A reflection retarder is a device that induces a change in the phase between the parallel and perpendicular components, of the electric field, to the plane of incidence while maintaining the relative amplitudes. A film-substrate reflection retarder is a reflection retarder that only consists of a film-substrate system. Film-substrate reflection retarders have been previously studied in the negative, zero, and positive systems. The type of system is determined by the relationship between the refractive index of the ambient N0, film N1, and substrate N2: if N1<(N0*N2)^(1/2) , the system is negative; if N1=(N0*N2)^(1/2), the system is zero; if N1>(N0*N2)^(1/2), the system is positive. It has been determined that is the condition required to achieve reflection retarders, in general. Angle-of-incidence tunable (AIT) retarder designs have not been investigated for the zero system, but have been studied in the negative system. An exact retarder in the zero system only exists at a single angle of incidence and a corresponding single film thickness. By approximating the retarder condition to allow the relative amplitudes to be within 5% of the exact value of unity, it is possible to realize unique AIT retarders in the zero system: retarders that can be operated over a continuous range of angles of incidence resulting in a large range of phase shifts approaching 360°. It is possible to have multiple angles of incidence with a difference of between their respective phase shifts. By inducing a phase shift of, it is possible to modulate the polarization of light. By employing an approximation of the retarder condition, AIT retarder designs were developed. The design’s tolerance to changes in design parameters is analyzed and discussed.

La photonique sur silicium est envisagée comme une solution technologique très prometteuse pour le remplacement des interconnexions électriques par des interconnexions optiques devant se produire dans les prochaines années. Des dispositifs optoélectroniques comme des sources lasers, des modulateurs et des détecteurs, ont été développés pour la réalisation de circuits intégrant des émetteurs/récepteurs. Parmi les défis devant être relevés pour faire avancé la photonique sur silicium, la réduction de la consommation électrique du modulateur est un point crucial. L’intégration des composants passifs et actifs en utilisant une seule et même technologie est également un enjeu majeur pour les futurs systèmes de communication optique. Grâce au développement de l'intégration hybride de semi-conducteurs III-V sur silicium pour la réalisation de sources laser sur silicium, de nouvelles voies peuvent être envisagée pour réaliser des modulateurs optiques et des photodétecteurs efficaces et compacts. De plus, les cristaux photoniques 2D (PhC) et spécifiquement les structures à ondes lentes, qui sont connues pour renforcer les interactions entre la lumière et la matière peuvent apporter des solutions intéressantes pour diminuer de manière ultime la puissance consommée.Dans ce contexte, les travaux menés durant ma thèse ont porté plus spécifiquement sur la conception, la fabrication et la caractérisation de modulateurs à électro-absorption à onde lente en semiconducteur III-V sur silicium. Dans une première partie consacrée à la modélisation, une attention particulière est portée à la conception du cristal photonique et au couplage de la lumière du guide silicium vers l’onde lente. Les performances de la structure optimisée sont aussi analysées, donnant un modulateur de seulement 18.75 µm de longueur fonctionnant à 15 GHz avec un taux d’extinction supérieure à 5 dB sur une gamme spectrale supérieure à 10 nm. Par la suite, l’ensemble des procédés de nanotechnologies durant la thèse pour la fabrication des dispositifs sont présentés. Enfin, les résultats expérimentaux obtenus au cours de cette thèse démontrent l’effet Stark Confiné Quantiquement et l’effet de photodétection obtenu sur les structures intégrées.Les perspectives de ce travail de thèse concernent la réalisation de circuits intégrés photoniques complets, incluant sources lasers, modulateurs à électroabsorption et photodétecteurs en utilisant une seule et même technologie. / Silicon photonics is considered as a promising solution to replace electrical interconnections in the next years. Among the remaining challenges, the driving power of the active devices has to be minimized. Furthermore the use of a common technological platform for the realization of Silicon (Si) photonics passive and active devices would present a great interest in term of fabrication complexity and cost. III-V on Si is a good candidate for such a common technological platform as the physical properties of III-V semiconductors allow for active functionalities such as III-V on Si laser which have already been successfully demonstrated. In this perspective, 2D photonic crystals (PhCs) and slow light structures, which are known to intrinsically reinforce light/matter interactioncan alsobring interesting opportunities.In this context, the work is focused on the design, fabrication and characterization of slow-light III-V- on-silicon electroabsorption modulators. In a first part, the photonic crystal structure and light coupling from silicon waveguide to slowlight III-V waveguide are designed and modeled. The performance of the optimized structure is analyzed, showing a modulator operating at 15 GHz and exhibiting an extinction ratio of more than 5 dB over a spectral range of more than 10 nm, using a 18.75 µ;m-long modulator. Subsequently, the masks and fabrication steps for a hybrid III-V photonic crystalon Si modulators are presented. Finally, the experimental results obtained during this thesis are presented, showing Quantum Confined Stark Effect and photodetection in the waveguide integrated structures.The reported works open perspective towards the integrating of optical modulators with III-V on silicon nanolasers and photodetectors using a single technology.

