Au cours des dernières années, les services haut débit et les applications Internet ont explosé, provoquant un problème de saturation dans les réseaux et engendrant une augmentation de la demande de débit. Ceci a poussé les opérateurs à augmenter la capacité de leurs systèmes de transmission optiques WDM en introduisant les systèmes 100G et plus dans les réseaux coeurs. Avec les nouvelles possibilités offertes par les circuits numériques rapides, les systèmes optiques à réception cohérente ont attiré beaucoup d'attention durant ces dernières années. Outre l'amélioration de la sensibilité du récepteur, l'intérêt réside aussi dans l'augmentation de l'efficacité spectrale ainsi que la robustesse contre les effets de propagation dans les fibres. Dans cette thèse, nous développons des outils robustes de traitement numérique du signal spécifiques au canal optique et aux transmissions utilisant le multiplexage de polarisation(POLMUX) et des modulations de phase et d'amplitude (QAM). Ces algorithmes effectuent les opérations d'estimation de phase et de l'écart de fréquence, ainsi que d'égalisation et poursuite des variations du canal. L'optimisation de ces algorithmes est essentielle vu qu'ils sont à implémenter dans des circuits opérant à quelques dizaines de MHz. En outre, comme les QAMs sont plus sensibles aux distorsions du canal, il est essentiel de construire des algorithmes plus robustes et des estimateurs plus précis que ceux déjà proposés pour les modulations de phase. Nos algorithmes sont testés à travers des simulations d'un système POLMUX-16QAM et validés par un traitement offline des mesures expérimentales réalisées à HHI, Berlin dans le cadre du projet EURO-FOS

Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude des propriétés des couches minces de matériaux semi-conducteurs à base de tellurure de cadmium CdTe. L'étude de l'influence de différents paramètres de dépôt sur les propriétés des couches minces de CdTe nous a permis de mettre au point une méthode de préparation d'un nouveau matériau à base de CdTe. Il s'agit du tellurure de cadmium amorphe oxygéné aCddTe:O. Le dépôt de couches minces de a-CdTe:O à partir d'une cible polycristalline de CdTe nécessite l'utilisation d'un plasma à haut pouvoir oxydant. Le plasma que nous avons utilisé est obtenu à partir d'un mélange d'argon Ar, de dioxygène et de diazote soumis à un champ électrique radiofréquence de 13,56 MHz. Nous avons montré que le diazote joue un rôle de catalyseur de l'oxydation de CdTe dans le plasma de déposition dont la composition détermine celle des couches minces de a-CdTe:O. En effet, la teneur en oxygène de ces couches peut avoisiner les 60 % lorsque les conditions d'oxydation sont poussées à l'extrême. Les propriétés optiques des couches minces de a-CdTe:O dépendent beaucoup de la teneur des couches en oxygène. C'est ainsi que l'énergie Eg du gap optique varie entre 1,45 eV et 1,85 eV pour une teneur en oxygène variant entre 0 et 40 % en pourcentage atomique. La valeur extrapolée à l'infrarouge de l'indice de réfraction de ces couches varie, quant à elle, entre 2,15 et 2,75. L'étude par XPS montre que l'oxygène incorporé dans les couches minces de a-CdTe:O se lie aussi bien aux atomes de tellure qu'à ceux de cadmium. En utilisant la réfléctométrie des rayons X, nous avons pu mettre en évidence l'influence du plasma oxydant précédent sur les couches minces de CdTe. Nous avons réussi ainsi à mettre au point une méthode qui permet de réduire considérablement la rugosité de surface des couches minces de CdTe. Lorsque l'on pousse à l'extrême les conditions d'oxydation, on peut obtenir des couches minces amorphes de l'oxyde stable CdTeO3. L'étude des propriétés électriques de ces couches permet de mettre en évidence leur caractère isolant. Nous avons pu ainsi déterminer leur résistivité électrique continue 3x10^6 ohm.m et leur constante diélectrique relative (16). Les mesures de transmission optique ont permis de déterminer leur énergie de gap optique Eg=3,91 eV ainsi que la valeur extrapolée à l'infrarouge de leur indice de réfraction (1,90). Des couches minces amorphes de CdTeO3 ont aussi été déposées sur CdTe en couche mince. Un recuit approprié des structures ainsi obtenues permet de faire croître du CdTeO3 polycristallin sur du CdTe polycristallin.

