Étude et réalisation d’une source opto-microonde basée sur une architecture en anneau : potentialités de miniaturisation par l'utilisation de microrésonateurs optiques

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Le Kernec, Arnaud (2007)
  • Subject: Oscillateur optoélectronique | Bruit de phase | Microrésonateur optique | Couplage par onde évanescente | Impulsions optiques | 621 | Optoelectronic oscillator | Phase noise | Optical microresonator | Evanescent wave coupling | Optical pulses

L’objectif de cette thèse a consisté, dans un premier temps, en l’étude et la réalisation d’un oscillateur optoélectronique pour la génération de signaux hyperfréquences de bonne pureté spectrale. Son principe repose sur une architecture double boucle afin de pallier le problème de filtrage des modes : un faisceau optique issu d’une source laser émettant en continu est modulé via un modulateur électro-optique puis injecté simultanément dans deux fibres optiques de longueurs différentes. Les deux faisceaux modulés sont photodétectés indépendamment et les deux signaux micro-ondes ainsi générés sont recombinés électriquement, filtrés, amplifiés et finalement appliqués au modulateur. Cette architecture nous a permis de générer un signal micro-onde à 12 GHz présentant un bruit de phase de –115 dBc/Hz @ 10 kHz de la porteuse. La possibilité de réaliser un oscillateur en anneau basé sur une diode de type VCSEL a également été testée. Ce type de composant permet en effet de concevoir un oscillateur de moindre coût, présentant néanmoins une bonne pureté spectrale. Par ailleurs, une étude théorique portant sur des microsphères de silice ainsi que sur le couplage par onde évanescente à l’aide de prismes a été effectuée en vue de leur utilisation comme microrésonateur optique. Ces microrésonateurs pourraient potentiellement permettre la suppression de la fibre dans l’oscillateur et conduire ainsi à sa miniaturisation. Un banc de mesure a été réalisé, ayant permis la détermination de la fonction de transfert du système, constitué de la sphère et des dispositifs de couplage. The aim of this thesis was first to study and realize an optoelectronic oscillator for microwave signal generation, having good spectral features. Its operation principle is based on a dual loop architecture, to avoid the mode filtering problem : an optical beam from a continuous-wave laser source is modulated thanks to an electrooptic modulator and injected simultaneously in two optical fibers having different lengths. Both beams are independently photodetected and the two generated microwave signals are electrically recombined, filtered and amplified before being fed back to the modulator. This architecture has led to the generation of a microwave signal at 12 GHz with a phase noise of –115 dBc/Hz @ 10 kHz from the carrier. The possibility to realize a ring oscillator based on a VCSEL has also been tested. Such a component allows to design a low cost oscillator with good spectral purity. Moreover a theoretical study of silica microspheres and coupling by evanescent wave, via prisms, was led with a view to using them as optical resonators. These microresonators could enable to suppress the optical fiber in the oscillator and so, to miniaturize it. A test bench was realized and the transfer function of the system, made up of the sphere and the coupling devices, was measured.
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