Oscillateur Optoélectronique à Base de Résonateur à Mode de Galerie à Très Fort Facteur de Qualité

Khaldoun Saleh (1) , Souleymane Diallo (1) , Rémi Henriet (1) , Patrice Salzenstein (1) , Guoping Lin (1) , Romain Martinenghi (1) , Laurent Larger (1) , Yanne K Chembo (1)

1 FEMTO-ST - Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174)

Les sources de fréquences à haute pureté spectrale ont toujours fait l'objet d'intenses travaux de recherches compte tenu de leur importance dans plusieurs domaines d'applications. En effet, des telles sources sont largement utilisées dans les systèmes de communications, les radars, les satellites, la métrologie temps-fréquence et dans différentes autres applications où un signal électromagnétique est généré, reçu et traité. Une solution élégante utilisant l'optique pour stabiliser un oscillateur microonde a été démontrée il y une vingtaine d'années [1]. Cette solution, baptisée oscillateurs optoélectroniques (OEO), consiste en l'utilisation d'un élément de retard optique (ex. ligne à retard optique, résonateur optique, etc.) afin de montée en facteur de qualité dans le système de génération de fréquence. En utilisant cette architecture d'OEO avec une ligne à retard optique de 16km de longueur, un signal microonde à 10 GHz ayant un niveau de bruit de phase de -163 dBc/Hz à 7KHz de la porteuse a été démontré [2] [3]. Malgré ces résultats, l'OEO basé sur une ligne à retard optique reste volumineux et difficile à stabiliser thermiquement et mécaniquement. L'idée de remplacer la ligne à retard optique par un résonateur optique a permis de réduire considérablement la taille de l'OEO [2]. On peut notamment citer les mini-résonateurs optiques à mode de galerie (WGM) ayant des diamètres millimétriques et permettant d'atteindre des facteurs de qualité optiques (QOpt) au-delà de 10 9 [3-6]. Actuellement, différentes études théoriques et expérimentales sont menées dans notre laboratoire afin d'améliorer les performances d'un OEO stabilisé sur des résonateurs WGM fabriqués dans notre laboratoire (voir Figure 1). Ces études nous ont permis jusqu'au là de démontrer des niveaux de bruit de phase de l'ordre de -93dBc/Hz et de -90dBc/Hz à une fréquence d'offset de 10kHz de deux porteuses microondes à 6.35 GHz et 12.7GHz respectivement [7]. Ces résultats sont très encourageants et nous visons actuellement d'atteindre des niveaux de bruit plus faibles. Nos études d'amélioration des performances de l'OEO sont aujourd'hui menées sur trois principaux axes: le procès de fabrication des résonateurs WGM avec divers matériaux optiques (CaF2, MgF2, BaF2, LiF etc.) pour la montée en facteur de qualité, le système de couplage de l'onde optique au résonateur et finalement le système stabilisation type Pound-Drever-Hall de la longueur d'onde du laser sur un résonateur optique [9]. Ces études, une fois validées, devraient nous permettre de démontrer un OEO avec des performances à l'état de l'art.

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

Khaldoun Saleh, Souleymane Diallo, Rémi Henriet, Patrice Salzenstein, Guoping Lin, et al.. Oscillateur Optoélectronique à Base de Résonateur à Mode de Galerie à Très Fort Facteur de Qualité. JCOM 2014, UMR FOTON, Jun 2014, Lannion, France. ⟨hal-01074738⟩