« Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Télécom ParisTech, Paris, France » / L’échange d’informations est devenu une question de première importance et les systèmes optiques leur réponse. En effet, ils permettent de proposer des liens de communication pouvant contenir un flux toujours grandissant de données. Si le développement des liaisons intercontinentales reste au centre de toutes les attentions, la question de la connexion de réseaux plus modestes n’est pas à négliger, tant les notions de centre de données ou de stockage sur le « nuage » prennent de l’ampleur. En particulier, la longueur du lien de transmission joue un rôle central dans la question du coût énergétique. En effet, si pour couvrir de grandes distances, les réseaux optiques doivent se munir de structures robustes, capables de juguler ce flot, les liens courte distance peuvent quant à eux se dispenser de ces éléments onéreux. Pour répondre à ces besoins, cette thèse aborde la problématique des diodes lasers à modulation directe (DML) lesquelles figurent parmi les concurrents les plus incontournables pour les liens courte distance. Ces émetteurs de petite taille brillent notamment par leur faible coût ainsi que par leur facilité d’implémentation dans une chaine de transmission optique et une consommation énergétique - par bits transmis – plus faible que les transmetteurs exploitant la modulation externe. Néanmoins, la modulation directe de la lumière impacte fortement la bande passante de transmission et par conséquent le débit binaire maximal atteignable. Dans cette thèse, nous proposons d’explorer de nouvelles architectures de DMLs à capacité de transmission augmentée compatibles avec des débits supérieurs à 50 Gbps. Dans ce but, deux axes d’étude ont été privilégiés. Le premier repose sur une nouvelle structure DML exploitant des effets non-linéaires combinés comme le levier de gain et l’injection optique. Les simulations révèlent d’excellents résultats avec des bandes passantes prometteuses > 85 GHz et un diagramme de l’œil toujours ouvert à 40 Gbps. De plus, il est démontré que l’utilisation conjointe du levier de gain et de l’injection optique renforce la résistance aux phénomènes de compression du gain et de dérive de fréquence (chirp) garantissant ainsi une utilisation stable du DML dans un système de transmission. Le deuxième axe de la thèse se polarise sur l’étude de transmetteurs dont le volume de cavité se rapproche de la limite de diffraction. Les résultats montrent que le contrôle de l’émission spontanée est un élément vital pour diminuer substantiellement les puissances consommées tout en conservant une bonne dynamique de modulation. Le seuil optique étant atteint avant que le milieu ne soit totalement inversé (seuil électrique), les niveaux de courants de polarisation utilisés sont très faibles, typiquement <1 mA. Pour des dimensions de cavités proches de celles des structures verticales à émission par la surface (VCSELs), des bandes passantes de plus de 60 GHz sont obtenues. En transmission, les mésolasers apparaîssent comme les meilleurs candidats pour la modulation directe avec des diagrammes de l’œil permettant une décision à plus de 50 Gbps pour un courant de 6 mA. Lorsque le volume de cavité devient inférieur à la limite de diffraction (nanolaser), l’émetteur optique ne permet plus de conserver une dynamique de modulation efficace et une transmission compétitive. Couplés aux techniques de traitement de signal déjà employées pour la modulation directe, ce travail montre que les nouveaux composants DML susmentionnés possèdent des capacités d’opération exaltées (> 50 Gbps) ce qui en font d’excellents candidats pour les liens courte distance. / Development of ultrafast chips operating at speeds exceeding 100 Gbps is of paramount importance for increasing the transmission capacity of fiber-based networks, directly impacting G5 wireless networks, internet, local area networks, metropolitan area networks, and long-haul backbones, thus bringing closer the concept of networked society. Although complex modulation formats combined with digital signal post-processing are usually preferred to reach ultra-high modulation bandwidth, the long latency introduced by electronic processing results in a severe communication bottleneck. To this end, direct-detection systems implemented with directly modulated semiconductor lasers remain promising candidates as sources of high-speed intensity modulated signals thanks to their low-cost, well-established fabrication, compactness and most importantly their low energy consumption - by transmitted bits – much lower than transmitters using external modulation of light. In order to improve the performance and capacity of optical networks, it is necessary to enhance the modulation efficiency and 3-dB electro-optical bandwidth of optical transmitters without increasing their intensity noise and inducing excessive frequency chirp as well as intrinsic parasitic effects driven by nonlinear gain suppression or carrier transport delay. In order to improve the modulation characteristics, this PhD thesis explores new architectures of directly modulated lasers with increased transmission capacities