Étude et réalisation d'un système instrumental de stabilisation d'un modulateur électrooptique : application à l'amélioration du comportement d'un oscillateur optoélectronique, Characterization of an electro-optical modulator, drift compensation of its transfer function : application to improve the operation of an optoelectronic oscillator

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Sous la direction de Pascal Larzabal, Bernard Journet
Thèse soutenue le 09 juin 2011: École normale supérieure de Cachan
Les modulateurs electro-optiques (EOM) sont des composants importants dans les systemes de telecommunication. Malheureusement, ils ne sont pas parfaitement stables dans Ie temps et leur fonction de transfert (TF) a tendance a se decaler durant Ie temps d'operation. La derive de la TF d'un EOM peut etre expliquee par des effets differents tels que les changements de la temperature ambiante, de la polarisation ou de l'efficacite de couplage optique. La these presente une methode de me sure de la derive de la TF de I'EOM (a grace d'estimation du comportement non-linearite du modulateur, NLl), et propose deux systemes instrumentaux pour ameliorer son fonctionnement: Ie premier pour contraler la temperature de l'EOM, il est possible de forcement reduire cette derive, Ie deuxieme pour compenser la derive (la stabilisation du point de fonctionnement autour du point quadrature est obtenue jusqu'au 0,22% ou la fluctuation de phase est de 0,44°). Ces techniques ont ete aussi appliquees pour ameliorer Ie comportement d'un oscillateur optoelectronique haute frequence. Nous avons realise les experiences par asservissement de temperature, par compensation de la derive. Pour une stabilite de I'OEO a court terme, la stabilisation de la frequence est amelioree jusqu'a 28% en utilisant un contrale de temperature seule etjusqu'a 71 % avec les deux processus. Pour une stabilite de l'OEO a long terme, en deux cas sans contra Ie, I'OEO fonctionne pendant 3 heures et pendant 1,6 heure (puis I'OEO ne marche plus). En utilisant une compensation de la derive de la TF de I'EOM, l'OEO fonctionne bien meme apres 7 heures et 8 heures.
-Modulateur électro-optique
-Fonction de transfert
-Point de fonctionnement
-Régulateur PID numérique
-Contrôle de température
-Non-linéarité
-Compensation de la dérive
-Oscillateur optoélectronique
Electro-optic modulators (EOM) are important components in telecommunication systems. Unfortunately, there are some physical effects like ambient temperature variations, polarization and inherent photorefractive coefficient which are due to the drift of EOM transfer function (TF). The thesis presents a method for measuring the drift of the TF of EOM (based on a nonlinearity behavior of modulator - NLl), and propose two instrumentation systems to improve their operations: one to control the temperature of EOM, it is possible to significantly reduce the drift, the second to compensate the drift (the bias point stabilization around the quadrature point is obtained up to 0.22% or the phase fluctuation is 0.44°). These techniques have been applied to improve the behavior of an optoelectronic oscillator high frequency. Four experiments are carried out by controlling the EOM temperature and by compensating the EOM drift. For a short-term stability of OEO, the stabilization of the frequency is obtained with 28% with using a temperature control, up to 71 % with the two techniques. For a long-term stability of OEO, in cases without any control, the OEO has worked for 3 hours and for 1.6 hours (then, the OEO does not work anymore). By using the drift compensation of the EOM FT, the OEO has correctly worked even more than 7 hours and 8 hours.
-Electrooptic modulator
-Transfer function
-Bias point
-Digital PID
-Temperature control
-Nonlinearity
-Drifts compensation
-Optoelectronic oscillator
Source: http://www.theses.fr/2011DENS0019/document
Publié le : samedi 29 octobre 2011
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N° ENSC-2011/286
THÈSE DE DOCTORAT
DE L’ÉCOLE NORMALE SUPÉRIEURE DE CACHAN
présentée par
BUI Dang Thanh
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE l’ÉCOLE NORMALE SUPÉRIEURE DE CACHAN
Domaine
Électronique, Électrotechnique, Automatique
Sujet de la thèse
Étude et réalisation d'un système instrumental de stabilisation d'un
modulateur électrooptique. Application à l'amélioration du comportement
d'un oscillateur optoélectronique.