Ce travail est centré sur l'étude des non-linéarités de deuxiéme ordre dans le silicium vers une modulation optique à faible puissance et haute vitesse. Étant un cristal centro-symétrique, le silicium ne possède pas une susceptibilité non linéaire de deuxiéme ordre (X2), ce qui inhibe l'effet Pockels, un effet électro-optique linéaire couramment utilisé dans la modulation de la lumière dans les communications optiques. Une solution possible pour vaincre cette limitation est par application de contraint et déformation de la maille cristalline, ce qui rompt localement la centro-symétrie du cristal et génère X2.Dans cette thèse, nous abordons le problème de la génération de X2 dans le silicium par l'utilisation de la contrainte, couvrant toutes les étapes de la recherche: nous partons de bases théoriques développées par nous, on simule l'ensemble des effets de contraints, optiques et électriques, on décrit la fabrication des dispositifs et finalement on présent la caractérisation expérimentale de ces dispositifs.Dans ce travail de recherche, nous avons pu détecter des effets très particuliers qui sont attribués au effet Pockels, comme par example une dépendance claire de l'orientation du cristal sur l'efficacité de la modulation et aussi la modulation à haute fréquences, plus élevées que celles attendues par autres contributions. Ces résultats sont très prometteurs et se composent d'une nouvelle étape vers la mise en œuvre, dans un avenir proche, de la modulation à grande vitesse et à faible puissance dans les dispositifs de silicium. / This work is devoted to the study of second order nonlinearities in silicon towards low power, high speed modulation. Being a centro-symmetric crystal, silicon does not possess a second order nonlinear susceptibility (X2), which inhibits Pockels effect, a linear electro-optic effect commonly used in the modulation of light in high speed communications. A possible solution to overcome this limitation is by straining/deforming the crystal lattice, which locally breaks the centro-symmetry of the crystal and generates X2.In this thesis, we approach the problem of generating X2 in silicon through the use of strain, covering all the research stages: we depart from newly developed theoretical grounds, simulate together the strain, optical and electrical effects together, describe the fabrication of the devices and present the experimental characterization.In our research work, we were able to detect very particular effects which are attributed to Pockels effect, such as a clear dependence of the crystal orientation on the modulation efficiency and high speed modulation, at frequencies higher than those expected from other contributions. This results are very promising and consist on a step further towards the possible implementation of high speed, low power modulation in silicon devices in the near future.

La photonique silicium est un domaine de recherche en pleine expansion depuis quelques années. Elle est envisagée comme une solution prometteuse pour le remplacement des interconnexions électriques par des liens optiques. A terme, l’intégration de l’optique et de l’électronique sur les mêmes puces doit permettre une augmentation des performances des circuits intégrés, et ainsi proposer des composants à hautes performances et à bas coût. Dans ce contexte, les travaux menés durant ma thèse ont porté plus spécifiquement sur l’étude de la modulation optique autour de la bande interdite directe et à température ambiante des structures à puits quantiques Ge/SiGe, par effet Stark confiné quantiquement (ESCQ). Des simulations électriques et optiques ont été menées pour concevoir un modulateur fonctionnant à la longueur d’onde de 1.3μm. La fabrication et la caractérisation de ce dispositif a permis de démontrer une modulation efficace autour de 1.3μm avec des taux de modulation atteignant 6 dB avec un dispositif de 50 µm de long. Le second objectif de mon travail a été de concevoir un modulateur intégré sur une plateforme SOI, bénéficiant de structures passives performantes et compactes. La démonstration de l’ESCQ sur une structure à puits quantique Ge/SiGe épitaxiée sur un substrat homogène de 360 nm a ouvert la voie à cette intégration. Des simulations ont été menées pour démontrer la possibilité de réaliser un couplage vertical évanescent entre un guide optique SOI et la structure Ge/SiGe, et pour évaluer les performances de ce dispositif. Un procédé technologique de fabrication a ensuite été défini et toutes les étapes ont été optimisées pour la réalisation du modulateur intégré avec les guides d’onde. Principalement six étapes