compatible with high-speed operations at 50 Gbps and beyond. For this purpose, we first study a new DML exploiting combined non-linear effects such as gain lever and optical injection. Simulations reveal excellent results with promising bandwidths> 85 GHz and an eye diagram still open at 40 Gbps. In addition, it is demonstrated that the joint use of the gain lever and the optical injection greatly enhances the resistance to the gain compression and strongly lowers the frequency chirping making such a DML highly robust in a transmission system environment. The second axis of the thesis is focused on the modulation dynamics of optical transmitters whose cavity volume is closer to the diffraction limit. In such lasers in which the spontaneous emission rate is strongly enhanced, the optical threshold occurs before themedium is totally inverted (electrical threshold e.g. clamping condition). As a consequence, simulations show that nanolasers with cavity volumes below the diffraction limit can operate with extremely low injected currents (<<1 mA) which is desirable for reducing power consumption however without great performance at high-speeds. On the contrary, mesolasers with cavity sizes similar to that of surface-emitting vertical structures (VCSELs) are found to be the best candidates for high-speed operation with 3-dB electro-optics bandwidths as large as 60 GHz and an eye diagram allowing a decision at 50 Gbps for a current of 6 mA. Coupled with the signal processing techniques already employed for direct modulation, this work shows that the aforementioned directly modulated lasers have exalted operating capabilities (>50 Gbps) making them excellent candidates for short-reach communications.

Les communications optiques basées sur la photonique sur silicium (SiP) sont au centre des récents efforts de recherche pour le développement des futures technologies de réseaux optiques à haut débit. Dans cette thèse, nous étudions le traitement numérique du signal (DSP) pour pallier aux limites physiques des modulateurs Mach-Zehnder sur silicium (MZM) opérés à haut débit et exploitant des formats de modulation avancés utilisant la détection cohérente. Dans le premier chapitre, nous présentons une nouvelle méthode de précompensation adaptative appelée contrôle d’apprentissage itératif par gain (G-ILC, aussi utilisé en linéarisation d’amplificateurs RF) permettant de compenser les distorsions non-linéaires. L’adaptation de la méthode G-ILC et la précompensation numérique linéaire sont accomplies par une procédure « hardware-in-the-loop » en quasi-temps réel. Nous examinons différents ordres de modulation d’amplitude en quadrature (QAM) de 16QAM à 256QAM avec des taux de symboles de 20 à 60 Gbaud. De plus, nous combinons les précompensations numériques et optiques pour contrevenir surmonter les limitations de bande-passante du système en régime de transmission haut débit. Dans le second chapitre, inspiré par les faibles taux de symbole du G-ILC, nous augmentons la vitesse de transmission au-delà de la limite de bande-passante du système SiP. Pour la première fois, nous démontrons expérimentalement un record de 100 Gbaud par 16QAM et 32QAM en transmission consécutive avec polarisation mixte. L’optimisation est réalisée sur le point d’opération du MZM et sur la DSP. Les performances du G-ILC sont améliorées par égalisation linéaire à entrées/sorties multiples (MIMO). Nous combinons aussi notre précompensation non-linéaire innovante avec une post-compensation. Par émulation de la polarisation mixte, nous réalisons un taux net de 833 Gb/s avec 32QAM au seuil de correction d’erreur (FEC) pour une expansion en largeur de bande de 20% et 747 Gb/s avec 16QAM (une expansion en largeur de bande de 7% du FEC). Dans le troisième chapitre, nous démontrons expérimentalement un algorithme de précompensation numérique basé sur une table de consultation (LUT) unidimensionnelle pour compenser les non-linéarités introduites à l’émetteur, e.g. réponse en fréquence non-linéaire du MZM en silicium, conversion numérique-analogique et amplificateur RF. L’évaluation est réalisée sur un QAM d’ordre élevé, i.e. 128QAM et 256QAM. Nous examinons la diminution en complexité de la LUT et son impact sur la performance. Finalement, nous examinons la généralisation de la méthode de précompensation proposée pour des jeux de données différents des données d’apprentissage de la table de consultation. / Optical communications based on silicon photonics (SiP) have become a focus of the recent research for future high speed optical network technologies. In this thesis, we investigate digital signal processing (DSP) approaches to combat the physical limits of SiP Mach-Zehnder modulators (MZM) driven at high baud rates and exploiting advanced modulation formats with coherent detection. In the first section, we present a novel adaptive pre-compensation method known as gain based iterative learning control (G-ILC, previously used in RF amplifier linearization) to overcome nonlinear distortions. We experimentally evaluate the G-ILC technique. Adaptation of the G-ILC, in combination with linear digital pre-compensation, is accomplished with a quasireal- time