Ce travail est consacré à l'étude expérimentale et théorique du speckle de l'onde diffusée par des hétérogénéités en surface ou en volume des substrats ou des systèmes interférentiels multicouches. La première étude est basée sur le contraste en intensité du speckle diffusé dans chaque direction de l'espace, que l'on étudie pour discriminer les effets d'interface et de volume, ou pour identifier le niveau de diffusion en l'absence d'étalonnage. Des résultats expérimentaux sont présentés pour des surfaces polies et doucies, et des liquides diffusant, avec des niveaux de pertes croissants. Ces résultats sont ensuite complétés par l'étude du déphasage polarimétrique de l'onde diffusée dans le "grain" de speckle. L'écart-type de ce déphasage est calculé et mesuré pour les mêmes échantillons, ainsi que pour des membranes poreuses pour des applications à la caractérisation du colmatage. On obtient ainsi une nouvelle signature pour discriminer les différents effets. Puis le déphasage polarimétrique est utilisé pour l'étude des coefficients d'intercorrélation entre les interfaces d'un système multicouche. Une procédure d'annulation des flux diffusés polarisés est ensuite présentée dans le cadre de théories perturbatives. Les conditions d'annulation sont calculées pour différents types d'échantillons, et obtenues grâce à un réglage en champ lointain et pour chaque direction, de lames polarisantes et déphasantes. Les résultats expérimentaux confirment ces prédictions, pour des surfaces et liquides diffusant. La technique d'annulation est alors étendue pour éliminer de façon sélective les différentes sources de diffusion. On montre ainsi comment annuler de façon sélective la diffusion par une surface ou un volume, ou comment isoler une interface dans un système multicouche. La confrontation des calculs numériques avec les résultats de mesure sont encourageants, et ouvrent une première porte au domaine de l'imagerie en milieu diffusant. Enfin, les problèmes des fortes diffusions sont abordés, et amènent à traiter de l'influence des irrégularités de structure sur les phénomènes de dépolarisation partielle ou totale. Selon la microstructure des composants, la dépolarisation est plus ou moins marquée et impose la dynamique de réduction sélective des flux diffusés. Ce travail trouve des applications dans l'optique sous-marine, l'imagerie du petit animal ou le biomédical, le transport terrestre ou l'avionique, l'environnement, la défense...

Ce mémoire vise à étudier la gestion de la polarisation et est axé sur la conception, la simulation et la fabrication d'un rotateur séparateur de polarisation (PSR) sur des plates-formes en silicium en utilisant une structure combinant un cône adiabatique à deux niveaux et un coupleur adiabatique. Après une introduction sur les systèmes de communication optique, spécifiquement sur les systèmes photoniques intégrés, nous introduisons le silicium sur isolateur (SOI) comme plateforme la plus attrayante pour notre circuit photonique intégré. Bien que la propriété intrinsèque de contraste élevé de SOI entraîne la petite taille de la puce, cette propriété entraîne également une forte dépendance de polarisation pour les dispositifs silicium photoniques (SiP). Pour résoudre le problème et supprimer cette dépendance, des circuits de diversité de polarisation ont été proposés et il est important de traiter la gestion de la polarisation sur la puce. Dans ce mémoire, le principe général de fonctionnement de la gestion de la polarisation est étudié en profondeur. Comme la rotation de polarisation est la fonction la plus importante de la gestion de la polarisation, nous nous concentrons sur les principes de base de la rotation de polarisation dans un dispositif à section unique. Nous discutons également de différents types de rotateurs de polarisation et donnons une introduction à l'évolution historique des rotateurs de polarisation. Enfin, les séparateurs de polarisation sont présentés comme le deuxième élément important dans la gestion de la polarisation, et différents types de séparateurs de polarisation sont présentés. Pour gérer efficacement la polarisation, il est essentiel de développer un PSR haute performance. Par conséquent, nous introduisons une structure efficace qui est basée sur la conversion de mode TM0-TE1 dans une conicité (taper) à deux niveaux sur SOI. Nous