Cette thèse porte sur l'élaboration et l'utilisation de structures semi-conductrices à émission laser par la surface en cavité externe (VECSEL) en pompage optique pour la réalisation de sources d'impulsions brèves à haut taux de répétition émettant à 1550nm. Ces sources ouvrent la voie à des applications intéressantes dans les télécommunications optiques pour réaliser des émetteurs à très haut débit ou pour l'échantillonnage optique linéaire ultra-rapide. Les objectifs de ce travail de thèse étaient, dans un premier temps, de développer et réaliser des structures VECSEL, qui contiennent une zone active formée par des puits quantiques GaAlInAs/InP localisés aux maxima du champ électrique résonant, positionnée sur un miroir de Bragg, le tout étant reporté par brasure sur un substrat de bonne conductivité thermique. Pour cela, nous avons conçu des structures permettant d'accélérer l'évacuation de la chaleur accumulée dans la zone active, ce qui a permis d'améliorer les performances du VECSEL, notamment la puissance de sortie. Les performances des VECSEL ont été évaluées dans une cavité simple à deux miroirs (plan-concave). Le second point était de développer et réaliser des structures SESAMs, qui permettent, par leur comportement non linéaire, d'obtenir un fonctionnement en verrouillage de modes passif. Les structures, contenant des puits quantiques InGaAsN/GaAs, ont pour paramètres : le nombre de puits quantique, la résonance de la structure. Les caractérisations optiques en régime linéaire et non linéaire ont permis d'optimiser les structures SESAM et d'estimer leurs performances. Enfin, la compatibilité entre les structures de VECSEL et de SESAM en terme de profondeur de modulation et de longueur d'onde de résonance, a permis d'obtenir un verrouillage de mode passif dans une cavité à quatre miroirs. Les impulsions obtenues présentent deux comportements différents suivant les propriétés de dispersion des structures. La réalisation d'une faible dispersion a permis d'obtenir la première démonstration d'un VECSEL en verrouillage de modes passif fonctionnant à 1550 nm et à température ambiante. Un dispositif d'échantillonnage tout optique mettant en oeuvre l'échantillonnage optique linéaire basé sur l'utilisation d'une source d'impulsions brèves, a été réalisé et testé. Ce dispositif permettra d'obtenir des diagrammes de l'oeil et diagrammes de constellation avec une sensibilité attendue de l'ordre de -20dBm de puissance moyenne, sur des signaux porteurs de données à 10Gbit/s, voire 40 Gb/s. Les tests effectués ont permis de visualiser l'acquisition à très haut débit (40Gb/s).

Lasers find a wide range of applications in many areas including photo-biology, photo-chemistry, materials processing, imaging and telecommunications. However, the practical use of such sources is often limited by the bulky nature of existing systems. By fabricating channel waveguides in solid-state laser-gain materials more compact laser systems can be designed and fabricated, providing user-friendly sources. Other advantages inherent in the use of waveguide gain media include the maintenance of high intensities over extended interaction lengths, reducing laser thresholds. This thesis presents the development of Yb:tungstate lasers operating around 1μm in waveguide geometries. An Yb:KY(WO₄)₂ planar waveguide laser grown by liquid phase epitaxy is demonstrated with output powers up to 190 mW and 76 % slope efficiency. This is similar to the performance from bulk lasers but in a very compact design. Excellent thresholds of only 40 mW absorbed pump power are realised. The propagation loss is found to be less than 0.1 dBcm⁻¹ and Q-switched operation is also demonstrated. Channel waveguides are fabricated in Yb:KGd(WO₄)₂ and Yb:KY(WO₄)₂ using ultrafast laser inscription. Several of these waveguides lase in compact monolithic cavities. A maximum output power of 18.6 mW is observed, with a propagation loss of ~2 dBcm⁻¹. By using a variety of writing conditions the optimum writing pulse energy is identified. Micro-spectroscopy experiments are performed to enable a fuller understanding of the induced crystal modification. Observations include frequency shifts of Raman lines which are attributed to densification of WO₂W bonds in the crystal. Yb:tungstate lasers can generate ultrashort pulses and some preliminary work is done to investigate the use of quantum dot devices as saturable absorbers. These are shown to have reduced saturation fluence compared to quantum well devices, making them particularly suitable for future integration with Yb:tungstate waveguides for the creation of ultrafast, compact and high repetition rate lasers.

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