Dissertations / Theses on the topic 'Codeurs optiques'

L'optique intégrée est une technique très prometteuse pour une fabrication de masse de circuits optiques pour les télécommunications et/ou l'instrumentation.
La technologie sol-gel a déjà démontré son potentiel. Un nouveau matériau sol-gel hybride à polymérisation cationique de type Epoxy a été développé dans le but de la simplification de la synthèse et de l'amélioration des performances en particulier l'adhérence.
Ce travail a pour objectif le développement d'un banc d'écriture laser UV dans une couche Epoxy et l'établissement du protocole de fabrication associé. Ce procédé de polymérisation locale est une alternative prometteuse aux techniques lithographiques par masque.
Ce nouveau banc utilise un laser pulsé travaillant à faible longueur d'onde pour une meilleure résolution et une meilleure polymérisation.
Ce travail a montré la faisabilité de circuits complexes de type multiplexeurs WDM avec un procédé d'inscription à faible coût. Nous avons réalisé les premiers prototypes de circuits dédiés à la sélection multiple de longueurs d'onde pour le (dé)codage du CDMA optique spectral.

Depuis quelques années, le besoin de systèmes de communications plus rapides et plus sures se fait sentir. Le partage entre utilisateurs de la très grande bande passante des fibres optiques nécessite des techniques d'accès adaptées. Afin de répondre à ces besoins, un certain nombre de techniques de multiplexage, dont le CDMA, ont été développées. Cette technique d'accès multiple est déjà largement utilisée dans les systèmes de communications radio-mobiles, que ce soit dans les normes américaines (IS 95), japonaises ou, plus récemment, européenne (UMTS). Ce rapport de thèse traite du DS-CDMA appliqué aux communications optiques. Le premier chapitre permet une mise en contexte et décrit le fonctionnement des techniques de multiplexage utilisées dans les systèmes radiofréquences et les systèmes de transmissions optiques. Le second chapitre présentes les différents types de code utilisés dans les systèmes CDMA. Les codes bipolaires associés aux systèmes radiofréquences sont définis et une présentation des codes optiques est effectuée. Les caractéristiques et contraintes que doivent respecter ces codes optiques, pour être utilisable dans une liaison DS-CDMA optique, sont données. Dans le troisième chapitre, la transmission de signaux CDMA sur un canal optique, passif ou amplifié est abordée et les configurations de décodage électrique et optique, ainsi que les performances du système optique dans ces différentes configurations sont étudies La dernière partie de notre étude concernera l'utilisation de codeurs / décodeurs à réseaux de Bragg dans un système CDMA optique. Des simulations et des montages expérimentaux permettront d'étudier la faisabilité d'une telle implémentation.

L'étude réalisée dans ce mémoire porte sur le codage correcteur d'erreurs utilisé pour compenser les différentes limitations d'un système de transmission optique sur fibre, notamment celles liées au processus quadratique de photo détection. Dans le cas simple utilisateur, ce processus modifie la statistique du signal détecté qui s'apparente à une fonction chi-2. En tenant compte de cette statistique, le décodage itératif des codes LDPC a été adapté pour optimiser les performances. Dans le cas d'un système incluant l'accès multiple par répartition de codes, principalement limité par l'interférence d'accès multiple, la photo détection engendre un bruit de battements, ou beat noise. L'étude de la statistique du signal détecté a permis d'établir un modèle théorique en mixture de chi-2. Les performances du décodage LDPC ont été optimisées en se basant sur ce modèle, permettant ainsi une application au cas d'une transmission multimédia
The work done in this study focuses on forward error correction used to compensate for performance degradations in fiber optical links, mainly corrupted by the quadratic photo detection process. When we consider a single user transmission, this process has an impact on the photo detected signal statistic, which can be represented as a chi-square function. Taking into account this statistic, the iterative decoding used for LDPC codes is modified in order to optimise the performance. In the case including Optical Code Division Multiple Access, mainly disrupted by Multiple Access Interference, photo detection induces beatings called beat noise. Studying the photo detected signal statistic leads us to establish a theoretical model based on a mixture of chi-square distribution. The error correction performance has been optimised by taking into account this model in the decoding process, which permits considering an application to multimedia transmissions