expliquons et motivons ce choix. Ensuite, nous décrivons la modélisation avec le logiciel Lumerical Finite Difference Time Domain (FDTD) ; les résultats de la simulation fournissent l'évolution des profils d'intensité des modes le long du dispositif. Par la suite, nous présentons les détails de la disposition sur la carte (layout) pour la fabrication et la caractérisation éventuelle des conceptions utilisant des coupleurs de bordure (edge couplers), ainsi que des conceptions utilisant des coupleurs à réseau (grating couplers). Pour évaluer la performance du PSR conçu pour deux applications différentes, nous proposons un modèle mathématique et iv les matrices de transfert. Enfin, la performance du PSR proposé est analysée dans un système de communication optique. / This thesis aims to study polarization management, and focuses on design, simulation and fabrication layout of a polarization splitter rotator (PSR) on silicon platforms by utilizing a structure combining an adiabatic bi-level taper and an adiabatic coupler. Following an introduction about optical communication systems and specifically integrated photonic systems, we introduce silicon-on-isolator (SOI) as the most attractive platform for our integrated photonic circuit. Although the intrinsic high-index contrast property of SOI leads to a very small footprint, this property also results in high polarization dependence for silicon photonic (SiP) devices. To solve the problem and remove this dependency, polarization diversity circuits have been proposed and it is important to deal with on-chip polarization management. In this thesis, the general operating principle of polarization management is thoroughly studied. As polarization rotation is the most important function of polarization management, we concentrate on the basic principles of polarization rotation in a single section device. We also discuss different types of polarization rotators and give an introduction to the historic evolution of polarization rotators. Finally, polarization beam splitters are introduced as the second important element in polarization management, and different types of polarization splitters are presented. To efficiently manage polarization, it is critical to develop a high performance PSR. Therefore, we introduce an efficient structure that is based on TM0-TE1 mode conversion in a bi-level taper on SOI. We explain and motivate that choice. Afterwards, we describe the modeling in Finite Difference Time Domain (FDTD) Lumerical software; simulation results provide the evolution of mode intensity profiles along the device. Subsequently, we present the layout details for fabrication and eventual characterization for designs using edge couplers, as well as designs using grating couplers. To evaluate the performance of the designed PSR for two different applications, we propose a mathematical model and the transfer matrices. Finally, the performance of the proposed PSR is analyzed in an optical communication system.

Un réseau de Bragg fibré est un tronçon de fibre optique dont le coeur présente une modification périodique et permanente de l’indice de réfraction. Dans sa structure la plus simple, il se comporte, en réflexion, comme un miroir sélectif en longueur d’onde, ne réfléchissant qu’une plage de longueurs d’onde autour de la longueur d’onde de Bragg. Le signal transmis est alors débarrassé des composantes spectrales réfléchies par le réseau de Bragg. Ce composant fibré correspond donc à un filtre optique pour lequel il est important de caractériser les évolutions, en fonction de la longueur d’onde, des réponses en amplitude et en phase. En pratique, les réseaux de Bragg fibrés sont largement utilisés pour la réalisation de différents composants utiles dans le domaine des télécommunications par fibres et des capteurs optiques. De manière générale, il s’avère de plus en plus important de caractériser les propriétés de polarisation induites par la présence de biréfringence des composants optiques ; il en est de même pour les réseaux de Bragg fibrés. En effet, avec l’augmentation des débits de transmission, les communications par fibres optiques sont de moins en moins tolérantes aux effets associés à la polarisation de la lumière. L’utilisation des réseaux de Bragg pour des applications de télécommunications requiert donc de connaître leurs