Oscillateurs optoélectroniques largement accordables et faible bruit pour les applications radar

The objectives of this thesis is the developement of two optoelectronic oscillator architectures dedicated to the generation of low noise microwave signals for radar applications. The first oscillator is based on the stabilization of the beatnote of a widely tunable dual- frequency laser with an optical fiber delay line. A fine analysis of the stabilization loop im- plemented with a 100 m long optical fiber allowed us to reach the technical limit fixed by the loop microwave amplifiers. The oscillator is tunable from 2.5 to 5.5 GHz by 2 MHz steps and present a phase noise power spectral density of -105 dBc/Hz at 10 kHz o ff set from the carrier (performance independent of the carrier frequency). The use of two optical fibers in a double delay lines architecture and of a fiber ring resonator as a delay line are also investigated. The second architecture developed is a coupled optoelectronic oscillator (COEO). The ar- chitecture, similar to a regenerative mode-locked laser, is realized by coupling a resonant laser cavity to a resonant optoelectronic loop. The developpement of this oscillator is based on a new architecture of SOA : an asymmetrical cladding semiconductor optical amplifier. This com- ponent o ff ers better saturation power and lower intrinsic noise than the « classical » design. The COEO operates around 10 GHz. A phase noise power spectral density of -135 dBc/Hz is measured at 10 kHz o ff set from the carrier.L'objectif de cette thèse est le développement de deux architectures d'oscillateurs optoélectroniques (OEO) afin de générer des signaux microondes très stables pour des applica- tions radar. La première architecture réalisée consiste à stabiliser le signal d'un laser bifréquence avec une boucle à verrouillage de fréquence optique. L'étude théorique et expérimentale du système a permis d'améliorer significativement la pureté spectrale du signal délivré par le laser. Implémenté avec une fibre optique de 100 m de long, l'oscillateur présente un bruit de phase de -105 dBc/Hz à 10 Hz de la porteuse avec une accordabilité de 2,5 à 5,5 GHz par pas de 2 MHz. Ces résultats correspondent aux limites techniques fixées par les composants hyperfréquences utilisés pour la boucle de stabilisation. L'implémentation de la boucle avec deux retards optiques en parallèles ou avec un anneau de fibre résonant comme retard optique est également étudiée. La seconde architecture développée est un oscillateur optoélectroniques couplé (COEO). Celle-ci, similaire à celle d'un laser à verrouillage de modes régénératif, résulte de l'imbrication d'un cavité laser à modes bloqués et d'une cavité optoélectronique résonante. Le développement du laser autour d'un amplificateur optique à semiconducteur (SOA) « à semelle » permet de tirer parti d'une puissance de saturation élevée et du faible bruit inhérent à ces composants. Nous mesurons avec ce dispositif une densité spectrale de puissance de bruit de phase de -135 dBc/Hz à 10 Hz de la porteuse à 10 GH

Tunable Opto-Electronic Oscillator based on a Fiber-Ring Resonator and a dual-frequency laser

International audienceWe report on the first tunable opto-electronic oscillator based on a fiber ring resonator and a dual-frequency laser. The dual frequency optical signal is generated by a doubly tunable solid-state dual-frequency laser at telecom wavelength; both optical frequencies are electrically and independently tunable over more than 1 GHz bandwidth. The fiber-ring resonator is 25 meters long and its quality factor is close to 5.10 8 . One laser line is stabilized on a resonance of the resonator with a PDH servo-controller. The heterodyne beatnote, still tunable by adjusting the frequency of the other line, is locked with a so-called optical frequency-locked loop based on the same resonator. As a result, the beatnote is stabilized on the closest multiple of the free spectral range of the resonator. At 10 GHz, we measured a phase noise below -85 dBc/Hz at 10 kHz

Oscillateur optoélectronique couplé

National audienceNous présentons dans cette communication la réalisation d'un oscillateur optoélectronique couplé, ou COEO et un premier résultat en bruit de phas

Photodiode nonlinear modeling and its impact on optical links phase noise

International audienceThe photodiode impact on the phase noise of an optical link, and particularly its ability to convert the laser amplitude noise into microwave phase noise, is studied and modeled. The model involves a nonlinear RC cell which describes a photogeneration delay which is a function of the optical power. The whole system is then implemented on a microwave CAD software, and the link gain and phase noise performance are computed

Oscillateurs micro-ondes à résonateurs optiques : topologies, performances en bruit et perspectives

National audienceCette communication présente un bilan de travaux menés en France dans le domaine des oscillateurs optoélectroniques. Plusieurs topologies sont comparées, utilisant des lignes à retard, des résonateurs fibrés actifs et passifs, et des résonateurs à modes de galerie

Mini and micro-resonators for the generation of high spectral purity microwave signals

accessible sur http://minap2012.fbk.euInternational audienceOptoelectronic Oscillators (OEOs) are an attractive alternative to electrical solutions for the generation of high spectral purity signal at high frequency. Indeed, carrying the microwave signal on an optical carrier offers the opportunity of long staorage time, with almost no dependence on signal frequency. For example, classical OEOs are based on kilometre long fiber delays and, in a relative simple setup, their performances exceed the ones of most microwave oscillators. However, the most promising OEOs architectures, in term of performances and integration level, are based on high Q optical resonators. After an introduction on the principle of OEOs and their various potential applications in advanced microwave systems, we will present recent results that we have obtained in this field.. First, the realization and characterization of silica, CaF2, MgF2 and LiNbO3 Whispering Gallery Modes (WGM) resonators with Q factors in the 10^8-10^9 range will be presented, together with related light coupling techniques for their practical use in OEOs demonstrations. Then the realization and characterization of fiber-ring resonators, that present Q factors exceeding 10^9 in a relatively simple architecture will be highlighted. Finally, dual-frequency laser sources that have been specifically realized for OEOs will be described