Phase noise robust optical heterodyne system for reduced complexity millimeter-wave analog radio-over-fibre

Strict optical linewidth/coherence requirements for A-RoF systems are overcome through development of an analog optical heterodyne architecture tolerant to phase noise and carrier offset. Successful generation and reception of a 60GHz UF-OFDM signal using two free-running tunable lasers, without digital phase/frequency offset compensation, is demonstrated

Optical heterodyne analog radio-over-fiber link for millimeter-wave wireless systems

Optical heterodyne analog radio-over-fiber (A-RoF) links provide an efficient solution for future millimeter wave (mm-wave) wireless systems. The phase noise of the photo-generated mm-wave carrier limits the performance of such links, especially, for the transmission of low subcarrier baud rate multi-carrier signals. In this work, we present three different techniques for the compensation of the laser frequency offset (FO) and phase noise (PN) in an optical heterodyne A-RoF system. The first approach advocates the use of an analog mm-wave receiver; the second approach uses standard digital signal processing (DSP) algorithms, while in the third approach, the use of a photonic integrated mode locked laser (MLL) with reduced DSP is advocated. The compensation of the FO and PN with these three approaches is demonstrated by successfully transmitting a 1.95 MHz subcarrier spaced orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signal over a 25 km 61 GHz mm-wave optical heterodyne A-RoF link. The advantages and limitations of these approaches are discussed in detail and with regard to recent 5G recommendations, highlighting their potential for deployment in next generation wireless systems

Noise in millimetre wave radio-over-fibre systems

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Contribution à l'étude du bruit d'amplitude de lasers dédiés aux télécommunications optiques

288 pagesRelative intensity noise of lasers running at 1550 nm is studied. The two, three and four levels models for studying both statical and intensity noise laser behavior are presented and compared. Semiconductor laser model is also detailed. Experimental results on relative intensity noise of distributed feedback fiber lasers are presented. A Relative Intensity Noise measurement technic allowing the observation of very low value of noise (-170dB.Hz−1 for 1 mW) is detailled. The intensity noise of an original laser structure developed at the Laval University of Québec is also detailled. The influence of optical injection of semi-conductor lasers experimentally shows a reduction of intensity noise due to external pertubations at low frequency. Theoretical investigations indicate a noise transfer of intensity noise to the slave laser near the relaxation frequency of the master one.Ce manuscrit présente une étude du bruit d'amplitude des lasers à fibres et à semiconducteurs émettant à 1550 nm. Les modèles théoriques permettant d'étudier le comportement des lasers solides à deux, trois et quatre niveaux ainsi que celui des lasers à semiconducteurs sont présentés. Ils permettent de prévoir le bruit d'amplitude théorique des structures et montrent comment, à partir des mesures du RIN des lasers il est possible de remonter aux caractéristiques fondamentales des lasers. La technique de mesure du bruit d'amplitude utilisée au laboratoire est détaillée. Elle permet avec une très grande sensibilité de mesurer des bruits d'amplitude aussi faibles que -170 dB.Hz−1 pour 1 mW (0 dBm) détecté sur une plage de fréquences allant de 100 kHz à 22 GHz. Nous avons utilisé cet outil performant afin de caractériser différentes structures lasers, en particulier aux lasers à fibre DFB. Des structures originales fabriquées à l'Université Laval à Québec permettent un fonctionnement simultané de plusieurs canaux séparés de 50 GHz dans une structure ultra compacte. Nous avons montré que les différents modes longitudinaux de ces structures étaient indépendants et analogues aux modes de lasers à fibre monomondes. L'étude du transfert de bruit par injection optique a aussi été menée tant théoriquement qu'expérimentalement. Une étude des spectres optiques de laser à semi-conducteurs DFB à permis d'étudier le transfert d'impureté spectral, notamment du point de vue du bruit, pour les lasers soumis à injection optique. Nous avons mis en évidence la réduction des bruits aux basses fréquences du laser esclave lorsque leurs origines n'étaient pas optiques. L'étude théorique a mis en évidence un transfert du bruit d'amplitude aux fréquences correspondant à la fréquence de relaxation du laser maître

Co-integration of two DFB lasers on glass for millimeter-wave generation

International audienceIn this work, we propose the realization of two single mode distributed feedback (DFB) lasers emitting at 1.5 µm with ultra-narrow linewidths, co-integrated on a co-doped Erbium Ytterbium IOG1 1 glass substrate. The beating note of these two lasers on a fast photodiode is used to generate mm-wave signals. Each laser is composed of a waveguide fabricated by ion exchange with a Bragg grating etched on the top. In order to set a precise value of the mm-wave frequency, the emission wavelength of both DFB lasers must be accurately fixed. This is achieved by controlling the laser's waveguide design. The beating produced between these lasers generates mm-wave signals from GHz to THz. The co-integration helps to enhance the beating quality by reducing fluctuations between the two lasers. Lasers are first studied independently: their optical power, linewidth and relative intensity noise are characterized. Finally, the beating signal quality is estimated through the characterization of the produced electrical spectrum

Génération et modulation des signaux millimétriques avec des lasers DFB co-Intégré sur verre.

