Le trafic internet mondial étant toujours plus important, l’augmentation du débit transmis dans les fibres optiques de façon à diminuer le coût par bit est nécessaire. Les technologies actuelles sur fibres monomodes approchent une limite fondamentale empêchant une augmentation conséquente du débit dans les fibres optiques. Une nouvelle technique appelée le multiplexage de mode spatial est une solution pour dépasser cette limite. Plusieurs modes spatiaux, correspondant aux solutions des équations de propagation, sont multiplexés dans une fibre spécifique pour multiplier le débit transmis par le nombre de modes utilisés. Pour la mise en œuvre de cette technique, ma stratégie est de séparer les modes spatiaux de façon hybride, c'est-à-dire d’abord optiquement puis avec un traitement numérique relativement peu complexe. Dans cette approche, la diaphonie entre les modes non dégénérés n’est pas compensée et doit donc être minimisée sur toute la ligne de transmission pour une transmission de données de bonne qualité. Par l’utilisation d’un multiplexeur-démultiplexeur et d’une fibre pouvant propager six modes spatiaux et induisant peu de diaphonie, j’ai réalisé la transmission d’un signal monocanal de 6x100 Gbit/s dans une fibre de 40 km. Pour des transmissions plus longues que 80 km, un amplificateur est nécessaire pour compenser les pertes de la fibre optique. J’ai donc conçu un amplificateur à fibre dopé Erbium pour cinq modes spatiaux induisant peu de diaphonie et avec un gain supérieur à 15 dB pour tous les modes et réalisé la transmission d’un signal de 5x100 Gbit/s sur une distance de 80 km avec un traitement numérique relativement simple. / With the growth of the internet traffic, it is necessary to increase the throughput of optical fibers in such a manner that the cost per transmitted bit decreases. With the current single mode fiber technologies, we are approaching a fundamental limit which prevents us to continue to increase the throughput in these fibers. A new technique called spatial mode multiplexing is investigated as a solution to overcome this limit. Several spatial modes, corresponding to the solutions of the propagation equations in the fiber, are multiplexed into a specific fiber in order to multiply the throughput by the number of transmitted modes. To implement this technique, my strategy is to separate modes first optically and to use a relatively low complex digital signal processing (DSP). Thus the crosstalk between spatial modes should be minimized in the whole transmission line to retrieve the data. By using a multiplexer-demultiplexer and a fiber supporting six modes and inducing low crosstalk, I achieved 40 km long transmission of six modes each transporting 100 Gb/s on a single wavelength. Transmissions longer than 80 km need an amplifier supporting all modes to compensate the losses in the optical fiber. I thus built a five modes Erbium doped fiber amplifier with low crosstalk and >15 dB gain to achieve the transmission of five modes carrying each 100 Gbit/s in an 80 km long fiber with low complex DSP.

A novel photonic frequency discriminator has been developed. The discriminator utilizes a Mach Zehnder interferometer-assisted ring resonator to achieve enhanced linearity. A numerical frequency-domain two-tone test is performed to evaluate the unique design of the discriminator, particularly for suppression of the third order intermodulation distortion. The discriminator is switchable between linear-intensity and linear-field regimes by adjusting a phase delay on one arm of the Mach Zehnder interferometer. Through the simulation, the linear<intensity discriminator is shown to be advantageous. The discriminator is an optical ring resonator-Mach Zehnder interferometer synthesized passive filter. The ring resonator is made of Arsenic trisulfide (As2S3) and the bus waveguide is a Titanium<diffused Lithium niobate (LiNbO3) waveguide. This As2S3 ring-on-Ti:LiNbO3 hybrid structure offers electro-optic tunability of the device owing to a strong electro-optic effect of the substrate material. A large optical confinement factor achieved by vertical integration of the As2S3 strip waveguide on a LiNbO3 substrate enables a low loss ring resonator. The Mach Zehnder interferometer is formed by the optical path length difference of the birefringent LiNbO3 substrate instead of a physical Y-branch structure, which makes the fabrication tolerances relaxed. In order for this highly birefringent device to be characterized, each polarization mode must be measured separately. A novel algorithm which can measure the wavelength-swept Jones matrix including its phase response is devised. The efficacy of the algorithm is demonstrated by characterizing a ring resonator. Finally, the fabricated discriminator is fully characterized using the algorithm.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'analyse et la conception de réseaux étudiés sont les réseaux de fibres optiques et les réseaux de capteurs. Les problématiques étudiées sont: pour les réseaux de fibres optiques, minimiser le coût de déploiement et assurer la qualité de service; dans les réseaux de capteurs, garantir la sécurité des transmissions et l'énergie consommée par le routage des communications. Pour résoudre ces problèmes nous utilisons des techniques de théorie des graphes, de complexité, de programmation linéaire. Le premier problème consiste à concevoir un plan d'installation de fibres optiques de coût minimal permettant de connecter un ensemble de clients à un noeud de raccordement via un ensemble de coupleurs en respectant les contraintes technologiques imposées par la norme. Nous proposons une modélisation de ce problème ainsi qu'une méthode de résolution. Le deuxième problème est un problème de flot avec contrainte de délai où le délai pour traverser une liaison est proportionnel à la quantité de flot quicircule sur celle-ci. Nous proposons une preuve de NP-complétude dans le cas général, un algorithme d'approximation facteur 2 dans le cas où le graphe support est un chemin et une heuristique évaluée de façon expérimentale qui calcule en un temps raisonnable de bonnes solutions pour des instances de tailles réelles. Enfin, nous proposons deux protocoles concernant les réseaux de capteurs. Le premier, basé sur un algorithme distribué, calcule un ensemble de chemins disjoints entre les terminaux. Le second maximise la durée de vie d'un réseau de capteurs alimentés par batteries. Des résultats s'expérimentations numériques sont présentés. / In this thesis, we study some optimization problem applied to telecommunication networks. We study fiber optical networks and sensor networks. We are interested to analysis and design for these types of networks. The issues studied are: for fiber optic networks, minimize the cost of deployement and ensure quality of service; for sensors network, ensure the safety of transmissions and the energy consumed. To solve these problems we use techniques as graphs theory, complexity, linearprogramming, generalized flows and paths with resource constraints. The first problem is to minimize the cost to deploy a fiber optical network which connect a set of customers to a connection node through a set of splitter and deal about technological constraints imposed by the standard. We propose a model and a method of resolution for this problem. The second problem is a flow problem with delay constraint where time to cross a edge is proportional to the amount of flow that flows thereon. We offer a proof of NP-completeness in the general case, an approximation algorithm factor 2 in the case where the support graph is a path and an estimated experimentally an heuristic that calculates good solutions for instances of real sizes. Finally, we propose two protocols for sensor networks, which resulted in two patents. The first, based on a distributed algorithm, calculates a set of disjoint paths between terminals. The second maximizing the lifetime of sensors powered by batteries. The results of numerical experiments are also presented.