La technologie de mesure de déplacement de l'interférométrie diffractante à été développée dans l'objectif d'une miniaturisation. Le travail comprend la technologie de fabrication de la règle de mesure et du réseau de lecture de période submicronique ainsi que le design et la fabrication d'un Opto-ASIC spécifique. Le principe interférentiel a été mis en oeuvre sous la forme d'un prototype de tête de lecture hybride miniature selon une nouvelle configuration après qu'une étude exhaustive sur les tolérances de fabrication et de montage ait été faite. Le prototype est prêt à être inséré dans divers systèmes électro-mécaniques. Le système développé a été utilisé comme un outil de caractérisation de très haute résolution pour le test de la cohérence spatiale de grands réseaux
The displacement measurement technology of diffractive interferometry has been developed in the objective of miniaturization. This work encompasses the manufacturing technologies of the grating scale and the submicron period readout grating, the design and MPW fabrication of a dedicated Opto-ASIC. The interference principle has been implemented in the form of a miniature read head prototype according to a novel device configuration after an exhaustive discussion on the fabrication and mouting tolerances has been made. The prototype is now ready for use in an electro-mechanical system. The system has been used as a high resolution characterization tool for the testin of the spatial coherence of long grating scales

Cette thèse aborde la performance du codage de canal pour les communications optiques sans fil indoor. L’application visée concerne la télésurveillance des données physiologiques de patients mobiles en milieu hospitalier. Après avoir présenté les caractéristiques des liens optiques infrarouges en visibilité directe et en diffus, les techniques permettant de fiabiliser le canal optique non stationnaire à variations lentes notamment par l’emploi de codes correcteurs d’erreurs et de codes correcteurs d’effacements, sont introduites. Les performances des codes de Reed Solomon et LDPC sont évaluées et comparées à la probabilité de blocage du canal optique mobile. L’étude permet de montrer que l’efficacité des codes augmente avec le rendement au prix d’une probabilité de blocage élevée impactant directement les couches supérieures. La performance du codage correcteur d’effacement (codage LT) est alors étudiée en termes de débits atteignables et comparée à la performance de l’ARQ hybride ainsi qu’à la capacité avec blocage. L’étude met en évidence que le codage LT permet d’augmenter le débit effectif et de réduire la puissance optique émise ce qui est important pour une application de télésurveillance médicale, embarquée sur le patient
This thesis deals with the performance of channel coding for wireless optical communications in an indoor environment in the context of mobile patient monitoring. After presenting the optical channel characteristics of LOS and diffuse links, error correcting codes and erasure correcting codes are introduced as a way to achieve reliable transmissions over the non stationary optical channel. The performance of Reed Solomon codes and LDPC codes is then determined and compared to the outage probability of the optical channel. The results show that the performance of LDPC codes increases with the code rate at the expense of an higher outage probability which is a typical parameter for the higher layers. The performance of erasure correcting codes (LT codes) is then studied in terms of achievable rate and compared to the performance of hybrid ARQ and outage capacity. The study shows that LT codes can increase the achievable rate and reduce the optical emitted power which is important for healthcare applications, embedded on the patient