hardware-in-the-loop procedure. We examine various orders of quadrature amplitude modulation (QAM), i.e., 16QAM to 256QAM, and symbol rates, i.e., 20 to 60 Gbaud. Furthermore, we exploit joint digital and optical linear pre-compensation to overcome the bandwidth limitation of the system in the higher baud rate regime. In the second section, inspired by lower symbol rate G-ILC results, we push the baud rate beyond the bandwidth limit of the SiP system. For the first time, we experimentally report record-breaking 16QAM and 32QAM at 100 Gbaud in dual polarization back-to-back transmission. The optimization is performed on both MZM operating point and DSP. The G-ILC performance is improved by employing linear multiple input multiple output (MIMO) equalization during the adaptation. We combine our innovative nonlinear pre-compensation with post-compensation as well. Via dual polarization emulation, we achieve a net rate of 833 Gb/s with 32QAM at the forward error correction (FEC) threshold for 20% overhead and 747 Gb/s with 16QAM (7% FEC overhead). In the third section, we experimentally present a digital pre-compensation algorithm based on a one-dimensional lookup table (LUT) to compensate the nonlinearity introduced at the transmitter, e.g., nonlinear frequency response of the SiP MZM, digital to analog converter and RF amplifier. The evaluation is performed on higher order QAM, i.e., 128QAM and 256QAM. We examine reduction of LUT complexity and its impact on performance. Finally, we examine the generalization of the proposed pre-compensation method to data sets other than the original training set for the LUT.

L'œil est un organe complexe quotidiennement exposé au rayonnement électromagnétique ambiant. Les fonctions sensorielles uniques qu'il assure nécessitent l'acheminement spécifique d'une portion de ce rayonnement, la lumière, jusqu'à la rétine tapissant son fond. À cette fin, le chemin optique est constitué de différents tissus caractérisés par leur remarquable capacité à absorber ou transmettre des longueurs d'onde définies. L'absorption de longueurs fortement énergétiques s'accompagne néanmoins d'un risque de toxicité susceptible de compromettre l'intégrité et la santé des tissus absorbants. Tel est notamment le cas des rayons ultraviolets de type B ou UVB (rayons les plus énergétiques atteignant la surface oculaire en conditions normales). Les effets dommageables des UVB ont été documentés et découlent principalement de processus photochimiques directs. Il est de plus en plus reconnu que deux autres domaines du spectre électromagnétique ambiant, les UVA et la lumière bleue visible à haute énergie (HEV), disposent d'un potentiel significatif de toxicité pour les tissus oculaires. Toutefois, les fondements de cette nocivité sont mal compris. Les UVA, absorbés par la cornée et le cristallin, et la lumière HEV, absorbée au niveau de la rétine, se démarquent par une grande capacité à causer un stress oxydatif, à travers des processus indirects largement dépendants de la présence d'oxygène et de photosensibilisateurs adéquats dans les tissus absorbants. Plusieurs évidences lient leur toxicité à ce stress oxydatif, mais les événements moléculaires sous-tendant ce lien restent à définir. L'objectif global des travaux présentés dans cette thèse était donc d'identifier les déterminants de la toxicité tissulaire reliés à l'effet pro-oxydant de ces rayons. Bien que majoritairement absorbés par le cristallin, la cornée filtre une portion significative des rayons UVA parvenant à la surface oculaire et les conséquences de cette filtration sont très peu documentées. Le premier volet de nos travaux s'est donc penché sur les conséquences précoces d'une exposition de la cornée à ces rayons. L'exposition d'yeux de lapins aux UVA a permis de confirmer que ceux-ci induisent de nombreux phénomènes d'oxydation tout le long du tissu cornéen. Nous avons décrit les altérations moléculaires immédiates causées par ces phénomènes et leur profil de distribution à travers les trois couches cellulaires cornéennes (épithélium, stroma et endothélium). Nous avons ainsi déterminé que dans sa configuration native, la sensibilité aux dommages et la réponse de la cornée aux UVA ne sont pas uniformes d'une région à l'autre du tissu. Par exemple, alors que l'épithélium subit d'importantes altérations moléculaires en réponse à l'exposition, ses cellules limitent efficacement les manifestations immédiates de la toxicité des UVA par des mécanismes compensatoires. En contraste, l'endothélium à la surface postérieure de la cornée, présente une grande susceptibilité à une toxicité immédiate, et l'oxydation induite par une exposition prolongée aux UVA pose un risque particulier pour sa santé. Le second volet visait à déterminer les mécanismes cellulaires mis en œuvre dans l'action toxique de la lumière HEV. Les données disponibles sur la toxicité oculaire de ce rayonnement montrent que celle-ci touche principalement l'épithélium pigmenté de la rétine (EPR) et repose sur une accumulation de photosensibilisateurs endogènes dans ce tissu avec l'âge. Nous avons toutefois identifié un photosensibilisateur exogène de la lumière HEV susceptible de s'accumuler dans