Ce mémoire porte sur le comportement des solitons affectés, lors de leur entrée dans un guide d'onde à fibre optique, d'une légère distorsion de profil par rapport au profil stationnaire dans le guide. Notre modèle théorique combine l'équation de propagation du champ électrique (Equation de Schrödinger Non Linéaire) et le système d'équations d'évolution des paramètres physiques de l'impulsion (issu de la théorie des coordonnées collectives). Nous dressons une cartographie générale qui dévoile une diversité insoupçonnée de comportements dynamiques au voisinage de l'état stationnaire de l'impulsion, liée à la perturbation initiale du profil de l'impulsion. Cette cartographie établit une classification des solitons en deux grandes familles, correspondant respectivement aux impulsions lumineuses qui génèrent un rayonnement au cours de leur propagation et aux impulsions non rayonnantes. Au sein de chacune de ces deux grandes familles d'impulsions, nous démontrons l'existence de comportements atypiques, que nous qualifions de solitons hyperthermiques (solitons chauds), solitons hypothermiques (solitons froids), et solitons isothermiques, qui correspondent respectivement à des impulsions qui se propagent de manière hautement stable avec un niveau d'énergie supérieur, inférieur, et égal à l'énergie de l'état stationnaire. Aux frontières des domaines d'existence de ces différents types de soliton, nous trouvons des comportements hybrides, correspondant à des solitons qui se refroidissent en cours de propagation suite à une perte significative d'énergie provoquée par un rayonnement intense, et qui changent d'état (de l'hyperthermie à l'hypothermie, ou de l'isothermie à l'hypothermie). Enfin, l'onde de rayonnement émise par une impulsion lumineuse n'est pas identifiée comme étant un processus continuel, mais plutôt comme une bouffée d'énergie émise en début de propagation, et sa suppression dans le guide d'onde est considérée comme réalisable

Depuis une dizaine d’années, avec la diversification des appareils connectés (PCs, Tablettes, TVs et Smartphones), l’écosystème Internet s’est drastiquement étendu. Aujourd’hui, 80 % du trafic IP mondial est concentré dans les centres de données. Pour répondre aux problématiques d’échelle des centres de données en terme de densité de bande passante, de consommation énergétique et de coût des interconnections, le développement de nouveaux émetteurs optiques est critique. L’objectif de cette thèse est de proposer et évaluer différentes architectures d’émetteur en photonique sur silicium afin de répondre à la prochaine norme de débit de 400 Gbit/s sur des transmissions de 2 kilomètres. Le modulateur électro-optique sélectionné est le modulateur silicium en anneau résonant. Il possède des avantages non négligeables: faibles dimensions, faible consommation énergétique, et il permet un multiplexage dense en longueurs d’ondes. Durant cette thèse, l’optimisation de l’émetteur optique a été faite de manière progressive: de la jonction active à l’émetteur complet. Cette première étude a identifié les différents compromis à faire sur les paramètres du modulateur en anneau afin de définir ses performances. Un model compact du modulateur a été créé, permettant d’optimiser le composant avec un temps de simulation très réduit. Puis, tout en utilisant le modèle compact, deux architectures d’émetteur ont été étudiées basées sur une architecture classique de la littérature. Elles sont basées sur la mise en série de 8 modulateurs en anneau, chacun modulant une longueur d’onde différente. La différence entre les deux architectures vient du format de modulation utilisé: la première est modulée avec des signaux sur deux niveaux électriques avec des signaux sur 2 niveaux électriques au format d’impulsions en amplitude (PAM-2) à 50 Gbaud ; alors que la deuxième est modulée avec des signaux sur 4 niveaux électriques au format d’impulsions en amplitude (PAM-4). Les deux solutions répondent aux demandes de performances de la norme 400 Gbit/s avec les mêmes points de compromis de fonctionnement. Finalement, de nouvelles architectures d’émetteur optique ont été proposées permettant de réaliser la modulation PAM-4. Contrairement aux solutions précédemment étudiées, ces architectures utilisent en entrée deux flux de bits en parallèle qui sont optiquement combinés pour générer en sortie une modulation PAM-4. Une première solution est basée sur la mise en série de deux modulateurs en anneaux. Cette architecture a été validée avec des caractérisations de transmission optique à 30 Gbit/s avec seulement 1 Vpp de tension de commande. Une seconde solution a ensuite été proposée, elle est basée sur l’utilisation de deux modulateurs mis en parallèle dans un interféromètre Mach Zehnder. De la même manière, des caractérisations de transmission à 30 Gbit/s avec 1.2 Vpp de tension de commande