propriétés de polarisation. De même, dans le domaine des capteurs, l’information offerte par l’évolution de ces propriétés en fonction des contraintes extérieures peut être utile pour améliorer les performances et les potentialités des capteurs à réseaux de Bragg. Dans le cadre de cette thèse de doctorat, nous présentons une étude des propriétés spectrales des réseaux de Bragg fibrés en y incluant l’analyse des propriétés de polarisation de la lumière causées par la présence de biréfringence au sein du réseau. Cette étude est menée pour deux catégories de réseaux de Bragg présentant de la biréfringence. Une première catégorie concerne les réseaux inscrits dans des fibres hautement biréfringentes. Pour ces fibres, étant donné les valeurs importantes de biréfringence considérées, ses effets sont directement visibles sur la réponse classique en amplitude. Dans ce cas, nous démontrons qu’il est possible de modéliser complètement les évolutions, en fonction de la longueur d’onde, des paramètres permettant de caractériser les propriétés de polarisation des réseaux de Bragg. Une étude théorique et expérimentale est présentée pour les paramètres de Stokes, le paramètre de PDL (Polarisation Dependent Loss - perte dépendante de la polarisation) et le paramètre de DGD (Differential Group Delay - délai de groupe différentiel). Une seconde étude est menée pour les réseaux de Bragg inscrits dans des fibres standards. Pour ces réseaux, la biréfringence est relativement faible si bien que ses effets sont difficilement perceptibles sur la réponse en amplitude du réseau. Elle n’est donc généralement pas prise en considération lors de l’analyse des propriétés spectrales des réseaux. Nous montrons cependant dans cette thèse de doctorat qu’elle conduit à des valeurs importantes des paramètres de polarisation (paramètres de Stokes, PDL et DGD). Compte tenu des différentes origines possibles de la biréfringence des réseaux, nous exposons deux modèles caractérisant la présence de la biréfringence. Les résultats théoriques obtenus pour ces deux modèles sont alors systématiquement comparés. Nous rapportons finalement des résultats expérimentaux en adéquation avec les résultats théoriques. Pour ces réseaux de Bragg faiblement biréfringents, nous établissons également la relation qui existe entre les paramètres utilisés pour caractériser les propriétés de phase du réseau (courbes de délai et de dispersion) et les paramètres de Stokes et de DGD. En particulier, nous démontrons théoriquement et expérimentalement que les évolutions en fonction de la longueur d’onde de la dispersion chromatique et du DGD ne diffèrent que dans leur valeur absolue, le rapport de ces valeurs étant proportionnel à la biréfringence. En outre, nous discutons la possibilité d’appliquer cette relation à d’autres types de réseaux fibrés et présentons des résultats expérimentaux dans le cas d’un réseau à longs pas. Une application intéressante de la connaissance des paramètres de polarisation des réseaux de Bragg est la détermination de la biréfringence. Nous considérons d’une part le cas d’une biréfringence causée par une contrainte transverse appliquée sur une fibre optique. Nous montrons qu’un réseau de Bragg est utilisable à l’endroit de la contrainte pour obtenir la quantité de biréfringence induite localement. D’autre part, les propriétés de polarisation sont utilisées pour étudier l’évolution de la biréfringence induite lors du processus d’inscription d’une série de réseaux de Bragg de caractéristiques différentes. La reconstruction de la biréfringence de cette série permet alors d’analyser l’impact des paramètres de l’inscription sur la biréfringence photoinduite. Nous proposons finalement une technique originale permettant de réduire les effets de la biréfringence des réseaux. Cette technique est basée sur l’application d’une torsion de la fibre lors de l’inscription, ce qui permet d’introduire du couplage de modes de polarisation au niveau du réseau de Bragg. L’analyse théorique des propriétés spectrales des réseaux menée dans le cas classique est alors adaptée pour tenir compte de l’effet du couplage de modes. Les résultats de simulation obtenus montrent qu’il est en effet possible de réduire la PDL et le DGD de cette manière, ce qui peut s’avérer intéressant dans le cadre d’applications de télécommunications à haut débit.

