Abstract FR:

Les lasers transmetteurs sont des composants cles dans les systemes de communications optiques. Grace a leurs performances superieures, les lasers semi-conducteurs a puis quantiques sont particulierement interessants pour les systemes de communications optiques a hauts debits. Cette these contribue a l'etude du fonctionnement et a l'optimisation structurale des lasers a puits quantiques, ainsi qu'a la recherche d'une nouvelle voie permettant d'ameliorer les performances dynamiques de ces structures. Dans une heterostructure a puits quantiques, la quantification en energie des porteurs dans la direction de croissance conduit a une faible valeur et une forme en escalier de la densite d'etats de porteurs en fonction de l'energie. Ceci permet aux heterostructures a puits quantiques d'avoir un gain optique et un gain differentiel plus importants et un facteur de couplage phase-amplitude plus faible que les heterostructures conventionnelles. Ceci conduit aussi a des non-linearites de gain plus importantes dues au spectral-hole-burning dans les heterostructures a puits quantiques. Du fait du gain important, le courant de seuil dans les lasers a puits quantiques est tres faible et depend fortement de la structure du laser. Une methode d'optimisation structurale des lasers a puits quantiques multiples est proposee afin de minimiser le courant de seuil. Malgre des non-linearites de gain plus importantes, la faible valeur du facteur de couplage phase-amplitude dans les lasers a puits quantiques leur permet d'avoir une largeur spectrale plus faible que celle des lasers conventionnels. Les effets des non-linearites optiques et de capture des porteurs sur la dynamique des lasers a puits quantiques a couches de confinements separees sont etudies. Les non-linearites de gain plus importantes dans les lasers a puits quantiques conduisent a un retrait de leurs performances dynamiques. Le processus de capture quantique des porteurs entraine une reduction du gain differentiel effectif et une augmentation legere des non-linearites effectives de gain. Il est montre que, malgre ceci, le gain differentiel reste toujours plus important dans les lasers a puits quantiques et permet une bande passante de modulation maximum intrinseque tres elevee. Cependant, la bande passante de modultation reelle est limitee par le processus de diffusion des porteurs dans les couches de confinement optique. En tenant compte de tous ces effets, une methode d'optimisation structurale des lasers a puits quantiques multiples a couches de confinements separees est proposee afin d'ameliorer leur bande passante de modulation. L'etude du fonctionnement des lasers a puits quantique unique sur le deuxieme niveau d'energie met en evidence des performances dynamiques superieures par rapport au fonctionnement sur le premier niveau. L'utilisation des lasers a puits quantique unique operant sur le second niveau d'energie est donc proposee comme une methode permettant d'ameliorer les performances dynamiques de cette structure. De nouvelles equations de bloch generalisees pour les semi-conducteurs sont proposees a la fin de ce travail. Elles permettent d'etudier des processus rapides dans les semi-conducteurs.