ont permis de valider le fonctionnement de l’architecture. / Over the past decade, with the diversification of connected devices (PCs, Tablets, TVs and Smartphones), the Internet ecosystem has drastically extended. Today, 80 % world traffic is concentrated in the data centers where the data rate, the size and the cost is still growing. To address such scaling issues as bandwidth density, energy consumption and cost of the interconnects inside the data centers, the development of new optical transmitters is critical. The aim of this thesis is to propose and evaluate transmitter architectures using silicon photonics technology to address next 400 Gbit/s data rate standard over up to 2 kilometer links. The selected electro-optical modulator is the silicon ring resonator modulator which has substantial benefits: low footprint, low energy consumption and enables dense multiplexing. The optical transmitter architectures evaluations were successively optimized: from the active junction to the complete optical transmitter. This study identified the performances trade-offs impacted by the ring resonator modulator parameters. A compact model was generated to physically optimize the component in a reduced simulation time. Then, using the compact model, two transmitter architectures were studied based on classical architecture. Both are based on eight ring resonator modulators arranged in series modulating eight different wavelengths. The difference is the modulation format: the first one is electrically modulated at 50 Gbaud in 2-levels pulse amplitude modulation (PAM-2) and the second one at 25 Gbaud 4-levels pulse amplitude modulation (PAM-4). The two solutions fit the 400 Gbit/s performances demand with the use of the same trade-offs. Finally, new transmitter architectures were proposed to generate PAM-4 modulation. Unlike the previous architecture, they have in input two parallel bit streams which are optically combined to generate the PAM-4 modulation. The first solution is based on two silicon ring resonator modulator arranged in series. This architecture was validated through 30 Gbit/s transmission characterizations with only 1 Vpp. A second solution was then proposed, based on two silicon ring resonator modulators arranged in parallel in a Mach Zehnder interferometer. In the same way, transmission characterizations at 30 Gbit/s with 1.2 Vpp allows this architecture to be validated.

Ce mémoire porte sur le comportement des solitons affectés, lors de leur entrée dans un guide d'onde à fibre optique, d'une légère distorsion de profil par rapport au profil stationnaire dans le guide. Notre modèle théorique combine l'équation de propagation du champ électrique (Equation de Schrödinger Non Linéaire) et le système d'équations d'évolution des paramètres physiques de l'impulsion (issu de la théorie des coordonnées collectives). Nous dressons une cartographie générale qui dévoile une diversité insoupçonnée de comportements dynamiques au voisinage de l'état stationnaire de l'impulsion, liée à la perturbation initiale du profil de l'impulsion. Cette cartographie établit une classification des solitons en deux grandes familles, correspondant respectivement aux impulsions lumineuses qui génèrent un rayonnement au cours de leur propagation et aux impulsions non rayonnantes. Au sein de chacune de ces deux grandes familles d'impulsions, nous démontrons l'existence de comportements atypiques, que nous qualifions de solitons hyperthermiques (solitons chauds), solitons hypothermiques (solitons froids), et solitons isothermiques, qui correspondent respectivement à des impulsions qui se propagent de manière hautement stable avec un niveau d'énergie supérieur, inférieur, et égal à l'énergie de l'état stationnaire. Aux frontières des domaines d'existence de ces différents types de soliton, nous trouvons des comportements hybrides, correspondant à des solitons qui se refroidissent en cours de propagation suite à une perte significative d'énergie provoquée par un rayonnement intense, et qui changent d'état (de l'hyperthermie à l'hypothermie, ou de l'isothermie à l'hypothermie). Enfin, l'onde de rayonnement émise par une impulsion lumineuse n'est pas identifiée comme étant un processus continuel, mais plutôt comme une bouffée d'énergie émise en début de propagation, et sa suppression dans le guide d'onde est considérée comme réalisable / This thesis examines the dynamical behaviour of solitons which are affected, when entering a fiber-optic waveguide, by a slight distortion of profile as compared to the stationary profile in the guide. Our theoretical model combines the propagation equation of the electric field (Non-Linear Schrödinger Equation) and the system of equations of evolution of the physical parameters of the pulse (derived from the collective coordinates theory). We establish a general mapping