l'EPR, l'indénopyrène (IcdP), un hydrocarbure aromatique polycyclique abondant dans la fumée de tabac. Par l'exposition de cellules d'EPR humain à l'IcdP et/ou la lumière HEV, nous avons mis en évidence une synergie toxique émanant de leur interaction. L'IcdP devient au moins 3000 fois plus cytotoxique en présence de doses sous-létales de lumière HEV, causant un stress oxydatif, des altérations structurelles et une mort cellulaire rappelant les événements dégénératifs observés dans la dégénérescence maculaire liée à l'âge (première cause de cécité chez les personnes âgées). L'étude des mécanismes derrière cette synergie révèle que l'interaction IcdP-lumière HEV induit une perte du contrôle synchrone des phases assurant le métabolisme normal du xénobiotique dans l'EPR, ce qui semble précipiter le déclin cellulaire. Nos travaux ouvrent la perspective que la toxicité de la lumière HEV pour l'EPR soit significativement modulée, entre autres, par le style de vie des individus et la pollution environnementale. En évaluant leur toxicité sous des angles nouveaux, cette thèse démontre que le caractère nocif des rayons UVA et de la lumière HEV pour les tissus oculaires est largement sous-estimé. / The eye, a complex organ, faces the ambient electromagnetic spectrum on a daily basis. Its unique sensory functions require the specific delivery of light, a small portion of that spectrum, to the retina, the inside lining of eye fundus. To achieve such specificity, the optical path is made up of different tissues, each showing a remarkable ability to absorb or transmit precise wavelengths. However, high energy wavelengths absorption is associated with a risk of toxicity, which might threaten the integrity of absorbing tissues. This is particularly true for ultraviolet B or UVB (most energetic naturally occurring radiation that reach the ocular surface). UVB deleterious effects have been documented and mainly arise from direct photochemical processes. There is now a growing consensus that UVA and high energy visible blue light (HEV), the wavelengths adjacent to UVB in the spectrum, hold a significant potential for ocular toxicity. However, the basis for such toxicity is poorly understood. UVA rays are absorbed by the cornea and the lens, while HEV light is absorbed by the retina. Both spectral regions are characterized by a strong ability to promote oxidative stress in target tissues through indirect oxygen-dependent processes that rely on the presence of specific photosensitizers in tissues. Several data show that oxidative stress correlates with the toxic effects induced by eye exposure to UVA or HEV light, but the molecular events underlying such correlation remain to be clarified. The overall goal of the work presented in this thesis was therefore to identify key oxidation-related determinants of UVA and HEV light toxicity for ocular tissues. Even if the lens absorbs the majority of UVA rays reaching the ocular surface, the cornea also filters out a significant part of these wavelengths, and there is very little information on the repercussion for the cornea. In the first section of my thesis, we thus sought to determine the early consequences of cornea exposure to UVA. Using UVA-irradiated rabbit eyes as a model, we confirmed the induction of numerous oxidation reactions through corneal entire thickness. We reported oxidatively generated molecular changes occurring in the cornea very shortly after exposure and we described their distribution within the three corneal cellular layers (epithelium, stroma and endothelium). We provide evidence that in corneal native conformation, damage susceptibility and responsiveness to UVA-induced oxidation vary from one layer to another. For example, while corneal epithelial cells are subjected to important modifications in response to UVA exposure, they efficiently limit the early manifestations of UVA-induced toxicity by using compensatory mechanisms. On the other hand, the endothelium, the posterior portion of the cornea, is more susceptible to UVA-induced immediate toxicity. Oxidation resulting from extended exposure of the cornea to UVA is therefore expected to pose a hazard to corneal endothelium integrity. The second section of my thesis aimed to define cellular mechanisms involved in HEV light toxic action. Available data in the literature show that HEV light ocular toxicity primarily affects retinal pigment epithelium (RPE) and relies on the age-related accumulation of endogenous photosensitizers in RPE cells. However, we have identified an exogenous HEV light photosensitizer, indenopyrene (IcdP), an important tobacco smoke derived polycyclic aromatic hydrocarbon, which may accumulate in RPE. Using IcdP and/or HEV light-exposed human RPE cells as a model, we highlighted a toxic synergy between IcdP and HEV light. IcdP is at least 3000 times more toxic for RPE cells when irradiated with sub-lethal amounts of HEV light. It then promotes degenerative changes comparable to those observable in age-related macular degeneration (the leading cause of irreversible vision loss among elderly people). These changes include oxidative stress, structural defects and apoptotic cell death. A study of the molecular processes underlying this synergy reveals that IcdP HEV light interaction results in loss of the tight coupling required between the two metabolic phases ensuring IcdP efficient detoxification in RPE. Such loss seems to precipitate cell deterioration. Our work raises the prospect that HEV light toxicity for RPE is significantly modulated, among other things, by lifestyle and environmental pollution. This thesis, addressing UVA and HEV light ocular toxicity from a new perspective, proves that their harmful nature in ocular tissues is largely underestimated