de lithographies électroniques, et quatre étapes de gravure sont nécessaires. Les résultats préliminaires obtenus avec ces dispositifs sont présentés. Les perspectives de ce travail de thèse concernent la réalisation de circuits intégrés photoniques complexes, intégrant modulateurs, photodétecteurs et structures passives sur le même circuit. / Silicon photonics has generated a great interest for several years, for applications from long-haul optical telecommunication to intra-chip interconnects. The ultimate integration of optics and electronics on the same chip would allow an increase of the integrated circuit performances at low cost. In this context, the work done during my Ph.D is focused on the study of optical modulation around the direct bandgap of Ge/SiGe quantum well structures, at room temperature, by Quantum Confined Stark effect (QCSE). Electrical and optical simulations have been used to design a modulator operating at 1.3μm. Such device has been fabricated and characterized, demonstrating an extinction ratio up to 6 dB using a 50 µm-long structure. The second objective of my work was to design and demonstrate a modulator integrated on SOI waveguide. The demonstration of an efficient QCSE in Ge/SiGe quantum wells grown on the top of a 360nm homogeneous virtual substrate has paved the way for such integration. Simulations were conducted to demonstrate the feasibility of an evanescent vertical coupling between an SOI optical waveguide and a Ge/SiGe active region and to evaluate the performance of this device. A technological process has then been proposed to fabricate the devices. All steps have been optimized for the fabrication of the modulator integrated with the waveguides. Mainly six electronic beam lithography and four etching steps were used. Preliminary experimental results obtained with such component are presented. This work paves the way to the demonstration of complex photonic integrated circuits, including modulators, photodetectors and passive structures on the same chip.

Segmented traveling wave electro-absorption modulators (TWEAMs) can provide a modulation speed above 100 Gb/s, which is needed in new optical communication networks. In the EU-project TWILIGHT, KTH continues the design work of TWEAMs in the EU-projects IPHOBAC and HECTO with the aim to design a new optical modulator to be integrated with an electronic layer. The structure of the modulator has to be changed in order to make it compatible with the integration technology that will be used in the project. Like in previous projects, the PSPICE software is an important tool for the design work. The past studies left a large amount of different models and test data. This thesis has been focused on studying these models and data to see if they can help the future work in the project. This includes the comparison of the geometrical dimensions, the microwave properties, and the simulation results with the fabricated modulators in the past projects. The electrical parameters are also critical for the design work, especially the capacitance which determines the impedance of the modulator. Since the TWILIGHT project needs a new design of the modulator, the calculation of these parameters will change. This thesis contains a study how this can be done and discusses the parameters for the new TWEAM design. / Segmenterade elektroabsorptionsmodulatorer för vandrande vågor (TWEAMs) kan ge moduleringshastigheter över 100 Gb/s, vilket behövs i nya optiska kommunikationsnätverk. I EU-projektet TWILIGHT fortsätter KTH designarbetet av TWEAMs i EU-projektet IPHOBAC och HECTO med syfte att designa en ny optisk modulator som ska integreras med ett elektronik-lager. Modulatorns struktur måste ändras för att den ska bli kompatibel med integrationstekniken som ska användas i projektet. Precis som i tidigare projekt är PSPICE-mjukvaran ett viktigt verktyg för designarbetet. Den tidigare studierna lämnade en stor mängd olika modeller och testdata. Detta examensarbete har fokuserat på att studera dessa modeller och data för att se om de kan hjälpa det framtida arbetet i projektet. Detta inkluderar jämförelsen av de geometriska dimensionerna, mikrovågsegenskaperna och simuleringsresultaten med de tillverkade modulatorerna i tidigare projekt. De elektriska parametrarna är också kritiska för konstruktionsarbetet, speciellt kapacitansen som bestämmer modulatorns impedans. Eftersom TWILIGHT-projektet har en ny design för modulatorn, ändras beräkningen av dessa parametrar. Detta examensarbete innehåller en studie hur detta kan göras och diskuterar parametrarna för den nya TWEAM-designen.

