Ce mémoire est consacré à l'étude et à la réalisation de sources impulsionnelles, constituées de lasers à semi-conducteurs soumis à une rétroaction optique non linéaire ou filtrée, pour des applications dans les domaines liés aux télécommunications optiques. Après un bref rappel des principales méthodes utilisées pour réaliser des sources impulsionnelles, nous présentons les notions théoriques nécessaires à la compréhension du phénomène de rétroaction optique ainsi que les principales réalisations de sources impulsionnelles, utilisant une contre-réaction, disponibles dans la littérature. Puis nous nous intéressons à l'analyse, principalement numérique, de la dynamique d'un laser contre-réactionné par un miroir non linéaire. Cette étude a permis de mettre en évidence l'existence d'un régime de blocage de modes passif conduisant à la génération d'impulsions caractérisées par un taux de répétition pouvant atteindre 20 GHz. D'autre part, nous montrons que l'utilisation d'un réseau de Bragg à pas variable comme réflecteur externe d'un laser fonctionnant en régime de blocage de modes permet la génération d'impulsions en limite de Fourier. La méthode de fabrication d'une telle cavité composée d'un réseau de Bragg et d'une microlentille est décrite. Et nous présentons un modèle permettant d'analyser numériquement le comportement de lasers soumis à une contre-réaction filtrée ainsi qu'une analyse statique de ce dernier. Nous terminons cette étude par l'analyse de l'influence d'une injection optique sur les caractéristiques de ces impulsions.

Au niveau industriel, les capteurs électriques de mesure de la teneur en eau dans les solides sont généralement mono fréquentiel. La fréquence de fonctionnement est choisie arbitrairement. Par contre, la sensibilité de la teneur en eau dépend du type de matériau et des liaisons d’eau existantes. D’une part, la fréquence de relaxation diélectrique de l’eau à l’état liquide est située dans la bande des Micro-ondes. D’autre part, la fréquence de relaxation diélectrique de l’eau liée dépend du matériau mais elle est dans la bande des Radiofréquences. En se basant sur cette hypothèse, le but de cette thèse consiste à analyser la sensibilité fréquentielle vis-à-vis les liaisons d’eau dans les solides en utilisant comme un paramètre intermédiaire la permittivité diélectrique complexe. La première partie du travail a eu pour objectif de valider deux cellules de mesure de type capacitive et coaxiale développées au CETIAT pour mesurer les caractéristiques diélectriques. Les deux cellules de mesure ont été validées pour mesurer la permittivité diélectrique complexe des liquides, solides et des produits humides dans la bande [1 MHz – 2 GHz] et une comparaison avec l’outil EpsiMu® développé par l’Institut Fresnel a été réalisée.En deuxième phase, nous étudions expérimentalement des matériaux humides en couplant la caractérisation électromagnétique avec la méthode thermo-coulométrique qui permet de mesurer et de distinguer sélectivement les liaisons d’eau existante dans un solide.À l’issue de cette phase, une étude paramétrique sur les spectres diélectriques complexes a été réalisée pour identifier des sensibilités par rapport aux fractions d’eau existantes. / This thesis is part of a European research project called METfnet (Metrology for Moisture in Solids).In industry, the electrical sensors for measuring the water content in the solids are generally mono-frequency and the operating frequency is chosen arbitrarily.The sensitivity to the water content depends on the type of material and the existing water bounds. On the one hand, the dielectric relaxation frequency of water in the liquid state is located in the microwave band. On the other hand, the dielectric relaxation frequency of the bound water depends on the material, but it is known that it’s situated in the radio frequency band.Based on this hypothesis, the aim of this thesis is to analyze the frequency sensitivity with respect to water bonds in solids by using as an intermediate parameter the complex dielectric permittivity.In the first phase of the work, we validate metrologically two instruments: capacitive and coaxial, both of them are developed at CETIAT for measuring the dielectric constant. The two measuring cells were validated to measure the complex dielectric permittivity of liquids, solids and wet products in the [1 MHz - 2 GHz] band and a comparison with the EpsiMu® tool developed by the Fresnel Institute was carried out. In the second phase, we experimentally study wet materials by coupling electromagnetic characterization with the thermo-coulometric method, which selectively measures and distinguishes existing water bounding forms in a solid.At the end of this phase, a parametric study on the complex dielectric spectrum was carried out to lead to the identification of sensitivities with respect to the existing water fractions.