Les systèmes de communications numériques sont omniprésents dans notre quotidien. L'évolution des besoins implique la recherche et le développement de solutions innovantes pour les futurs systèmes de communications. Dans le cadre des communications numériques satellitaires, la plupart des satellites utilisent des liens par radiofréquences pour communiquer avec la Terre. Pour limiter l'utilisation de bande passante et augmenter les débits, les technologies de communications numériques via des liens optiques constituent une alternative intéressante. Ces technologies utilisent des lasers pour l'émission des données et des télescopes en réception. Cependant, l'énergie lumineuse est absorbée ou déviée par les particules présentes dans l'atmosphère terrestre. Ces perturbations sont à l'origine de nouvelles problématiques et de nouveaux schémas de codage doivent être mis au point pour y remédier.Les codes LDPC sont une famille de codes correcteurs d'erreurs. Leurs performances proches de la limite de Shannon en font des solutions très attractives pour les systèmes de communications numériques. Ils ont notamment été sélectionnés dans le standard Wifi et pour la 5G, permettant d'atteindre de très haut débits (plusieurs Gbit/s). Ils ont aussi été retenus par les standards CCSDS et DVB-S2 pour des applications spatiales.Cette thèse porte sur l'étude et l'implantation matérielle de schéma de codage appliqué à des communications numériques satellitaires via des liens optiques. La première contribution est l'étude d'un schéma de codage pour un lien optique descendant avec un décodage canal à entrées souples au sol. Dans le cadre de cette étude, une architecture matérielle permettant d'implanter le processus de décodage sur FPGA et capable d'atteindre un débit attendu de 10 Gbit/s a été développée. Une deuxième contribution porte sur le lien optique montant impliquant un décodeur canal à entrées dures embarqué dans un satellite. Les contraintes qui en découlent ont amené à repenser l'algorithme Gallager B étendu. Cela a permis la conception d'une nouvelle architecture permettant d'effectuer efficacement un décodage à entrées dures tout en respectant les contraintes spatiales au niveau de la complexité matérielle, de la dissipation thermique et du débit (10 Gbit/s)
Digital communication systems are everywhere in our daily life. The evolution of needs implies the research and development of innovative solutions for future communication systems. Considering space digital communications, most satellites use radiofrequency links to communicate with the Earth. To minimize bandwith usage and increase throughputs, digital communication technologies based on optical links represent an interesting alternative. However, luminous energy is absorbed by particules that are present in the Earth's atmosphere. These perturbations implies new issues and new coding schemes must be developed to cope with them.LDPC codes are an error correction code family. Their performance near Shannon's limit makes them an attractive solution for digital communication systems. They have been selected in Wifi and 5G standards to achieve very high throughputs (several Gbps). They were also adopted in CSSDS and DVB-S2 standards for space applications.This thesis is about the study and the hardware implementation of coding schemes applied on optical links for space digital communication systems. The first contribution is the study of a coding scheme for an optical downlink with a soft input decoder on Earth. In this study, we developed a hardware architecture capable of implementing the decoding process on FPGA. The designed decoder reaches the expected throughput of 10 Gbps. A second contribution is about the optical uplink that implies hard input decoding in a satellite. Resulting constraints led us to rethink extended Gallager B algorithm. It made possible the develoment of a new architecture that manages the hard input decoding process efficiently while being compliant with space constraints, such as hardware complexity, heat dissipation and throughput (10 Gbps)

Ce travail s'inscrit dans le cadre des réseaux optiques haut débit où la bande passante de la fibre est partagée entre plusieurs utilisateurs. Ce type de réseau conduit à s'intéresser aux techniques d'accès multiple déjà bien connues en communication radiofréquences pour le partage des ressources. L'accès multiple par répartition de code est considéré aujourd'hui dans ce contexte comme une solution attractive. Dans cette thèse, nous étudions l'encodage et le décodage temporels "tout-optique" pour l'accès multiple utilisant des réseaux de Bragg. En particulier, nous analysons en détail les performances d'un système OCDMA cohérent temporel à réseaux de Bragg superstructurés. Nous spécifions tout d'abord, les codeurs et décodeurs à réseaux de Bragg superstructurés que nous fabriquons ensuite par les méthodes de photo-inscription à "masque de phase" et à "interféromètre de Lloyd". Les réponses des codeurs et des décodeurs sont mesurées expérimentalement, comparées aux résultats de simulations et analysées. Nous caractérisons les réseaux de Bragg superstructurés par la méthode de réflectométrie à faible cohérence et interprétons la courbe de cinétique de croissance observée lors de leur photo-inscription. L'impact de la désadaptation entre les paramètres des codeurs et des décodeurs est évalué, montrant que les sources de bruits d'un système OCDMA ne sont pas seules en cause dans la dégradation de ses performances. Nous étudions ensuite, l'impact du temps de cohérence du laser sur la génération des codes, sur la construction de la fonction d'autocorrélation, et par conséquent, sur les performances du système OCDMA. Nous montrons que l'implémentation de codes à structure apériodique améliore considérablement la robustesse du système aux perturbations interférométriques et que le système se révèle également plus robuste face aux interférences entre symboles et aux bruits de battements. Nous analysons l'impact de la durée d'intégration du photo-détecteur sur les performances en taux d'erreurs binaires du système et montrons qu'il est possible de relâcher la contrainte

