Noise characterization of an Optical Frequency Comb using Offline Cross-Correlation

Using an offline cross-correlation technique, we have analyzed the noise behavior of a new type of optical frequency comb (OFC), which is carrier envelope offset (CEO) free by configuration, due to difference frequency generation. In order to evaluate the instrument's ultimate noise floor, the phase and amplitude noise of a stabilized OFC are measured simultaneously using two analog-to-digital converters. Carrier recovery and phase detection are done by post-processing, eliminating the need for external phase-locked loops and complex calibration techniques. In order to adapt the measurement noise floor and the number of averages used in cross correlation, an adaptive frequency resolution for noise measurement is applied. Phase noise results are in excellent agreement with measurements of the fluctuations of the repetition frequency of the OFC obtained from optical signal

Convergence des technologies optique et radio pour la génération dédiée aux communications aux fréquences supérieures à 60 GHz

This Ph.D. investigates the radio over fiber communication systems at mm-wave frequencies higher than 60 GHz. The thesis elaborates on three crucial issues in these systems including:phase noise measurement of unstable optically generated mm-wave signals, elimination ofphase noise impact on performance of radio over fiber systems using non-coherent down conversion technique, and studying the amplitude noise impacts on performance of system based on these detectors. In the first part of this work, a new digital phase noise measurement technique is presented which is able to extract the phase noise of any unstable mm-waveoptically generated signal. This technique is able to measure the phase noise for a widerange of offset frequencies from close-in phase noise to far noise floor by adapting frequency resolution of measurement and without considering small angle approximation. In the second part, we present a radio over fiber system at mm-wave frequency based on non-coherent electrical frequency down conversion stage using an envelope detector which is robust against phase and frequency fluctuations of the optically generated carrier signal. Finally, a the oreticaland experimental study of amplitude noise impact on performance of radio over fiber systemsbased on non-coherent receivers is presented. In this study, a simulation technique based ontheory is developed which is able to determine, among different optical and electrical noise, the one which has the dominant effect on EVM results. This simulation technique is based onobserving the EVM evolution versus received optical power.Ces travaux de recherche portent sur les systèmes de communication radio-sur-fibre aux fréquences millimétriques supérieures à 60 GHz. Cette thèse s’articule autour de trois problématiques cruciales pour ces systèmes : la mesure du bruit de phase des signaux millimétriques instables générés par voie optique, la suppression de l’impact du bruit de phase sur les performances des systèmes de communications radio-sur-fibre par l’utilisation de techniques de conversion de fréquence non-cohérente, et enfin l’étude de l’impact du bruit d’intensité sur les performances des systèmes à détection non-cohérente. La première partie du travail présente une nouvelle technique de détection numérique du bruit de phase, capable de mesurer le bruit de phase à n’importe quelle fréquence millimétrique générée par voie optique et donc le plus souvent instable. Il est possible de mesurer le bruit de phase pour une large gamme de fréquences de décalage, allant de fréquence très proches de la porteuse à des bruits lointains grâce à l’adaptation de la résolution fréquentielle de la mesure. Cette mesure se fait de plus sans l’approximation des petits angles, très souvent utilisés. Dans la deuxième partie, un système de communication millimétrique basé sur une détection non-cohérente est étudié. L’étage de conversion de fréquences électrique permettant l’analyse des signaux est réalisé avec une détection d’enveloppe, ce qui permet de s’affranchir des variations de phase et de fréquence de la porteuse générée par voie optique. Pour terminer, des études théoriques et expérimentales sont menées sur l’impact du bruit d’amplitude sur les systèmes radio-sur-fibre utilisant ce type de détection non-cohérente. Les simulations, basées sur des modèles théoriques, sont capables de déterminer quel bruit est prédominant lors des mesures d’EVM parmi les bruits optiques et électriques. Cette technique s’appuie sur l’observation de l’évolution de l’EVM sur la puissance optique reçue

Converging technologies for optical and radio generation dedicated to communications at frequencies above 60 GHz