National audienceLes systèmes de télécommunication sans fil évoluent vers des fréquences de porteuses toujours plus élevées pour éviter la saturation des différentes bandes de fréquences et pour pouvoir atteindre des débits plus importants. Les prochaines générations devraient ainsi utiliser des fréquences de porteuse dans le domaine millimétrique, comprises entre 30 et 300 GHz. Deux des difficultés majeures lors du travail à ces fréquences sont a) la génération de la porteuse et b) les difficultés de transport du signal (l'atténuation en espace libre ou dans un câble coaxial est très importante). Avec les systèmes radio-sur-fibre, différentes techniques permettent d'atteindre des fréquences de porteuse dans cette gamme de fréquence, les principales sont l'utilisation d'un laser à blocage de modes et le battement de deux lasers. Dans certains cas, la modulation directe peur être utilisée mais nécessite la mise en place de systèmes utilisant les harmoniques de la fréquence de modulation pour une montée en fréquence, ce qui complexifie le système [1]. L'inconvénient de l'utilisation des lasers à blocage de mode est leur sensibilité aux contre-réactions et leur grande largeur spectrale, qui rend le système sujet à la dispersion dans les fibres optiques et conduit à un évanouissement périodique du signal pour certaines longueurs de fibre [2]. Le battement optique a été déjà réalisé avec des lasers à semiconducteurs, mais cette technologie présente certains défauts, dont une largeur de raie importante et un pic de bruit d'intensité situé à des fréquences de quelques GHz, pouvant atteindre les bandes de modulation [3]. Pour réduire ces impactes, des boucles à verrouillage peuvent être utilisées ce qui complexifie le système. Dans notre travail, nous proposons d'utiliser des lasers DFB par échange d'ions sur verre. Nous présentons ici les premiers résultats sur des structures que nous avons réalisées et caractérisées [4]. Figure 1. Setup du battement optique pour la génération des fréquences millimétriques. Les lasers sont constitués des guides d'ondes amplificateurs ayant des ouvertures de diffusion w variables sur lesquelles un réseau de Bragg avec un même pas Λ a été implémenté. La longueur d'onde d'émission λ est liée aux paramètres de fabrication par la formule (1) : λ = 2Λn eff (w) (1) Où n eff est l'indice effectif du mode guidé, qui dépend des paramètres opto-géométriques du guide d'onde et notamment de son ouverture de diffusion w. Plusieurs lasers ont été réalisés et des écarts en longueurs d'ondes correspondant à des écarts fréquentiels entre 25GHz et 325GHz ont été observés

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

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Génération de signaux sub-terahertz par diodes laser à verrouillage de modes pour applications système

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Relative Intensity Noise of an injected semiconductor laser

LAT conference 6054 « International conference on Lasers, Applications and Technologies 2005: Advanced Lasers and Systems », topic 1 « Advanced Lasers and Systems » [5709-51]International audienceA study of the Relative Intensity Noise (RIN) of an optically injected semiconductor laser is presented versus the injected power. The seeded laser is then operating from an amplifying regime towards a locking one, at the same wavelength than that of the master one. It is shown that when the Master is more coherent than the slave, a reduction of the RIN of the slave is progressively observed along with an increase of the injected power. In the converse case, no significant modification of the RIN is experimentally observed

Measurement of laser linewidth with optical injection and laser lineshape

conference 5878 "Advanced Characterization Techniques for Optics, Semiconductors, and Nanotechnologies II", session 6 "Laser Metrology" [5878-26]Narrow linewidth single mode lasers are used in domains such as spectroscopy or metrology. Those high-coherent sources offer spectral full width at half maximum linewidths (FWHM) under 100 kHz, even under 1 kHz. Usual optical spectrum analyzers are not able to solve such coherent spectra: linewidths are measured using a beating method based on self-heterodyne detection, or deduced from the power spectral density of the laser phase noise. We proposed a new method based on optical injection to measure spectral linewidth of highly-coherent laser [1]. The linewidth shape is kown to be a Voigt profile with two contributions: a Lorentzian part linked to the white noise and a gaussian part linked to the 1/f noise. We give in this communication the influence of optical injection on the gaussian and lorentzian contribution, following the injected power and detuning