CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS

Pascal Chevalier

Description

Niveau: Supérieur
CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS CENTRE REGIONAL MIDI-PYRENEES _______ MEMOIRE présenté en vue d'obtenir le DIPLOME d'INGENIEUR CNAM SPECIALITE : ELECTRONIQUE par GROMAIRE Nicolas ______ Caractérisation d'un oscillateur opto-microonde pour la génération de signaux RF de grande pureté spectrale Soutenu le 24 mars 2011 JURY PRESIDENT : Pascal CHEVALIER MEMBRES : Vincent CALMETTES : Angélique RISSONS : Junwu TAO du m as -0 05 87 64 4, v er sio n 1 - 2 1 Ap r 2 01 1

• relative noise


• rendement puissance optique


• vbo


• analyseur de réseau


• laser


• signal noise


• oscillateurs hyperfréquences


• oscillateur opto-microonde

Sujets

• Chevalier
• Brahimi
• Llopis
• Véronique Massenot

Informations

• Publié par: dumas_ccsd
• Publié le: 01 mars 2011
• Nombre de lectures: 41
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS

CENTRE REGIONAL MIDI-PYRENEES
_______

MEMOIRE
présenté en vue d'obtenir
le DIPLOME d'INGENIEUR CNAM

SPECIALITE : ELECTRONIQUE

par

GROMAIRE Nicolas
______
Caractérisation d’un oscillateur opto-microonde pour la génération de
signaux RF de grande pureté spectrale
Soutenu le 24 mars 2011
JURY
PRESIDENT : Pascal CHEVALIER
MEMBRES : Vincent CALMETTES
: Angélique RISSONS
: Junwu TAO


dumas-00587644, version 1 - 21 Apr 2011
REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier en premier lieu Angélique RISSONS de m’avoir accueilli au
sein du département MOSE de l’I.S.A.E. Je remercie également l’IPST CNAM.
Merci à Fabien DESTIC, Sébastien MAJSAK, Sébastien MASSENOT, Julien
PERCHOUX, Houda BRAHIMI, Jean François DUTREY, Xavier CHENG, Olivier
Llopis, Jean Philippe RANCE, Arnaud FALGUIERES, Yoann PETIJEAN, et Asma
AHOUD, pour leur aide.

dumas-00587644, version 1 - 21 Apr 2011Liste des abreviations

ARV : Analyseur de Réseau Vectoriel
ASE : Analyseur de Spectre Electrique
ASO : Analyseur de Spectre Optique
DBR : Distributed Bragg Reflector
FFT : Fast Fourier Transform
FI : Fréquence intermédiaire
IHM : Interface Homme Machine
LAAS : Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes
RBW : Resolution BandWidth
RIN : Relative Noise Intensity
SNR : Signal Noise Ratio
VBO : VCSEL Based Oscillator
VBW : Vidéo BandWidth
VCSEL : Vertical Cavity Surface Emitting Laser
VSWR : Voltage Standing Wave Ratio

dumas-00587644, version 1 - 21 Apr 20111 Présentation du domaine d’étude................................................................................. 8
1.1 Généralités sur les oscillateurs................................................................ 8
1.1.1 Définition................................................................................................................................... 8
1.1.2 Domaines d’application........................................................................................................... 10
1.2 Les oscillateurs hyperfréquences.......................................................... 11
1.2.1 Pureté spectrale........................................................................................................................ 13
1.2.2 Stabilité fréquentielle............................................................................................................... 14
1.2.3 Différentes architectures pour la génération optique de signaux hyperfréquences.................. 17
1.2.4 Oscillateur opto-microonde (OOM) ........................................................................................ 18
1.2.5 LE VBO(VCSEL Based Oscillator) ........................................................................................ 19
2 Le VBO........................................................................................................................ 20
2.1 Analyse fonctionnelle du VBO ............................................................... 20
2.1.1 La source laser :LE VCSEL .................................................................................................... 21
2.1.2 Le photodétecteur .................................................................................................................... 25
2.1.3 Le Filtrage ............................................................................................................................... 29
2.1.4 L’amplificateur ........................................................................................................................ 30
2.1.5 ligne de retard .......................................................................................................................... 32
2.1.6 Bruit dans l’oscillateur............................................................................................................. 37
2.2 Mesures préliminaires............................................................................. 38
2.2.1 Mesures à l’analyseur de spectre électrique............................................................................. 38
2.2.2 Analyseur de spectre optique.................................................................................................. 44
2.2.3 Caractérisation statique de la diode laser................................................................................. 45
2.2.4 Mesure de RIN haute fréquence .............................................................................................. 53
2.2.5 Réalisation d’une interface de mesure de RIN HF .................................................................. 63
2.2.6 Mesure du RIN BF .................................................................................................................. 67
2.3 Caractérisation dynamique des composants ....................................... 71
2.3.1 Les paramètres de dispersion (paramètres S)........................................................................... 71
2.3.2 Mesures à l’analyseur de réseau .............................................................................................. 72
2.3.3 Mesures des paramètres S........................................................................................................ 76
3 Mesures Sur le VBO ................................................................................................... 84
3.1 Mesure du bruit de phase ....................................................................... 84
3.1.1 Méthodes de mesure ................................................................................................................ 84
3.1.2 Qualification de l’ASE pour les mesures de bruit de phase à 10KHz de la porteuse .............. 86
3.1.3 Expression du bruit de phase du VBO..................................................................................... 87
3.1.4 Mesure de bruit de phase sur le VBO...................................................................................... 88
3.1.5 Mesure de la dérive du bruit de phase en fonction de la température du VCSEL ................... 91
3.1.6 Relation entre RIN HF et bruit de phase.................................................................................. 92
3.2 Influence de la température sur la fréquence d’oscillation................. 93
3.2.1 Dérive en fréquence due à la température du VCSEL............................................................. 94
3.2.2 Dérive en fréquence due à la variation température de la fibre ............................................... 95
3.3 Mesure de la dégradation du signal par l’étage RF .............................. 96
4 Résultats et discussion................................................................................................ 98
5 Conclusion ................................................................................................................ 100
6 Annexes..................................................................................................................... 102
7 Bibliographie ............................................................................................................ 108

1
dumas-00587644, version 1 - 21 Apr 2011liste des figures

figure 1-1 : modélisation d’un oscillateur boucle ................................................................................ 8
figure 1-2 : exemple d'utilisation d'oscillateur................................................................................... 10
figure 1-3 : spectre et bruit de phase .............................................................................................. 16
figure 1-4 : mélange hétérodyne à deux sources laser.................................................................... 17
figure 1-5 : verrouillage par injection optique .................................................................................. 17
figure 1-6 : laser en fonctionnement non lineaire............................................................................. 18
figure 1-7 : oscillateur opto-microonde............................................................................................. 18
figure 2-1 : vcsel ray can .................................................................................................................. 22
figure 2-2 caractéristique puissance/courant d’un laser................................................................... 23
figure 2-3 : modes longitudinaux dans une cavité Fabry Pérot......ERREUR ! SIGNET NON DEFINI.
figure 2-4 : modes longitudinaux dans un vcsel ............................................................................... 24
figure 2-5 : photodiode PIN .............................................................................................................. 25
figure 2-6 : caractéristique courant/tension d’une photodiode ............................