Bruits optiques lors des processus hétérodynes pour la génération de fréquences radio millimétriques
Résumé
Afin de répondre aux exigences des besoins en débit des systèmes de communications modernes, de nombreuses solutions s'orientent vers la génération de fréquences par voie optique. Les techniques purement optiques permettent ainsi de générer des fréquences porteuses très élevées (>50 GHz) dont la valeur de la porteuse n'est déterminée que par la séparation fréquentielle entre les composantes du spectre optique. Si les techniques hétérodynes permettent de s'affranchir complètement de l'utilisation d'oscillateur local et donc d'atteindre des fréquences inatteignables par d'autres techniques, la nature même des sources lasers induit la présence de bruits de phase et d'amplitude sur porteuses ainsi générées. Dans cette communication, nous présentons brièvement les équations de base permettant de modéliser les comportements des sources ainsi que les techniques de caractérisation nécessaire à l'étude de ces dispositifs. Quelques mesures expérimentales appuieront ces résultats et confirmeront les modèles. Les techniques non-hétérodynes se voient limitées par les fréquences de coupure des composants réalisant la modulation. Si certains artifices permettent d'atteindre les fréquences millimétriques, ces dernières restent contenues à quelques harmoniques de ces fréquences limites (x2..x8). Seules les techniques hétérodynes permettent de s'affranchir complètement d'une quelconque limite dynamique des composants grâce à l'utilisation de processus interférentiels. Lors de la photo-détection des champs, les battements aux fréquences égales à l'écart entre les deux modes optiques peuvent alors apparaître et être mesurés. Les différentes composantes spectrales E i (t) du champ peuvent s'écrire : () () () () [ ] t t i t E t E i i i i i φ ω δ + + = exp. 1) ((1) avec E i l'amplitude moyenne du champ, δ i (t) son bruit d'amplitude, ω i la pulsation de l'onde et φ i (t) le bruit de phase. Les différentes techniques de génération de fréquence peuvent alors être classifiées selon la corrélation existante entre les modes E i (t), corrélation reliant les composantes spectrales au travers des termes de bruit δ i (t) et φ i (t). Dans le cas simple de deux composantes spectrales, le photocourant détecté est alors : () () () () [ ] () [ ]) () (2. cos) (.) (.) (2 1 2 1 2 1 1 2 2 2 1 1 2 1 t RIN t RIN I I I I t t t RIN I t RIN I I I t I PD + + ∆ + − + + + + = φ ω ω (2) où RIN 1 (t) et RIN 2 (t) sont respectivement les bruits d'intensité des puissances détectées des modes 1 et 2 pris individuellement et sont tels que RIN i (t)=4.δ i ²(t), ∆φ(t)=φ 2 (t)-φ (t) représente le bruit de phase de la porteuse à la pulsation ω 2-ω 1 .Le premier terme représente l'intensité et les bruits des différents modes tandis que le second terme contient la puissance et le bruit du battement à ω 2-ω 1. Ce formalisme permet de modéliser tous les cas de figures, comme par exemple celui où un modulateur externe est employé : la dé-corrélation existante entre les modes est alors induite par la différence de trajet entre les deux composantes spectrales. Le bruit de phase est dans ce cas équivalent à celui de l'oscillateur local produisant la modulation. Dans le cas des mélanges hétérodynes, le bruit de phase ∆φ(t) dépend du couplage entre les modes. Pour les sources optiques produisant des peignes de fréquences, le mélange à 4 ondes et le bruit de partition peuvent être responsable de la corrélation tant en phase qu'en amplitude. Dans le cas de sources distinctes, aucune corrélation n'existe. La largeur de raie est alors égale à la somme des largeurs de raie des différents modes et les différents bruits d'intensité sont indépendants. La mesure de bruits de phase produits optiquement et en régime libre pose souvent problème car les techniques traditionnelles emploient des oscillateurs locaux RF servant de référence. Le bruit mesuré est alors l'écart entre cette source de référence et la fréquence à caractériser. Les principales limitations de ces techniques proviennent des performances de la boucle à verrouillage employée.
Domaines
Optique / photonique
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)