La diversité environnementale et l’intégration des qualités visuelles et thermiques de la lumière sont intimement liés à l’expérience du projet d’architecture ainsi qu’à sa performance énergétique. Plusieurs logiciels de simulation informatique ont été récemment développés afin de faciliter l’évaluation quantitative de l’éclairage naturel et de son impact sur l’environnement thermique. Cependant, très peu de recherches ont étudié le volet qualitatif de l’éclairage naturel en explorant simultanément le caractère lumineux et thermique de l’espace. Cette facette de l’architecture se manifeste par la conception matérielle du bâtiment (ouvertures, matériaux, etc.) et constituent un facteur déterminant de la perception spatiale par l’usager. Il est donc primordial pour le concepteur de maîtriser ces notions et de les appliquer dès les premières esquisses du projet. Il peut cependant s’avérer très complexe pour l’architecte de prévoir et d’évaluer «l’invisible» (i.e. l’environnement thermique) au moment de la conception. Les caméras infrarouges permettent désormais la lecture de l’environnement thermique et peuvent devenir un puissant outil pour qualifier et représenter les ambiances thermiques liées au rayonnement solaire en architecture. La représentation de la diversité des ambiances lumineuses et thermiques peut avoir un effet fort bénéfique au niveau de la compréhension et de l’évaluation de bâtiments existants et ainsi constituer une banque de précédents à consulter lors de la conception architecturale. La recherche propose d’explorer le potentiel de l’imagerie digitale (photographique et thermographique), combiné aux différents outils de conception et de représentation architecturale, afin de permettre la visualisation et l’analyse de la diversité environnementale des ambiances physiques au niveau spatial ainsi qu’au niveau temporel. Mots-clés : Diversité environnementale, lumière, thermique, architecture, caméra digitale, contraste, visualisation, représentation, modélisation, image numérique. / The energy efficiency of a building is closely linked to the experience of occupants in architecture. Architects neglecting the visual and thermal qualities of light during the preliminary phase of design can lead to occupants discomfort and deceiving energy performance of the building. Architects must integrate environmental diversity as a design criteria at the first stage of design. While the assessment of the quantitative aspect of light and heat has been widely explored, very few researchers investigated the combined visual and thermal qualities of light over space and time. Energy modeling softwares, which are often used in the design and construction industry, tend to rely on precise information such as the nature of all materials and need countless information to operate, which allows only experts to get a detailed insight on the visual and thermal behavior of a building. This also makes energy simulation modeling inadequate at the first stage of design since a lot of parameters are still unknown. We could therefore say that software simulation «validates» a design concept, but cannot help «generate» that concept. That being said, it can be difficult for designers to figure out how the «invisible» (i.e. the thermal environment) part of the physical environment varies without the involvement of software modeling. There is indeed a need for a new method, a new type of precedents in architecture, devoted to train the eye of the architects to predict, by intuitive thinking, the behavior of lighting and thermal patterns of daylighting in time and space. This research explores the potential of using photographic and thermographic cameras in conjunction with three-dimensional models for the representation and assessment of the quality of light and heat in existing buildings. Recent development in infrared thermal imagery now offers the opportunity to open up the invisible thermal aspect of space to architects, integrating three-dimensional modeling, a powerful tool for visualizing and representing building environments, widely used by architects. The correct representation of the dynamics of those ambiances can generate considerable benefits on the understanding and the assessment of existing buildings and thus set up an unlimited source of precedents to seek advice from during the design of a new construction. As tangible artifacts, they constitute material entities with which to interact and thereby develop knowledge. Keywords: Luminous and thermal diversity, architecture, digital imagery, contrast, visualization, representation, 3d modelling.