ALes codes graphiques tels que les codes-barres et les codes 2D sont une technologie majeure de l'identification et de l'EDI. L'affichage et la lecture de ces pictogrammes bicolores constituent un système singulier de communication numérique, ce qui nous a amené à conduire son analyse en nous axant sur la théorie de l'information. Nous avons proposé sur les bases radiométriques et optiques une modélisation du canal de transmission par un filtre linéaire bruité par un processus additif gaussien. Les paramètres du modèle sont ainsi fonction des caractéristiques du code, de son positionnement, de la puissance de rayonnement et des caractéristiques de la caméra. Les performances du système sont évaluées en calculant l'information mutuelle moyenne (IMM). Dans le cas 1D (codes-barres), l'IMM est estimée par une variante de l'étape "Forward" du BCJR en utilisant la markovianité du canal. L'IMM est alors une mesure objective à partir de laquelle nous définissons une profondeur de champ ainsi qu'une résolution spatiale théorique. Ces deux critères complètent et enrichissent leur pendant géométrique en tenant compte des distorsions et du bruit du canal. Dans le cas 2D, nous avons montré que le modèle implique que la distribution de probabilité des données émises sachant les observations (a posteriori) est celle d'un champ de Gibbs. Nous avons ainsi mis en évidence le lien entre l'estimation du flux d'information du système et celle de l'énergie libre du champ aléatoire. Parmi les perspectives des travaux: l'ajout de la couleur, l'application d'un codage canal et des principes turbo
Graphical Codes such as barcodes and 2D codes are a leading technology in identification and EDI. Displaying and reading these black and white pictograrns is equivalent to a singular digital communication system such that we drove our study according to information theory. From radiometry and optics principles, we've proposed a transmission channel model as a linear filter with Gaussian noise. Model parameters are thus function of code and camera characteristics, positioning and radiating power. System performances are evaluated with the computation of average mutual information (AMI). ln the 1D case (barcodes), AMI is estimated with a version of the BCJR Forward recursion by using channel markovianity. AMI is then an objective measure from which we define a theoretic depth of field and spatial resolution. These two criteria complement their geometrical equivalent by considering channel distortions and noise. ln the 2D case, we've shown that the model imply that the probability distribution of data knowing observations (a posteriori) is a Gibbs random field. We have thus highlighted that the evaluation of system's information rate is equivalent to the estimation of the random field free energy. The perspectives of the works are: adding colour to the codes, channel coding and the application of turbo principles

