L'objectif du travail présenté dans ce mémoire est de définir une méthode rigoureuse de conception d'oscillateurs à faible bruit de phase à base de transistors à effet de champ (MESFET, HEMT et HEMT pseudomorphique) dans le cas où le transistor et le résonateur sont simultanément refroidis à des températures cryogéniques. Dans une première partie, nous présentons une caractérisation électrique complète des différents types de TEC à la température de l'azote liquide. Nous insistons particulièrement sur les mécanismes de piègeage-dépiègeage sur des centres profonds et nous proposons une méthode permettant de s'affranchir du phénomène de collapse qui est l'inconvénient majeur au fonctionnement du composant refroidi. Nous avons pu alors, à partir de mesures de paramètres S et impulsionnelles, extraire un modèle fort signal pour chaque transistor. Dans une deuxième partie, nous étudions les mécanismes de conversion du bruit basse fréquence en bruit de phase dans les oscillateurs à base de TEC. Nous examinons tout d'abord l'influence du signal microonde sur l'amplitude et la forme des spectres de bruit basse fréquence. Nous analysons ensuite les fluctuations de fréquence de l'oscillateur à partir du produit du bruit basse fréquence du TEC et du facteur de pushing. L'incapacité de cette méthode pour des tensions de polarisation de grille où le facteur de pushing décroît jusqu'à la valeur nulle est alors clairement montré. En conséquence, nous présentons un nouveau modèle non-linéaire de TEC utilisant deux sources de bruit non corrélées rendant compte des effets distribués le long de la région active du composant. La dernière partie de ce mémoire est consacrée à la réalisation et à la caractérisation d'un oscillateur cryogénique à base de TEC.

Les qualités des VCSELs (coût, encombrement, intégration, etc...) en font un émetteur incontournable des liaisons datacom, aussi bien que des liaisons analogiques pour applications embarquées. Nous avons établi un système d'équations propres aux VCSELs AlGaAs à émission monomode, incluant les phénomènes de bruit d'intensité. Ce modèle est étendu aux VCSELs à émission multimode pour lesquels l'interaction entre les modes par un phénomène de "spectral hole-burning" est responsable d'une élévation du niveau de RIN (Relative Intensity Noise) aux basses fréquences. Partant des équations d'évolution linéarisées monomodes et bi-modes, nous avons parallèlement développé un schéma électrique équivalent incluant des sources équivalentes de bruit en tension et en courant. La réalisation d'un banc de mesure de bruit de faible puissance pour VCSELs sous pointes et VCSELs fibrés en boîtiers nous ont permis de caractériser le comportement en bruit de ces diodes laser et de valider les résultats de simulation du modèle pour différentes structures de VCSELs à diaphragme d'oxyde sur une très large bande de fréquences jusqu'à 10 GHz. Finalement, prenant en compte les phénomènes non-linéaires des interactions photons-électrons dans la zone active, nous avons modélisé le report du bruit d'intensité basse fréquence du laser vers le signal hyperfréquence modulant directement le VCSEL. La caractérisation du bruit de 10 Hz à 1 MHz de la fréquence du signal de référence transmis par une liaison optoélectronique ayant un VCSEL pour émetteur a validé notre modèle de dégradation de la pureté spectrale.