Cette recherche-création étudie le potentiel des espaces de transition à offrir une diversité d'ambiances lumineuses dans le parcours entre l'intérieur et l'extérieur. Le cadre théorique s'appuie principalement sur la conception biophilique, la diversité environnementale et la perception visuelle. Trois concepts qui sont mis en relation à travers une solution architecturale; l'espace de transition. L'espace architectural éclairé naturellement offre un environnement visuel diversifié qui varie au rythme des cycles naturels affectant la perception des occupants. Dans le parcours entre l'intérieur et l'extérieur, l'espace de transition, par son volume simple et sa fonction transitoire, offre une stratégie spatiale qui permet le contrôle de la lumière naturelle de manière à enrichir les qualités lumineuses des espaces et articuler le niveau de proximité entre l'extérieur et l'intérieur ; entre la nature et l'architecture. Le cadre d'expérimentation jumèle la simulation numérique et la simulation analogique comme outils d'exploration des ambiances lumineuses dans un parcours architectural à l'étape de conception. Une conception typologique a été privilégiée pour favoriser la transposition des stratégies proposées à différentes situations d'aménagement où les architectes doivent composer avec la relation intérieur-extérieur et le contrôle de la lumière naturelle. La simulation en maquette offre une approche itérative tactile et intuitive permettant de bâtir les séquences spatiales et de les photographier sous la lumière du soleil. Une méthode mixte d'analyse permet d'évaluer les ambiances lumineuses perçues à l'aide des images HDR de la maquette et des données du facteur lumière du jour par simulation. En somme, les résultats démontrent qu'une diversité lumineuse stimulante peut être générée par l'ajout de l'espace de transition éclairé naturellement et que ce type d'aménagement peut augmenter les opportunités de contact avec la nature. Cette recherche montre l'intérêt d'une expérimentation typologique en maquette et la pertinence d'une méthode mixte d'analyse pour établir un lexique d'évaluation des ambiances lumineuses selon les critères de design.

L'impact sur la perception de la qualité de la lumière du jour de trois vitrages de couleur différente (bleu, neutre, bronze) mais de transmission visuelle similaire a été étudié. Les participants (n= 36, âge moyen 23,8 ans) étaient assis avec le haut du corps dans une maquette à l'échelle 1:4, reproduisant un bureau composé de quatre murs et une fenêtre orientée sud-est. Lors des sessions d'évaluation, les participants devaient évaluer les conditions lumineuses de la pièce avec un questionnaire portant sur les facteurs suivants: le confort visuel; la naturalité; l'agréabilité; le niveau de précision des détails et textures; et le niveau de lumière. Les participants devaient également évaluer leur état d'éveil à l'aide d'une échelle de somnolence (KSS) au début et à la fin de chaque session. Les analyses par modèle mixte ont révélé des résultats significatifs pour les facteurs suivants: confort visuel (p= 0,015), agréabilité (p= 0,003 et p= 0,017 lorsque les résultats des questions écrites et orales étaient combinés), et le niveau de lumière (p= 0,044) en faveur du verre bronze par rapport au vitrage bleu et au neutre. Le vitrage neutre a également été préféré au bleu pour le facteur agréabilité (p= 0,021). Des test-t appariés réalisés à partir des évaluations de l'éveil des participants (KSS) indiquent une légère baisse du niveau d'éveil en présence du vitrage bleu. Généralement, il semble y avoir une nette préférence pour la lumière ambiante filtrée par un vitrage bronze, lorsque comparé à un vitrage bleu. / The impact on daylight quality perception, of three windows of similar visual transmittance but different colour (blue, neutral, bronze) was investigated. Participants (n=36, mean age 23.8 years) were seated with their upper body immersed in a scale model (1:4) replicating an office room composed of four walls and a changeable window (blue, neutral or bronze) oriented towards the south-east direction. On separate sessions (one for each window glazing), participants were asked to evaluate the luminous conditions in the room according to the following qualitative factors: visual comfort; naturality; pleasantness; precision (of details and textures); light level. Participants were also asked to evaluate their level of arousal using a sleepiness scale (KSS) at the beginning and end of each session. Mixed model analyses revealed statistically significant higher scores for the factors pleasantness (p=0,003 and p=0,017 when results from the oral and written questions were combined), comfort (p=0,015) and daylight quality (p=0,044) for the bronze window glazing compared to the blue and neutral glazing. The neutral glazing was also preferred over blue for pleasantness (p=0,021). Paired t-test analysis from the KSS results indicated a slight decrease in the level of arousal in presence of the blue glazing. Overall, the thesis shows that there appears to be a clear preference for ambient light filtered through bronze window glazing compared to blue window glazing.