which reveals an unsuspected diversity of dynamic behaviour around the stationary state of the pulse, in relation with the initial perturbation of the pulse's profile. This mapping establishes a classification of solitons in two broad categories, which correspond to light pulses that generate radiation during their propagation and to non-radiating pulses, respectively. Within each of these two broad classes of pulses, we demonstrate the existence of different kinds of atypical behaviour, which we qualify as hyperthermic solitons (hot solitons), hypothermic solitons (cold solitons) and isothermic solitons, which correspond respectively to pulses that propagate in a highly stable manner with an energy level higher than, lower than, and equal to the energy of the stationary state. On the borders of the domains of existence of these various types of solitons, we find hybrid behaviours, corresponding to solitons that cool during propagation, due to a significant loss of energy caused by an intense radiation, and which change state (from hyperthermia to hypothermia, or from isothermal to hypothermia). Finally, the radiation emitted by a light pulse is not identified as being a continual process, but rather as a ball of energy emitted in the beginning of propagation, and its suppression in the waveguide is considered as practicable

Les systèmes de communications optiques jouent un role important pour satisfaire la demande incessante de trafics de données. Cette demande, induite par des applications gourmandes en termes de bande passante et débit, necéssite une augmentation de la capacité des réseaux optiques d’accès et par conséquent une augmentation des capacités de réseaux de transports métropolitains et longues distances. La prochaine génération de systèmes WDM longue distance devrait opérée à des débits de 400Gbps ou 1Tbps. Cette montée en débit s’appuiera sur des nouvelles formes d’ondes avancées de type mono-porteuse (Nyquist-WDM) ou multi-porteuse (OFDM multi-bande). Ces approches sont basées sur le multipléxage de plusieurs porteuses espacées par des intervalles de garde réduits. D’autre part, pour générer ces très haut débits, des modulations multi-états sont utilisées pour chaque porteuse grâce à leur efficacité spectrale élevée. Ces types de systèmes, qui combinent à la fois les approches multi-bande et les modulations multi-états, sont extrêmement vulnérables aux effets nonlinéaires de la fibre optique. En fait, les effets nonlinéaires sont dépendants de la puissance de transmission et inversement proportionels à l’intervalle de garde. Cela rend leur compensation indispensable pour maintenir des bonnes performances des systèmes en terme de distance de transmission. Grâce à l’emploi de récepteurs à détection cohérente, des techniques de traitement du signal numérique sont utlisées pour combattre les effets nonlinéaires. Dans cette thèse, nous avons proposé des nouvelles techniques basées sur les séries de Volterra et les égaliseurs à retour de decision pour compenser respectivement les effets nonlinéaires intrabande et les interférences nonlinéaires inter-bande. / Optical communication systems have evolved since their deployment to meet the growing demand for high-speed communications. Over the past decades, the global demand for communication capacity has increased exponentially and the most of the growth has occurred in the last few years when data started dominating network traffic. In order to meet the increase of traffic demands fueled by the growth of internet services, an increase of access network capacity and consequently metro and long-haul network capacities is required. Next generation of long-haul WDM transmission systems is expected to operate at 400Gbps or 1Tbps bit rate. Superchannel approaches, such as Nyquist WDM and multi-band OFDM, allow both high spectral efficiency and small guardband which makes them promising candidates to generate these high bit rates in combination with multi-level modulations formats. Such transmission systems are strongly disturbed by fiber nonlinear effects which increase with the data rate and the small guard band. Therefore, fiber nonlinearities compensation is required to get the desired performance in terms of transmission reach. DSP based approaches such as digital back propagation and third-order Volterra based nonlinear equalizer have been already proposed to deal with intra-channel or intra-band nonlinear effects. In the context of superchannel systems, we have proposed two new compensation techniques to deal with fiber nonlinear effects. The first one, called fifth-order inverse Volterra based nonlinear equalizer, compensate for intra-band nonlinear effects. The second approach, which is the interband/ subcarrier nonlinear interference canceler, is proposed to combat the nonlinear interference insuperchannel systems.