Ces travaux de recherche portent sur les systèmes de communication radio-sur-fibre aux fréquences millimétriques supérieures à 60 GHz. Cette thèse s’articule autour de trois problématiques cruciales pour ces systèmes : la mesure du bruit de phase des signaux millimétriques instables générés par voie optique, la suppression de l’impact du bruit de phase sur les performances des systèmes de communications radio-sur-fibre par l’utilisation de techniques de conversion de fréquence non-cohérente, et enfin l’étude de l’impact du bruit d’intensité sur les performances des systèmes à détection non-cohérente. La première partie du travail présente une nouvelle technique de détection numérique du bruit de phase, capable de mesurer le bruit de phase à n’importe quelle fréquence millimétrique générée par voie optique et donc le plus souvent instable. Il est possible de mesurer le bruit de phase pour une large gamme de fréquences de décalage, allant de fréquence très proches de la porteuse à des bruits lointains grâce à l’adaptation de la résolution fréquentielle de la mesure. Cette mesure se fait de plus sans l’approximation des petits angles, très souvent utilisés. Dans la deuxième partie, un système de communication millimétrique basé sur une détection non-cohérente est étudié. L’étage de conversion de fréquences électrique permettant l’analyse des signaux est réalisé avec une détection d’enveloppe, ce qui permet de s’affranchir des variations de phase et de fréquence de la porteuse générée par voie optique. Pour terminer, des études théoriques et expérimentales sont menées sur l’impact du bruit d’amplitude sur les systèmes radio-sur-fibre utilisant ce type de détection non-cohérente. Les simulations, basées sur des modèles théoriques, sont capables de déterminer quel bruit est prédominant lors des mesures d’EVM parmi les bruits optiques et électriques. Cette technique s’appuie sur l’observation de l’évolution de l’EVM sur la puissance optique reçue.This Ph.D. investigates the radio over fiber communication systems at mm-wave frequencies higher than 60 GHz. The thesis elaborates on three crucial issues in these systems including:phase noise measurement of unstable optically generated mm-wave signals, elimination ofphase noise impact on performance of radio over fiber systems using non-coherent down conversion technique, and studying the amplitude noise impacts on performance of system based on these detectors. In the first part of this work, a new digital phase noise measurement technique is presented which is able to extract the phase noise of any unstable mm-waveoptically generated signal. This technique is able to measure the phase noise for a widerange of offset frequencies from close-in phase noise to far noise floor by adapting frequency resolution of measurement and without considering small angle approximation. In the second part, we present a radio over fiber system at mm-wave frequency based on non-coherent electrical frequency down conversion stage using an envelope detector which is robust against phase and frequency fluctuations of the optically generated carrier signal. Finally, a the oreticaland experimental study of amplitude noise impact on performance of radio over fiber systemsbased on non-coherent receivers is presented. In this study, a simulation technique based ontheory is developed which is able to determine, among different optical and electrical noise, the one which has the dominant effect on EVM results. This simulation technique is based onobserving the EVM evolution versus received optical power

Impact of Phase Noise in 60-GHz Radio-Over-Fiber Communication System Based on Passively Mode-Locked Laser

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Relative intensity noise in optical heterodyning applied to millimeter-wave systems

International audienceIn this paper, the impact of Relative Intensity Noise (RIN) on optical heterodyne millimeter-wave (MMW) generation for Radio-over-Fiber (RoF) applications and systems is presented. The theoretical and experimental study is provided for two different techniques that generate MMW signals. The model of RIN is also presented and is in close agreement with the experiment results. The novelty and originality of this paper is the analysis of RIN in MMW frequency band, where impairments of the MMW generated carrier due to RIN are shown for the first time. The theoretical concepts and the experimental results prove that RIN appearing as side bands of MMW signal is directly generated from initial RIN at low frequency. Two significant impacts are considered: the phase noise on the beat-note carrier and the frequency response of the system, in order to extract real RIN contribution. Index Terms-Distributed Feedback (DFB) Laser, Millimeter-wave (MMW), Passively Mode Locked Laser Diode (PMLLD), Phase Noise, Relative Intensity Noise (RIN), Radio-over-Fiber (RoF)

COEO Phase locking and performance optimisation

International audienceIn this paper, a coupled optoelectronic oscillator (COEO) is phase locked to a low noise RF oscillator in order to reduce the phase noise close to the carrier. Biasing current of the optical semiconductor amplifier (SOA) and a varactor diode in the RF part of the COEO are used as two different actuators to perform phase locking. The lock on the optical device is finally simpler and more efficient than the lock on the RF loop. In the second part of this paper, phase noise of the COEO is reduced by more than 15 dB using a chirped Bragg filter that compensates the dispersion of the optical loop

Accurate Millimeter-Wave Laser Phase Noise Measurement Technique

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Impact of Relative Intensity Noise on 60-GHz Radio-Over-Fiber Wireless Transmission Systems

International audienceThis paper investigates a 60 GHz radio-over-fiber (RoF) communication system employing two different techniques to generate millimeter-wave (mm-wave) signals. The relative intensity noise (RIN) transferred during optical heterodyning of mm-wave signal is theoretically studied and experimentally investigated. Laser RIN induces noise at resultant electrical mm-wave signal and is directly generated from initial RIN at low frequency. Therefore, RIN impairs the performance of the RoF mm-wave system. The model of RIN is also presented and is in very close agreement with the experiment results. Furthermore, wireless transmission experiments to demonstrate the intensity noise effect are carried out and are compliant with the standards at mm-wave. Wireless transmission up to 3 m can be achieved using a transmit power of +4.5 dBm. Index Terms-Error vector magnitude (EVM), distributed feedback (DFB) laser, millimeter-wave (mm-wave), passively mode locked laser diode (PMLLD), phase noise, radio-over-fiber (RoF), relative intensity noise (RIN)

Impact of Amplitude Noise in Millimeter-Wave Radio-Over-Fiber Systems

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