Dans le but d'évaluer les effets d'une préparation photopériodique des béliers sur leurs performances de reproduction en contre-saison (printemps) et en saison sexuelle (automne), quatorze béliers Suffolk ont été répartis, en novembre, dans l'un des traitements suivants : LN) groupe témoin en lumière naturelle durant toute l'expérimentation; Photo) photopériode alternant 1 mois de jours longs et 1 mois de jours courts de novembre à septembre; Photo/LN) comme Photo de novembre à mai et lumière naturelle de mai à octobre. La circonférence scrotale, la qualité de la semence et la concentration sanguine de testosterone ont été évaluées toutes les deux semaines. Les résultats montrent l'influence positive de la préparation photopériodique des béliers sur la circonférence scrotale, la fertilité, mais surtout sur la productivité en contre-saison. De plus, l'application du traitement photopériodique en contre-saison seulement ne nuirait pas à la fertilité des béliers l'automne suivant.

Récemment, beaucoup d’efforts ont été investis afin de développer des modulateurs sur silicium pour les télécommunications optiques et leurs domaines d’applications. Ces modulateurs sont utiles pour les centres de données à courte portée et à haut débit. Ainsi, ce travail porte sur la caractérisation de deux types de modulateurs à réseau de Bragg intégré sur silicium comportant une jonction PN entrelacée dont le but est de réaliser une modulation de la longueur d’onde de Bragg par le biais de l’application d’un tension de polarisation inverse réalisant une déplétion des porteurs au sein du guide d’onde. Pour le premier modulateur à réseau de Bragg, la période de la jonction PN est différente de celle du réseau de Bragg tandis que le deuxième modulateur à réseau de Bragg a la période de sa jonction PN en accord avec celle du réseau de Bragg. Ces différences apporteront un comportement différent du modulateur impliquant donc une transmission de données de qualité différente et c’est ce que nous cherchons à caractériser. L’avantage de ce modulateur à réseau de Bragg est qu’il est relativement simple à designer et possède un réseau de Bragg uniforme dont on connaît déjà très bien les caractéristiques. La première étape dans la caractérisation de ces modulateurs fut de réaliser des mesures optiques, uniquement, afin de constater la réponse spectrale en réflexion et en transmission. Par la suite, nous sommes passé par l’approche usuelle, c’est à dire en réalisant des mesures DC sur les modulateurs. Ce mémoire montre également les résultats pratiques sur le comportement des électrodes et de la jonction PN. Mais il rend compte également des résultats de la transmission de données de ces modulateurs par l’utilisation d’une modulation OOK et PAM-4 et permet de mettre en évidence les différences en terme d’efficacité de modulation de ces deux modulateurs. Nous discutons alors de la pertinence de ce choix de design par rapport à ce que l’on peut trouver actuellement dans la littérature. / Recently, much effort has been invested to develop silicon modulators for optical telecommunications and their application areas. These modulators are useful for data centers and short-range high capacity links. Thus, this work focuses on the characterization of two types of integrated Bragg grating modulators on silicon waveguide and having an interleaved PN junction whose goal is to achieve a modulation of the Bragg wavelength through the application of an reverse bias voltage creating a carrier depleted region in the waveguide. For the first integrated Bragg grating modulator, the period of the PN junction is not matched to the Bragg grating period while the second integrated Bragg grating modulator has the PN junction matched to the Bragg grating period. This difference brings a different behaviour of the modulator thus resulting in a different quality of data that we seek to characterize. The advantage of this Bragg grating modulator is that it is relatively simple to design and has a uniform Bragg grating which has well known characteristics. The first step in the characterization of these modulators was making optical measurements, only to see the spectral response in reflection and transmission. Afterwards, we went through the usual approach, i.e by making DC measurements on the modulators. This thesis shows the practical results on the behaviour of the electrodes and the PN junction. And it also reports the results of the data transmission of these modulators by using an OOK modulation and PAM-4 modulation highlighting the differences in terms of modulation efficiency of these two modulators. We then discuss the relevance of this design choice compared to what we can currently find in the literature.