Ces travaux de thèse visent à proposer un nouveau type de modulateur acousto-optique intégré exploitantdes ondes élastiques guidées à la surface du niobate de lithium. Ce matériau piézoélectrique permet en effet deréaliser des guides d’ondes optiques intégrés ainsi que des transducteurs à ondes élastiques efficaces. La modulationacousto-optique y reste cependant classiquement limitée par le recouvrement partiel des deux types d’ondes. J’aicherché à développer un nouveau type de guide d’ondes élastiques de surface exploitant les résonances d’épaisseurd’électrodes épaisses et permettant une meilleure exploitation de la conversion d’énergie électrique en énergieélastique dans les dispositifs intégrés.Dans un premier temps, j’ai développé un moyen de confiner l’énergie acoustique en surface afin de l’utiliserplus efficacement. Je me suis tourné vers la réalisation de transducteurs à peignes interdigités pour les ondes acoustiquesde surface permettant de confiner l’énergie qu’ils génèrent dans des électrodes à haut facteur de forme. Lacaractérisation de ces dispositifs a permis de démontrer un fort confinement de l’énergie mécanique, concomitantd’une absence de diffraction à la surface du matériau. Ces dispositifs acoustiques permettent ainsi un guidage del’énergie acoustique dans les trois dimensions de l’espace avec une largeur transverse aussi petite que la longueurd’onde.Dans un second temps, j’ai réalisé des modulateurs acousto-optiques utilisant les transducteurs précédents. Cesmodulateurs sont fondés sur un interféromètre de Mach-Zehnder dont un bras est soumis à l’interaction acoustooptique.Les expériences réalisées ont permis de montrer une modulation de l’onde optique aux fréquences de résonancedes transducteurs à haut facteur de forme. La transmission spectrale de ces interféromètres est par ailleurscannelée en raison d’une légère asymétrie des bras de l’interféromètre. Nous avons observé, à fréquence nulle, unfort décalage en longueur d’onde du spectre cannelé d’environ 20 nm. Ce décalage reste encore inexpliqué. / This thesis intended to propose a new kind of integrated acousto-optical modulator exploiting guided elasticwaves on the surface of a lithium niobate substrate. This piezoelectric material makes it possible to integrate opticalwaveguides as well as efficient elastic waves transducers. Classically, the acousto-optical modulation remainslimited by the partial overlap of the two kind of waves. I have sought to develop a new kind of surface elasticwaveguide exploiting the thickness resonances of thick electrodes allowing a better exploitation of electric energyto elastic energy conversion in integrated devices.First, I have developed a way to confine the acoustic energy at the surface to use it more efficiently. I turnedtowards the realization of interdigitated transducers for surface acoustic waves allowing to confine the generatedenergy in the high aspect ratio electrodes. The characterization of such devices allowed to demonstrate a strongconfinement of the mechanical energy at the surface of the material. These acoustic devices allowed for diffractionlessguiding of the acoustic energy in the three dimensions of space over a transverse width as small as thewavelength.The second part of this thesis was dedicated to the realization of acousto-optical modulators using the previoustransducers. These modulators are based on a Mach-Zehnder interferometer including one arm subjectd to theacousto-optical intercation. Due to a slight asymmetry of the interferometer arms, the spectrale transmission with awhite light source gives a channeled spectrum. Experiments have shown an optical wave modulation at resonancesfrequencies of the high aspect ratio transducers. We have observed, at zero frequency, a strong wavelength shift ofchanneled spectrum of about 20 nm. This shift remains unexplained.