De nos jours, l’architecture du réseau mobile est en pleine évolution pour assurer la montée en débit entre les Centraux (CO) (réseaux coeurs) et différents terminaux comme les mobiles, ordinateurs, tablettes afin de satisfaire les utilisateurs. Pour faire face à ces défis du futur, le réseau C-RAN (Cloud ou Centralized-RAN) est connu comme une solution de la 5G. Dans le contexte C-RAN, toutes les BBUs (Base Band Units) sont centralisées dans le CO, seules les RRH (Remote Radio Head) restent situées à la tête de la station de base (BS). Un nouveau segment entre les BBUs et RRHs apparait nommé « fronthaul ». Il est basé sur des transmissions D-ROF (digital radio-overfiber) et transporte le signal radio numérique à un débit binaire élevé en utilisant le protocole CPRI (Common Public Radio Interface). En prenant en compte le CAPEX et l’OPEX, le projet ANR LAMPION a proposé la technologie RSOA (Reflective Semiconductor Optical Amplifier) auto alimenté afin de rendre la solution plus flexible et s’affranchir d’émetteurs/récepteurs colorés dans le cadre de transmission WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network). Néanmoins, il est nécessaire d’ajouter un FEC (forward error corrector) dans la transmission pour assurer la qualité de service. Donc l’objectif de cette thèse est de trouver le FEC le plus adéquat à appliquer dans le contexte C-RAN. Nos travaux se sont focalisés sur l’utilisation de codes LDPC, choisis après comparaisons des performances avec les autres types de codes. Nous avons précisé les paramètres (rendement du code, taille de la matrice, cycle, etc.) nécessaires pour les codes LDPC afin d'obtenir les meilleures performances. Les algorithmes LDPC à décisions dures ont été choisis après considération du compromis entre complexités de circuit et performance. Parmi ces algorithmes à décision dures, le GDBF (gradient descent bit-flipping) était la meilleure solution. La prise en compte d’un CAN 2-Bit dans le canal nous a amené à proposer une variante : le BWGDBF (Balanced weighted GDBF). Des optimisations ont également été faites en regard de la convergence de l'algorithme et de la latence. Enfin, nous avons réussi à implémenter notre propre algorithme sur le FPGA Spartan 6 xc6slx16. Plusieurs méthodes ont été proposées pour atteindre une latence de 5 μs souhaitée dans le contexte C-RAN. Cette thèse a été soutenue par le projet ANR LAMPION (Lambada-based Access and Metropolitan Passive Optical networks)
Nowadays, the architecture of the mobile network is in full evolution to ensure the increase in terms of bit rate between the Central (CO) (core networks) and various terminals such as mobiles, computers, tablets in order to satisfy the users. To address these challenges of the future, the C-RAN (Cloud or Centralized-RAN) network is known as a 5G solution. In the C-RAN context, all BBUs (Base Band Units) are centralized in the CO, only the RRH (Remote Radio Head) remain at the head of the base station (BS). A new segment between BBUs and RRHs appears called "fronthaul". It is based on D-ROF (digital radio-overfiber) transmissions and carries the digital radio signal at a high bit rate using the Common Public Radio Interface (CPRI) protocol. Taking into account CAPEX and OPEX, the ANR LAMPION project has proposed the Self-seeded Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA) technology in order to make the solution more flexible and overcome the need for colored transmitters / receivers in the context of PON-WDM (Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network). Nevertheless, it is necessary to add a FEC (forward error corrector) in the transmission to ensure the quality of service. So the objective of this thesis is to find the most suitable FEC to apply in the C-RAN context. Our work has focused on the use of LDPC codes, chosen after performance comparisons with other types of codes. We have specified the parameters (code performance, matrix size, cycle, etc.) required for LDPC codes to obtain the best performance. Hard-decision LDPC algorithms were chosen after considering the tradeoff between circuit complexities and performance. Among these hard-decision algorithms, the GDBF (gradient descent bit-flipping) was the best solution. Taking into account a CAN 2-Bit in the channel led us to propose a variant: the BWGDBF (Balanced weighted GDBF). Optimizations have also been made with respect to the convergence of the algorithm and latency. Finally, we managed to implement our own algorithm on the Spartan FPGA 6 xc6slx16. Several methods have been proposed to achieve a latency of 5 μs desired in the C-RAN context. This thesis was supported by the project ANR LAMPION (Lambada-based Access and Metropolitan Passive Optical Networks)