Les Oscillateurs Spintronique (STNO) sont un nouveau type d'oscillateurs à fréquence radio (RF) qui utilisent l'effet « Spin Transfer Torque (STT) » dans un dispositif de jonction tunnel magnétique (MTJ) pour produire des oscillations entretenues à haute fréquence. Les STNO fournissent des solutions compactes pour la communication sans fil utilisées dans « wireless sensor network (WSN) » car leur fréquence peut être réglée via un courant continu. Ce réglage de fréquence permet de coder l'information via « Frequency shift keying (FSK) » par modulation numérique entre deux valeurs discrètes sans besoin d'un RF mixer, ce qui conduit à des composants RF potentiellement moins complexes. Dans cette thèse, la faisabilité de FSK a été étudiée pour des STNO MTJ à aimantation dans le plan en vue des communications sans fil utilisées dans les WSN. Les paramètres abordés dans cette étude sont le décalage de fréquence et le taux de modulation maximum, auquel la fréquence peut être décalée entre deux valeurs discrètes.Pour caractériser le taux de modulation maximum, des simulations macrospin et des études expérimentales ont été réalisées. Les simulations révèlent que le taux de modulation maximum pour FSK par courant est limité par la fréquence de relaxation du STNO, qui est de l'ordre de quelques centaines de MHz pour les STNO à aimantation dans le plan. Cela signifie que le taux de modulation maximum est limité à quelques centaines de Mbps, ce qui est ciblé ici pour une communication sans fil à débit de données modéré utilisées dans les WSN. Des études expérimentales du FSK par modulation de courant dans les STNO ont été effectuées pour des STNO autonomes et pour des STNO intégrés dans des systèmes hyperfréquences. Le FSK sur les STNO autonomes montre un décalage de fréquence autour de 200 MHz (le décalage de fréquence entre ≈ 8,9 GHz et ≈9,1 GHz) au taux de modulation de 10Mbps. Ce taux de modulation est inférieur à la limite supérieure donnée par la fréquence de relaxation du STNO comme prévu dans la simulation numérique en raison du bruit de phase relativement élevé du dispositif mesuré. Afin de tester la faisabilité du STNO dans les systèmes hyperfréquences, la modulation FSK des STNO a été effectuée sur un émetteur de carte de circuit imprimé (PCB). L'émetteur de PCB a été réalisé et développé par le partenaire du projet Mosaic FP7, TUD University. L'analyse confirme qu'un changement de fréquence autour de 300 MHz (le décalage de fréquence entre ≈9 GHz et ≈9,3 GHz) a été observé avec un taux de modulation de 20 Mbps. Le taux de données est limité par les caractéristiques de l'émetteur de PCB et non intrinsèque au STNO. Les études de simulation et d'expérience de la modulation de fréquence des STNO démontrent que le débit de données est adéquat pour la communication sans fil utilisée dans WSN.Cependant, d'autres améliorations dans les matériaux et la nanofabrication de STNO sont nécessaires pour améliorer la puissance de sortie et améliorer les caractéristiques spectrales des oscillations pour pousser les débits de données à des valeurs plus élevées avec un grand décalage de fréquence / Spin Transfer Nano-Oscillators (STNOs) are a novel type of Radio Frequency (RF) oscillators that make use of the Spin Transfer Torque (STT) effect in a magnetic tunnel junction (MTJ) device to produce high-frequency auto-oscillations. STNOs are attractive for applications in wireless communications due to their nanometric size and their frequency tuning capabilities via either a dc current or an applied field. This frequency tuning permits to encode the information via frequency shift keying (FSK) by digital modulation of the current or applied field between two discrete values without the need of an external RF mixer, leading to potentially less complex RF components. In this thesis, the feasibility of the digital frequency modulation (frequency shift keying (FSK)) using in-plane magnetized MTJ STNOs has been studied. For this, the maximum modulation rate, up to which a signal can be modulated or the frequency can be shifted between two discrete values, is an important aspect that need to be characterized.The characterization of the maximum modulation rate for in-plane magnetized MTJ STNOs has been studied via numerical macrospin simulation for different modulation configurations, i.e. modulation by a sinusoidal RF current and a sinusoidal RF field. It revealed that the maximum modulation rate under RF current modulation is given by the amplitude relaxation frequency fp of the STNO. Under RF field modulation, i.e. an RF field applied parallel to the easy axis, an enhanced modulation rate above fp can be achieved since the frequency is modulated directly via the field and not via the amplitude. This suggests an important strategy for the design of STNO-based wireless communications and to achieve high data rates. Besides numerical simulation, experimental studies of frequency shift keying (FSK) by current modulation in STNOs have been also demonstrated. The first demonstration is the FSK in standalone STNOs. The analysis confirmed that the FSK was successfully observed with a frequency shift around 200MHz (the frequency shift between ≈8.9 GHz and ≈9.1 GHz) at the modulation rate of 10Mbps. This modulation rate is however less than the upper limit, which is given by the relaxation frequency fp of the STNO as predicted in the numerical simulation, because of the relatively high phase noise of the device measured. In order to test the feasibility of the STNO within microwave systems, the FSK modulation of STNOs was performed on a printed circuit board (PCB) emitter. FSK with a frequency shift around 300MHz (the frequency shift between ≈9 GHz and ≈9.3 GHz) was observed with a modulation rate of 20 Mbps. The data rate here was limited by characteristics of the PCB emitter and not intrinsic to the STNO. The simulation and experiment studies of frequency modulation of STNOs demonstrate that the data rate of is adequate for wireless communication used in WSN. However, further improvements in materials and nanofabrication of STNOs are required to enhance the output power and improve the spectral characteristics of the oscillations to push the data rates to higher values with large frequency shift.