Técnicas de formatação de pulsos permitem o controle das propriedades espectrais e temporais de um feixe laser criando novas possibilidades de estudo da interação luz-matéria. Neste trabalho estudamos as propriedades ópticas não-lineares via formatação de pulsos ultracurtos de três semicondutores: Óxido de Zinco, Silício e Nitreto de Gálio; em três abordagens diferentes. Discutimos também as consequências da distorção de fase em processos não lineares devido à natureza discreta do dispositivo modulador. Primeiramente, investigamos a otimização da emissão excitônica em um cristal de Óxido de Zinco através de uma técnica de otimização que utiliza algoritmo genético, observamos que a fase espectral que otimiza o processo cria um perfil temporal do pulso que indica um acoplamento do tipo éxciton-fônon no cristal. Estudamos ainda o efeito da aplicação de uma máscara de fase senoidal, criando um trem de pulsos, no processo de formação de estruturações superficiais periódicas induzidas a laser no Silício - o fator de eficácia das estruturações foi controlado através dos tempos de separação entre os sub-pulsos, resultado que pôde ser interpretado usando a teoria de Sipe-Drude. Por fim, estudamos a influência da formatação de pulsos em processos de absorção multi-fotônicos em um filme fino de GaN onde verificamos, inicialmente, que o material apresenta um coeficiente de absorção não-linear atípico. Modelamos este comportamento usando equações de taxa e investigamos sua modificação aplicando uma fase quadrática. / Pulse shaping techniques allows the control of spectral and temporal properties of a laser beam, creating new possibilities for the study of the light-matter interaction. In this work we study the nonlinear optical properties, via ultrashort pulses, of three semiconductors; Zinc Oxide, Silicon and Gallium Nitride in three different approaches. We also discuss the consequences of phase distortion in nonlinear processes due to the discrete nature of the light modulator device. Initially, we investigated the optimization of exciton emission in a zinc oxide crystal through using a genetic algorithm; we observed that the spectral phase that optimizes the process creates a temporal pulse profile that indicates an exciton-phonon coupling in the crystal. We also studied the effect of the application of a sinusoidal phase mask, creating a pulse train, in the process of laser induced periodic surface structures in Silicon; the efficacy factor of the produced structures was controlled through the separation time between the sub-pulses and interpreted using the Sipe-Drude theory. Finally, we study the influence of pulse shaping on multi-photon absorption processes in a thin film of GaN; we found, initially, that the material exhibits an atypical nonlinear absorption coefficient. We model this behavior using rate equations and investigate its modification by applying a quadratic phase.

Técnicas de formatação de pulsos permitem o controle das propriedades espectrais e temporais de um feixe laser criando novas possibilidades de estudo da interação luz-matéria. Neste trabalho estudamos as propriedades ópticas não-lineares via formatação de pulsos ultracurtos de três semicondutores: Óxido de Zinco, Silício e Nitreto de Gálio; em três abordagens diferentes. Discutimos também as consequências da distorção de fase em processos não lineares devido à natureza discreta do dispositivo modulador. Primeiramente, investigamos a otimização da emissão excitônica em um cristal de Óxido de Zinco através de uma técnica de otimização que utiliza algoritmo genético, observamos que a fase espectral que otimiza o processo cria um perfil temporal do pulso que indica um acoplamento do tipo éxciton-fônon no cristal. Estudamos ainda o efeito da aplicação de uma máscara de fase senoidal, criando um trem de pulsos, no processo de formação de estruturações superficiais periódicas induzidas a laser no Silício - o fator de eficácia das estruturações foi controlado através dos tempos de separação entre os sub-pulsos, resultado que pôde ser interpretado usando a teoria de Sipe-Drude. Por fim, estudamos a influência da formatação de pulsos em processos de absorção multi-fotônicos em um filme fino de GaN onde verificamos, inicialmente, que o material apresenta um coeficiente de absorção não-linear atípico. Modelamos este comportamento usando equações de taxa e investigamos sua modificação aplicando uma fase quadrática. / Pulse shaping techniques allows the control of spectral and temporal properties of a laser beam, creating new possibilities for the study of the light-matter interaction. In this work we study the nonlinear optical properties, via ultrashort pulses, of three semiconductors; Zinc Oxide, Silicon and Gallium Nitride in three different approaches. We also discuss the consequences of phase distortion in nonlinear processes due to the discrete nature of the light modulator device. Initially, we investigated the optimization of exciton emission in a zinc oxide crystal through using a genetic algorithm; we observed that the spectral phase that optimizes the process creates a temporal pulse profile that indicates an exciton-phonon coupling in the crystal. We also studied the effect of the application of a sinusoidal phase mask, creating a pulse train, in the process of laser induced periodic surface structures in Silicon; the efficacy factor of the produced structures was controlled through the separation time between the sub-pulses and interpreted using the Sipe-Drude theory. Finally, we study the influence of pulse shaping on multi-photon absorption processes in a thin film of GaN; we found, initially, that the material exhibits an atypical nonlinear absorption coefficient. We model this behavior using rate equations and investigate its modification by applying a quadratic phase.