Au cours de la dernière décennie, les communications optiques en espace libre (FSO) ont pris de l’ampleur dans les deux domaines académiques et industriels. L’importance de FSO s’appuie sur la possibilité de faire un système de transmission économique et écologique avec un débit élevé et sans licence à l’opposition des systèmes de transmission radiofréquences (RF). Dans la plupart des travaux antécédents sur les systèmes multi-émetteurs, seulement les canaux décorrélés ont été considérés. Un canal décorrélé nécessite un espace suffisant entre les émetteurs. Cette condition devient difficile et non-réalisable dans certaines applications. Pour cette raison, nos études se focalisent sur les performances des codes à répétition RC (Repitition Codes) et les codes OSTBC (Orthogonal Space-Time Block Codes) dans des canaux log-normaux corrélés en utilisant une modulation d’intensité et une détection directe (IM/DD). En addition, les effets des différentes conditions météorologiques sur le taux d’erreur moyen (ABER) sont étudiés. Les systèmes FSO à multi-entrées/ multi-sorties MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) avec une modulation SSK (Space Shift Keying) ont été abordés. Les résultats obtenus montrent que la SSK est supérieure aux RC avec une modulation d’impulsion (Multiple Pulse Amplitude Modulation) pour toute efficacité spectrale égale ou supérieure à 4 bit/s/Hz. Nous avons aussi analysé les performances d’un système à sauts multiples (Multi-Hop) et des relais à transmission directe (forward relays). Nos simulations montrent que le système ainsi considéré est efficace pour atténuer les effets météorologiques et les pertes géométriques dans les systèmes de communication FSO. Nous avons montré qu’un tel système avec plusieurs entrées et une sortie (MISO, i.e. multiple-input single-output) à sauts multiples est supérieur à un système MISO avec un lien direct (direct link) avec une forte atténuation. Pour satisfaire la demande croissante des réseaux de communication à débits élevés, la communauté scientifique s'intéresse de plus en plus aux systèmes FSO avec des relais full-duplex (FD). Pour ces derniers systèmes, nous avons étudié la probabilité d'erreur moyenne (ABER) et nous avons analysé leurs performances. En considérant des différentes conditions de transmission, les performances de relais FD ont été comparées à celles d'un système avec un lien direct ou des relais half-duplex. Les résultats obtenus montrent que les relais FD ont le minimum ABER. En conséquence, les résultats obtenus dans cette thèse sont très prometteurs pour la prochaine génération de FSO
Free-space optical (FSO) communication has been the subject of ongoing research activities and commercial attention in the past few years. Such attention is driven by the promise of high data rate, license-free operation, and cheap and ecological friendly means of communications alternative to congested radio frequency communications. In most previous work considering multiple transmitters, uncorrelated channel conditions have been considered. An uncorrelated channel requires sufficient spacing between transmitters. However, this can be difficult and may not be always feasible in some applications. Thereby, this thesis studies repetition codes (RCs) and orthogonal space-time block codes performance in correlated log-normal FSO channels using intensity modulation and direct detection (IM/DD). Furthermore, the effect of different weather conditions on the average bit error rate (ABER) performance of the FSO links is studied. Multiple-input multiple-output (MIMO) FSO communication systems using space shift keying (SSK) modulation have been also analyzed. Obtained results show that SSK is a potential technique for spectral efficiencies equal or greater than 4 bits/s/Hz as compared to RCs with multiple pulse amplitude modulations. The performance analysis of a multi-hop decode and forward relays for FSO communication system using IM/DD is also considered in this thesis. It is shown that multi-hop is an efficient technique to mitigate atmospheric turbulence and different weather attenuation effects and geometric losses in FSO communication systems. Our simulation results show that multiple-input single-output (MISO) multi-hop FSO systems are superior to direct link and MISO systems over links exhibiting high attenuation. Meeting the growing demand for higher data rates communication networks, a system with full-duplex (FD) relays is considered. For such a system, the outage probability and the ABER performance are analyzed under different turbulence conditions, misalignment error and path loss effects. FD relays are compared with the direct link and half-duplex relays. Obtained results show that FD relays have the lowest ABER and the outage probability as compared to the two other systems. Finally, the obtained results in this thesis are very promising towards the next generation of FSO systems

