c'est le cas pour les capteurs endoluminaux utilisés pour l'analyse des parois digestives. Ces capteurs entraînent des risques d'échauffements locaux élevés pour le patient en raison du TAS local induit par le champ électrique RF en présence d'un fil conducteur. Ces capteurs ayant le potentiel de présenter un bénéfice pour le patient, il est nécessaire de s'affranchir de ces limitations. Le premier objectif de la thèse est le développement d'un capteur endoluminal à liaisons optiques. Un dispositif de découplage actif optique a été développé et caractérisé. Les images RMN in vitro montrent une distribution du RSB comparable au découplage classique, validant ainsi l'efficacité du découplage optique. Concernant la transmission optique du signal RMN, des travaux ont été réalisés afin de s'affranchir des contraintes liées à l'utilisation d'un guide d'onde pour la conversion électro-optique par effet Pockels. Le capteur a été rendu plus compact. En revanche, l'importance de contrôler le TAS local dans des conditions expérimentales données demeure un besoin ne s'arrêtant pas à ceux des capteurs endoluminaux. Le second objectif est donc la validation expérimentale d'une sonde électro-optique pour la mesure du champ électrique RF durant un examen IRM. Cette sonde a permis d'effectuer des mesures du champ électrique dans l'air et dans différents milieux biologiques à 3 T et 4,7 T et estimer le TAS local / The recent advancement in MRI systems and the increase of the static magnetic field strength were accompanied by a strong concern about the effect of RF electromagnetic fields on patients. The effect can be increased by the use of conductive elements inside the volume coil as in the case of endoluminal coils used to analyze digestive walls. These coils lead to an increase of the local SAR which is induced by RF electric field in the presence of the coaxial cable connecting the coil to the MR system, resulting in strong local heating. Giving that these coils have the potential to present a real benefit to the patient, it worth to overcome these limitations. Accordingly, the first objective of the thesis is the development of a fully optical endoluminal receiver coil. An optical active detuning system has been developed and characterized. The NMR images show a signal-to-noise ratio distribution similar to that obtained with conventional detuning techniques, thus validating the efficiency of the optical detuning. Concerning the electro-optical conversion and the optical transmission of the NMR signal, experiments were performed to overcome constraints related to the use of waveguide for electro-optical conversion by Pockels effect. Moreover, the importance of monitoring global and local SAR during MRI exams remains a need which is not limited only to the endoluminal coils. The second objective of the thesis is then the experimental validation of an electro-optical probe for real-time measurements of RF electric field. This probe can measure the RF electric field in air and in biological media at 3 T and 4.7 T MRI systems and allows the estimation of the local SAR