Le développement permanent des applications informatiques telles que le stockage de masse, le calcul intensif et les communications large bande, encourage l’émergence de nouvelles technologies de communication. D’une part, les communications à travers des interconnexions métalliques approchent de leurs limites intrinsèques en termes d’énergie, surface et coût par bit. D’autre part, la photonique hybride conventionnelle, basée sur des assemblages 2D/3D de composants photoniques en technologies III-V, ne peut pas être complètement intégrée. Le développement de nouvelle architecture photonique sur silicium est une bonne alternative afin de proposer des systèmes intégrés de communication haut débit. La conception d’un modulateur électro-optique à très haut débit sur silicium fait l’objet de cette thèse. Dans un premier temps, un état de l’art des différents systèmes optiques est dressé, afin d’identifier les principaux verrous technologiques limitant leurs performances. Suite à l’analyse des différents types de modulateur optique implémentés sur silicium, une proposition d’architecture a été faite pour un modulateur Mach Zehnder 100 Gbits/s. Ce premier circuit a été développé avec la technologie PIC25G du fondeur STMicroelectronics. Le driver de ce modulateur a, quant à lui, été conçu avec la technologie 55 nm SiGe BiCMOS de ce même fondeur. Le démonstrateur proposé dans ces travaux offre un débit de 100 Gbits/s avec une modulation NRZ sur une unique voie optique. Pour cette configuration, ce prototype offre un débit binaire au-delà de l’état de l’art (pour une unique voie de transmission optique) avec une énergie par bit de 80 pJ/bit. / The sustained development of software applications including mass storage, intensive computing and broadband communication, motivates the emergence of novel communication technologies. On one hand, communications through metallic interconnections approach their inherent limitations in term of energy, area and cost per bit. On the other hand, conventional hybrid photonics, based on discrete 2D/3D photonic assemblies of III-V photonic devices, cannot be integrated. The rising silicon photonic technology, thanks to its high level of integration, overcomes the shortcomings of the two previous approaches and promises a low cost solution allowing close proximity integration of photonics with electronics.The design of a very high data rate electro-optic modulator on silicon is reported in this thesis manuscript. In a first section, the state of the art of optic systems is presented with a focus on the main technological challenges limiting performances. Then, a silicon based topology is introduced to achieve a 100 Gbs Mach Zehnder modulator. It was implemented with the STMicroelectronics PIC25G technology. The driver of this modulator was designed with the 55 nm SiGe BiCMOS technology of the same founder. The demonstrator introduced in this work offer a 100 Gbs data rate with an NRZ modulation on a single optical channel. For this configuration, this prototype provides a data rate beyond the state of the art (for a single optical transmission path) with an energy per bit of 80 pJ/bit.

L’augmentation des capacités des systèmes de télécommunications optiques passe par le développement des dispositifs optoélectroniques innovants et des technologies clés à hautes performances. Ces dispositifs sont sujets à une forte intégration des composants et les technologies déployées mettent en œuvre des fonctions complexes (PDM – QPSK, PDM – 16 QAM, etc.). Il est donc nécessaire avant toute réalisation d’étudier le comportement électromagnétique de ces composants afin d’envisager des performances en haute fréquence et une bonne intégrité du signal contenant l’information dans la chaîne de transmission. Ainsi à travers une modélisation EM – circuit le comportement global d’un modulateur à plusieurs niveaux de phase, basé sur la déplétion de porteurs dans une jonction PN, est étudié et analysé. Le modulateur est dans un premier temps représenté par un modèle prenant en compte la jonction. Cette dernière est modélisée par sa résistance et sa capacité équivalentes. Ensuite le packaging du modulateur avec son circuit d’entrée pour les signaux RF et son circuit de sortie pour l’adaptation de charges en sortie est réalisé et optimisé. Une modélisation EM a également permis de concevoir le circuit d’entrée d’un multiplexeur intégré à un Convertisseur Numérique – Analogique 3 bits, destiné à mettre œuvre une modulation PDM – 64 QAM dans un système optique. Les résultats obtenus respectent les spécifications industrielles et permettent de d’envisager le fonctionnement en haute fréquence des dispositifs intégrés. / The increase of the capacities of optical telecommunications systems goes through the development of innovative optoelectronics devices and key technologies with high performances. These devices are subjects to high components integration and the deployed technologies implement complex functions (PDM - QPSK, PDM - 16 QAM etc.). Therefore, it is necessary before any realization to study the electromagnetic behavior of these components in order to predict good performances at high frequency and signal integrity in the transmission chain. Thus, through an EM - circuit modeling, the overall behavior of an electro-optical multilevel modulator based on carrier depletion in a PN junction has been studied and analyzed. The modulator is firstly represented by a model taking in account the junction. The junction is modeled by her equivalents resistance and capacity. Subsequently, the packaging of the modulator with the input and out circuit is realized and optimized. The EM modeling has also helped to design the input circuit of an integrated multiplexer to a 3 bits digital - analog converter for an optical system. The obtained results meet the industry specifications and allow predicting good performances in high frequency for the integrated devices.