Cette these est une contribution a la realisation d'un systeme de detection de defauts sur tissu en cours de fabrication. Elle a conduit a la realisation d'un prototype electronique fonctionnant en laboratoire. L'etude a tout d'abord porte sur le developpement d'algorithmes de detection de defauts repertories par les fabricants. Le critere principal retenu pour ces algorithmes a ete la possibilite d'un fonctionnement en temps reel. La methodologie retenue comprend deux phases. Dans une premiere phase d'apprentissage, on etablit un modele simplifie du tissu base sur un nombre restreint de parametres (periodes, seuils de tolerance). La deuxieme phase correspond a la detection en ligne sur tissu en mouvement. L'utilisation de filtres moyenneurs supprime la structure de l'image du tissu. Une analyse de l'image filtree, suivant les criteres de tolerance etablis a partir de tissus sans defauts, permet la detection des defauts eventuels. La structure materielle effectuant ces operations comprend un capteur lineaire a dtc relie a un systeme multiprocesseur realisant les traitements en parallele et en mode pipe-line. Les resultats de mesures realisees pour differents types de tissus et de defauts permettent de juger des performances du systeme. Un ensemble d'etudes complementaires (mecaniques, optiques. . . ,) en vue d'un fonctionnement sur site est necessaire pour permettre l'industrialisation du systeme

La distribution quantique de clé permet la transmission d'une clé de cryptage secrète entre deux interlocuteurs distants. Les lois de la physique quantique garantissent la sécurité inconditionnelle du transfert.
L'utilisation de variables continues dans le domaine de l'information quantique, récemment apparue, permet de concevoir des systèmes de distribution quantique de clé qui ne nécessitent que des composants standards de l'industrie des télécommunications. Ces composants ouvrent la voie vers les hauts débits caractéristiques des liaisons en fibres optiques.
Nous avons réalisé un système complet de distribution quantique de clé qui utilise l'amplitude et la phase d'états cohérents pulsés de la lumière modulées selon une distribution gaussienne. Notre système est exclusivement réalisé avec des fibres optiques, et atteint un taux de répétition de 1 MHz. Nous avons caractérisé l'information secrète transmise par ce dispositif. Nous avons validé cette caractérisation en réalisant des attaques quantiques originales qui couvrent l'ensemble des perturbations qui peuvent être envisagées sur la transmission.
Nous avons ensuite adapté des algorithmes de correction d'erreur et d'amplification de secret qui produisent une clé secrète à partir des données expérimentales. Enfin, nous avons conçu un ensemble logiciel autonome qui intègre la gestion de l'expérience aux algorithmes de correction d'erreur.
Ces travaux nous ont permis de distribuer une clé secrète sur une fibre de 25 km avec un taux finalde 1 kb/s. Le système que nous avons réalisé sera intégré dans un réseau de distribution quantique de clé faisant intervenir plusieurs collaborateurs européens.

L’objet de cette thèse est l’étude de la distribution quantique de clés, une primitive cryptographique qui permet à deux utilisateurs distants de générer une quantité arbitraire de clé secrète et cela y compris en présence d’un espion, sous réserve qu’ils partagent un secret initial. Nous restreignons notre étude aux protocoles employant des variables continues et démontrons expérimentalement une implémentation entièrement fibrée fonctionnant à 80 km sur une fibre dédiée en prenant en compte toutes les imperfections expérimentales connues. Pour atteindre une telle distance de fonctionnement, nous avons mis au point des codes correcteurs d’erreurs spécifiques fonctionnant près de la limite théorique de Shannon dans des régimes de faible rapport signal à bruit. Nous envisageons également la possibilité d’attaques par canaux cachés qui ne sont donc pas prises en compte dans la preuve de sécurité du système et proposons des contre-mesures. Enfin, nous étudions la compatibilité de notre système avec des canaux de communication intenses qui se propagent sur la même fibre optique
This thesis focuses on a cryptographic primitive that allows two distant parties to generate an arbitrary amount of secret key even in the presence of an eavesdropper, provided that they share a short initial secret message. We focus our study on continuous-variable protocols and demonstrate experimentally an all-fiber system that performs distribution of secret keys at 80 km on a dedicated fiber link while taking into account all known imperfections. We could extract secret keys at such a distance bydesigning specific error correcting codes that perform very close to Shannon’s bound for low signal to noise ratios. We also consider side-channel attacks that are not taken into account into the system security proof and propose some countermeasures. Finally, we study our system compability with intense communication channels that propagate on the same optical fiber

