La photonique silicium est une technologie de choix pour l’intégration de circuits photoniques complexes sur des puces de quelques mm² pouvant être fabriquées massivement et à faible coût. L’un des enjeux principaux de cette plateforme est la réalisation d’émetteurs-récepteurs optiques miniatures pour assurer les télécommunications haut-débits entre les différents serveurs des centres de données ou datacenters. De nombreuses autres applications ont émergé récemment : la spectroscopie, la radio-sur-fibre ou encore le LIDAR. Pour l’essentiel de ces nouvelles applications, un outil se révèle particulièrement utile : les peignes de fréquences optiques. Peu après l’invention du laser, ces structures spectrales consistants en un ensemble de raies laser régulièrement espacées en fréquence et mutuellement cohérentes ont suscité un fort intérêt, permettant d’améliorer considérablement la précision et la simplicité des mesures de fréquences optiques. Plusieurs stratégies ont été développées pour leur génération, l’une d’elle exploite la modulation électro-optique. L’objectif de ma thèse a été d’étudier numériquement et expérimentalement l’aptitude et les performances de modulateurs silicium à la fois dans le cadre des communications numériques hauts-débits à courte portée et de la génération de peignes de fréquence par voie électro-optique. Les modulateurs silicium reposent sur l’effet de dispersion de plasma de porteurs libres, qui implique une réponse non-linéaire de la variation d’indice de réfraction à l’application d’une tension, ainsi qu’une variation de l’absorption optique du matériau. D’autre part, plusieurs effets électroniques et opto-électroniques impactent la rapidité des modulateurs. Une première partie de mes travaux a donc été consacrée à la modélisation numérique d’un modulateur de phase en silicium tenant compte de ces effets statiques et dynamiques. Ce modèle réaliste est basé sur des mesures expérimentales de modulateurs réels et a été employé dans la suite des travaux pour simuler ou analyser les performances de structures modulantes. Une seconde partie a consisté dans l’étude d’un modulateur Mach-Zehnder pour la génération du format PAM-4. Un aspect important de ce type d’application est de pouvoir générer un signal à quatre niveaux sans recourir à des composants électroniques coûteux énergétiquement. D’autre part, il est préférable d’assurer ces transmissions fibrées dans une région spectrale où la dispersion optique est minimale. J’ai ainsi réalisé une démonstration expérimentale d’une génération de signal PAM-4 à 20 Gb/s sans utiliser de convertisseur numérique/analogique et en bande O où la dispersion est proche de 0 ps/nm/km. Enfin, une troisième partie est dédiée à la génération de peignes de fréquences optiques par des modulateurs en silicium. Les exigences quant aux propriétés des peignes dépendent des applications, mais on peut noter deux caractéristiques généralement désirées : un grand nombre de raie, et une puissance également distribuée parmi les raies (c’est-à-dire un peigne plat). À travers une étude numérique, j’ai pu montrer que deux structures différentes basées sur des modulateurs silicium permettent de générer 9 raies égalisées (<2 dB de fluctuations) dont l’espacement peut être accordé de 0 à 7 GHz. En segmentant les modulateurs sur une structure, la simulation révèle que la plage d’accordabilité peut être étendue à 39 GHz. En plaçant un modulateur de phase dans un résonateur en anneau, j’ai également estimé numériquement que le nombre de raies obtenue dans une fenêtre de 50 dB peut être étendu d’environ 30 à plus de 110. J’ai pu concevoir ce composant qui est en cours de fabrication. Enfin, j’ai réalisé une expérience de spectroscopie à deux peignes à partir de peignes issus de modulateurs silicium, ouvrant la voie aux nouvelles applications de ces dispositifs.