Vénus, bien que de taille et de masse très similaire à la Terre, se révèle en fait un monde infernaloù la température de surface atteint 700 K et la pression s’élève à 92 bars. De plus, l’atmosphèreest principalement composée de dioxyde de carbone (à plus de 90 %). Bien que le corps solide aitune période de rotation très lente et rétrograde, l’atmosphère est elle en superrotation avec unepériode de quatre jours environ au sommet des nuages, avec des vents zonaux pouvant atteindre100 m/s. Observée dans le visible, Vénus ne laisse pas voir sa surface, cachée sous d’épais nuagesd’acide sulfurique qui couvrent en permanence l’intégralité de la planète. Ces nuages jouent unrôle très important dans l’atmosphère vénusienne car ils sont fondamentaux dans le bilan radiatifde la planète de par leur opacité et leur albédo élevé mais aussi dans les cycles chimiques denombreuses espèces, notamment celui du soufre.Arrivée en orbite en avril 2006, la mission européenne Venus Express avait pour objectif d’étudieren détail l’atmosphère de la planète. Parmi ses instruments se trouvait le spectromètre SPICAVdont le canal infrarouge permettait de mesurer le degré de polarisation linéaire de la lumièrediffusée par les nuages. Cette thèse vise à l’exploitation de données acquises par SPICAV-IR quia fonctionné jusqu’à la fin de la mission Venus Express en 2014. Nous présentons la planète Vénuset plus particulièrement les propriétés des nuages qui l’entourent. Nous nous intéresseronsà la polarisation produite par la diffusion de la lumière dans les nuages avant d’expliquer commentSPICAV-IR la mesure. Nous présentons notre modèle de transfert de rayonnement prenanten compte la polarisation et nous analyserons les gloires observées par SPICAV-IR afin de caractériserles propriétés des nuages. Enfin, nous nous intéresserons à la variabilité spatiale des brumessituées au dessus des nuages. / Venus is quite similar to Earth in terms of mass and radius, but it appears to be a hellish planetwith surface temperature reaching 700 K and pressions up to 92 bars. The atmosphere is mostlycomposed of carbon dioxyde and despite a slow retrograde rotating solid body, the atmosphereis in superrotation with a period of about four days and zonal winds reaching 100 m/s at cloudtop level. In visible light, the surface is always hidden by thick decks of clouds mostly madeof sulfuric acid. These clouds are very important in venusian climate as they play a key role inthe radiative balance of the planet because of their opacity and their high albedo and also in thechemical cycles of sulfur especially.In orbit since 2006, the European space agency’s probe Venus Express had the objective tostudy the atmosphere and clouds of Venus. Amongst its instruments was the SPICAV spectrometerwhich infrared channel had the ability to measure the degree of linear polarisation fromthe light scattered by the clouds. This thesis aims to study these observations acquired by SPICAVIRuntil the end of the mission in 2014.We will introduce the planet Venus with a particular focuson the cloud layers. We will then cover the principles of the polarisation of light through scatteringby cloud particles before we introduce the measurement of polarization by our instrument.We also introduce the radiative transfer model taking into account polarization and apply it tothe observations of a phenomenon called glory which allows to characterize the properties of thecloud droplets. We will then invesigate the variability of the haze layers lying above the maincloud deck.

La modulation de la phase d'un signal optique à l'intérieur d'une fibre optique peut être obtenue par l'application d'un stress mécanique sur la fibre. Ce stress peut être une tension ou une compression axiale ou encore un stress latéral. Contrairement à une tension ou à une compression purement axiale, l'application d'un stress latéral introduit une biréfringence dans la fibre optique, soit un retard de phase différent pour les polarisations x et y. Une modulation rapide et précise d'un stress latéral peut être obtenue en fixant la fibre sur un actuateur fait d'un matériau piézoélectrique ou magnétostrictif. Cependant, le lien entre l'actuateur et la fibre, généralement un collage, peut mener à des problèmes de stabilité et de tenue en température. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé un moyen simple, efficace et stable pour moduler directement la phase du signal se propageant dans une fibre optique. Le saut de phase induit est biréfringent et peut être modulé à des fréquences supérieures à 300 kHz. Le modulateur de phase développé est fait d'une épissure mécanique en alliage à mémoire de forme couplée à un actuateur piézoélectrique. La fibre s'insère facilement dans le modulateur de phase et aucun collage n'est nécessaire entre celui-ci et l'actuateur. Ce modulateur de phase a été utilisé pour réaliser un laser DFB (Distributed Feedback) pouvant être opéré en régime continu, en régime déclenché et en régime de modulation de puissance. De plus, la biréfringence du saut de phase induit permet de choisir une émission polarisée linéairement en x ou en y, selon la tension appliquée à l'actuateur piézoélectrique. Le laser peut également émettre en alternance des impulsions polarisées linéairement en x et en y. Le temps de vie de la cavité a pu être obtenu de la période des oscillations de relaxation. De plus, pour amener une solution à une autre problématique, des connexions haute puissance ont été mises au point entre des fibres de silice et des fibres de verre fluoré, en utilisant l'épissure en alliage à mémoire de forme développée par notre partenaire industriel Phasoptx.