Cette thèse porte sur la distribution quantique de clés, qui est une primitive cryptographique permettant à deux correspondants éloignés, Alice et Bob, d'établir une clé secrète commune malgré la présence potentielle d'un espion. On s'intéresse notamment aux protocoles " à variables continues " où Alice et Bob encodent l'information dans l'espace des phases. L'intérêt majeur de ces protocoles est qu'ils sont faciles à mettre en œuvre car ils ne requièrent que des composants télécom standards. La sécurité de ces protocoles repose sur les lois de la physique quantique : acquérir de l'information sur les données échangées par Alice et Bob induit nécessairement un bruit qui révèle la présence de l'espion. Une étape particulièrement délicate pour les protocoles à variables continues est la " réconciliation " durant laquelle Alice et Bob utilisent leurs résultats de mesure classiques pour se mettre d'accord sur une chaîne de bits identiques. Nous proposons d'abord un algorithme de réconciliation optimal pour le protocole initial, puis introduisons un nouveau protocole qui résout automatiquement le problème de la réconciliation grâce à l'emploi d'une modulation discrète. Parce que les protocoles à variables continues sont formellement décrits dans un espace de Hilbert de dimension infinie, prouver leur sécurité pose des problèmes mathématiques originaux. Nous nous intéressons d'abord à des symétries spécifiques de ces protocoles dans l'espace des phases. Ces symétries permettent de simplifier considérablement l'analyse de sécurité. Enfin, nous étudions l'influence des effets de tailles finies, tels que l'estimation du canal quantique, sur les performances des protocoles.

L’obtention d’un Laser à Électrons Libres X (LEL-X) compact est un objectif majeur pour le développement des lasers. Plusieurs schémas prometteurs de LEL-X ont été proposés en utilisant à la fois l’accélération d’électrons dans les plasmas et des onduleurs optiques en régime Compton ou Compton inverse. Nous avons proposé un nouveau concept de LEL-X compact baptisé Raman XFEL, en combinant la physique des LEL en régime Compton, des lasers XUV conventionnels basés sur l’interaction laser plasma, et de l’optique non-linéaire. Nous étudions dans cette thèse les étapes préalables pour déclencher un effet laser à rayons X lors de l’interaction entre un paquet d’électrons libres relativistes et un réseau optique créé par l’interférence transverse de deux impulsions laser intenses. Dans cet objectif j’ai développé un code particulaire baptisé RELIC. Les études menées avec le code RELIC nous ont permis d’étudier la dynamique d’électrons relativistes et les processus d’injection du paquet d’électrons dans le réseau optique. Grâce à RELIC, nous avons distingué de nouveaux régimes d’interaction en fonction des paramètres du paquet d’électrons, ainsi que de la géométrie du réseau optique. Ces études ont été appliquées à l’amplification du rayonnement X et appuyées par des simulations PIC. RELIC a également permis de modéliser et d’analyser la première expérience réalisée en octobre 2015 sur l’installation laser ’Salle Jaune’ au Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA). Cette première expérience a été une étape très importante pour la validation des modèles théoriques, et pour la réalisation future d’un laser à électrons libre X Raman
The quest for a compact X-ray laser has long been a major objective of laser science. Several schemes using optical undulators are currently considered, in order to trigger the amplification of back scattered radiation, in Compton or inverse Compton regime. We have proposed a new concept of compact XFEL based on a combination between the physics of free electron lasers, of laser-plasma interactions, and of nonlinear optics. In this thesis, we study the necessary steps to trigger a X-ray laser during the interaction between a free relativistic electron bunch and an optical lattice created by the interference of two intense transverse laser pulses. For this purpose I developed a particular tracking code dubbed RELIC. RELIC allowed us to study the dynamics and injection process of a bunch of relativistic electrons into the optical lattice. Thanks to RELIC, we distinguished several interaction regimes depending on the relativistic electron bunch parameters, and on those of the optical lattice and its geometry. These studies are applied to the X ray amplification and supported by PIC simulations. RELIC also allowed us to model and analyze the first experiment conducted in october 2015 on the ”Salle Jaune” laser facility at LOA. This first experiment was very important to validate our theoretical models, and should prove to be an essential milestone for the development of a Raman X-ray free electron laser