S'inscrivant dans le champ de recherche émergeant sur les ambiances lumineuses, cette recherche s'intéresse au potentiel de l'image numérique pour l'exploration et l'analyse de la lumière dans le paysage urbain nocturne. À partir de relevés effectués dans les villes de Québec et de Montréal, comme autant d'images qui se succèdent à l'échelle du piéton, le projet propose d 'évaluer l'image numérique 2D comme outil permettant des analyses et explorations quantitatives et qualitatives des espaces urbains éclairés. La méthodologie employée s'appuie sur la recherche développée par Demers [1997]. Le potentiel créatif du médium pour la conception lumière est également abordé. Parallèlement, la recherche propose de développer une démarche spécifique au contexte de la lumière urbaine nocturne afin de cerner différents aspects qui composent les ambiances lumineuses nocturnes, tels que les effets de la lumière sur les formes urbaines (espaces ou objets architectures). Les outils de relevés employés présentent l'avantage d'être accessibles autant pour le chercheur que pour le concepteur lumière. Ils ont fait l'objet d'explorations afin de déterminer leurs limites dans des conditions d'éclairage nocturne. Il s'agit de la photographie à l'aide d'une caméra réflexe 35 mm et de la vidéo. Des outils de mesures de la lumière tel qu'un photomètre ainsi que des posemètres manuels complètent les besoins de la recherche. Les images numérisées sont traitées à l'aide du logiciel Adobe Photoshop. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

L'interaction entre des champs électromagnétiques et des systèmes à plusieurs niveaux peut donner lieu à différents processus cohérents. La transparence électromagnétiquement induite (EIT) ou les oscillations cohérentes de populations (CPO) sont des phénomènes résonnants ayant pour conséquence d'annuler l'absorption du système pour un champ sonde. L'EIT se produit dans les systèmes à trois niveaux et met en jeu une cohérence entre niveaux non couplés optiquement, alors que les systèmes à deux niveaux suffisent pour faire apparaître le CPO qui ne met pas en jeu la dynamique des cohérences.Il est possible dans un milieu constitué d'atomes d'hélium métastable à température ambiante d'extraire un système à trois niveaux en Λ qui, lorsqu'il est excité par des polarisations circulaires, fait apparaître des fenêtres EIT de l'ordre de quelques dizaines de kHz de large. Lorsque ce système est excité par des polarisations linéaires et soumis à un champ magnétique de faible amplitude, c'est l'association des deux phénomènes de CPO et d'EIT qui détermine la réponse du système. Une fenêtre de transparence CPO de quelques dizaines de kHz de large a en particulier été observée.Ce type de phénomènes résonnants est associé à de grandes variations de l'indice de réfraction avec la fréquence du champ sonde, ayant pour conséquence de profondes modifications de la vitesse de groupe d'une impulsion se propageant dans le milieu. Notre système expérimental permet ainsi d'observer de la lumière lente, de la lumière rapide ainsi que des vitesses de groupe négatives. L'insertion de tels milieux dispersifs en cavité optique a été suggérée pour augmenter la précision de senseurs comme les gyroscopes lasers, mais leur bruit fondamental dépend de la durée de vie des photons dans la cavité. C’est pourquoi l’influence des milieux hautement dispersifs sur la durée de vie des photons dans une cavité est étudiée expérimentalement et théoriquement. / Many coherent processes can be observed when electromagnetic fields are applied to multi-level systems. Electromagnetically induced transparency (EIT) or coherent population oscillations (CPO) are resonant phenomena resulting in the cancellation of the absorption of the system for a probe field. EIT occurs in three-level systems and involves the coherence between two optically uncoupled levels, whereas two-level systems are sufficient to produce CPO which does not involve the dynamics of the coherences.A three-level Λ system can be isolated in a gas of metastable helium atoms at room temperature. When excited with circular polarizations, this system exhibits EIT resonances of a few tens of kHz. If this system is excited by linear polarizations and submitted to a weak magnetic field, the response of the system is given by the combination of these two phenomena, namely EIT and CPO. A narrow CPO transmission window of a few tens of kHz has then been observed.This kind of resonant phenomena is associated with very strong variations of the refractive index at the probe frequency, leading to major changes of the group velocity of a pulse propagating in the medium. Our experimental set-up allows us to observe slow light, fast light, and even negative group velocities. Insertion of such dispersive media inside an optical cavity has been suggested to increase the sensitivity of sensors such as laser gyroscopes, but their fundamental noise depends on the lifetime of photons inside the cavity. This is why the influence of highly dispersive media on the photon lifetime inside a cavity is studied experimentally and theoretically.