Soutenue à Cachan le 09 juin 2011 devant le jury composé de
Emmanuel BIGLER Professeur – ENSMM Besançon Président
Gérard PRIEUR Professeur – ESSTIN Nancy Rapporteur
Gaëlle LISSORGUES Professeur – ESIEE
Isabelle LEDOUX-RAK Professeur – ENS Cachan Examinateur
Pascal LARZABAL Directeur
Bernard JOURNET Maître de Conférences – ENS Cachan Co-directeur
Laboratoire Systèmes et Applications des Technologies de l’Information et de l’Énergie
CNRS UMR 8029, Institut d'Alembert, ENS Cachan
61, avenue du Président Wilson, 94235 Cachan Cedex

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Liste des domaines
ELECTRONIQUE -ELECTROTECHNIQUE-AUTOMATIQUE
INSTRUMENTATION
INFORMATIQUE
HYPERFREQUENCES



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tel-00618230, version 1 - 1 Sep 2011Remerciements
Le travail présenté dans cette thèse a été effectué au laboratoire SATIE (Systèmes et
Applications des Technologies de l’information et de l’Energie), UMR 8029, de l’Institut
d’Alembert, de l’ENS de Cachan. J’aimerais remercier Monsieur Pascal Larzabal, actuel
directeur de SATIE et mon directeur de thèse, pour sa sympathie et pour m’avoir autorisé à
m’inscrire dans son laboratoire. Dans le même temps, j’exprime mes remerciements à mon
co-directeur de thèse, Monsieur Bernard Journet. Je suis très ravi d’avoir réalisé cette thèse
sous sa direction et je lui dois les idées développées dans ce manuscrit ainsi que son
aboutissement.
Je voudrais aussi remercier chaleureusement l’équipe du LPQM pour les discussions
fructueuses et pour le temps qu'ils ont bien voulu me consacrer, à savoir le professeur
Isabelle Ledoux-Rak., et Mr Nguy ễn Chí Thành. Je remercie aussi le Professeur Joseph Zyss
pour le soutien que l'Institut d'Alembert, dont il est le directeur, nous a apporté au cours de
mes travaux. Je remercie aussi les personnes du département EEA et plus particulièrement,
Guillaume Hérault, David Kim-Pha Du et Christophe Salle.
Je remercie également le Gouvernement du Viêt Nam pour m'avoir attribué ma bourse
d'études, le CNOUS – le Crous de Créteil pour leur soutien administratif. De plus, je
voudrais remercier Monsieur Jean-Michel Namur, responsable du service BGE/BGF qui m’a
beaucoup aidé pendent mes travaux de thèse. Merci à Madame Christine Rose – secrétaire de
l’EDSP, à la secrétaire du SATIE pour leurs aides au niveau administratif.
Je tiens à remercier tous les membres et personnels de l’Institut d’Alembert, et de
l’ENS Cachan, qui ont pu m’apporter leur aide à un moment où à un autre.
Un grand merci à mes tantes et oncles en France, à chú K ỳ et cô Ngân Hà qui m’ont
aidé à découvrir la culture française qui m’ont invité chez eux le weekend.
Enfin, je voudrais finir ces remerciements en dédiant ce travail à ma famille qui est très
loin de la France, surtout à mes parents, à ma femme, Nguy ễn Th ị Th ơ, et à mes enfants,
Đăng Bình, Đăng Nam qui m’ont supporté et réconforté dans les moments difficiles.
Merci à toutes et à tous, j’ai vraiment aimé travailler avec vous, et j’en garde un
excellent souvenir !
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tel-00618230, version 1 - 1 Sep 2011Liste des abréviations
BPF Filtre passe-bande
HPF Filtre passe-haut
LPF Filtre passe-bas
CP Comparateur de phase
DC Direct curent
EOM Modulateur électro-optique
FT Fonction de transfert
NLI Indicateur non-linéarité
PF Point de fonctionnement
RF Radiofréquence
OEO Oscillateur optoélectronique
PI Proportionnel intégral
PID Proportionnel intégral dérivé
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tel-00618230, version 1 - 1 Sep 2011Liste des tableaux
Tableau 1 - Les paramètres de la configuration du programme Simulink. 37 
Tableau 2 – Métaux pour RTD. 72 
Tableau 3 – Caractéristique du module Peltier. 76 
Tableau 4 – Paramètres du HDB12-15. 78 
Tableau 5 – Paramètres du correcteur PID. 86 
Tableau 6 – Paramètres du correcteur PID. 102 
Tableau 7 – Paramètres de l’analyseur de spectre (configuration 1). 136 
Tableau 8 – Variation de la fréquence et de la puissance de sortie (configuration 1). 138 
Tableau 9 – Paramètres de l’analyseur de spectre (configuration 2). 139 
Tableau 10 – Variation maximale de la fréquence et de la puissance de sortie (configuration 2). 140 
Tableau 11 – Paramètres de l’analyseur de spectre pour l'étude à moyen terme. 141 
Tableau 12 – Résumé des performances relatives à la compensation de la dérive du point de
fonctionnement. 148 

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