Présentation
Auteur(s)
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Béatrice CABON : Professeur à l’École nationale supérieure d’électronique et de radioélectricité de Grenoble (ENSERG) - Responsable du groupe RF, Hyperfréquences et Optomicroondes à l’Institut de microélectronique, électromagnétisme et photonique (IMEP)
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Jean CHAZELAS : Directeur du Département technologies avancées, - Thales Airborne Systems
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Daniel DOLFI : Responsable du Laboratoire Identification et traitement optique du signal - Thales Research & Technology
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Lire l’articleINTRODUCTION
La première des fonctions optiques nécessaires au traitement des signaux hyperfréquence consiste en la transmission, par voie optique, d’une information (signal) électrique et nécessite la double conversion de fréquence électrique/optique à l’émission et optique/électrique en réception, pour restituer le signal. Les briques technologiques destinées à réaliser ces fonctions et architectures optiques ont été présentées dans l’article Optoélectronique hyperfréquence - Composants
L’opération de conversion électrique/optique porte le nom de modulation optique.
Les approches de modulation des signaux sont, comme dans le cas des ondes radio ou des systèmes hyperfréquences, basées sur deux types principaux de modulation : la modulation d’amplitude et la modulation de fréquence.
Compte tenu de la maturité des composants optoélectroniques disponibles à ce jour, une activité prépondérante utilise la modulation d’amplitude.
Deux approches sont utilisées :
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la modulation externe. Dans ce cas, l’intensité optique émise en sortie du laser est modulée par un modulateur électro-optique externe ;
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la modulation directe, où plus simplement, le courant qui traverse le laser est modulé, ce qui entraîne une modulation de la lumière en intensité et en fréquence optiques.
Les liaisons optiques analogiques présentent la spécificité d’atteindre de très hautes performances en termes de bruit de phase, de pureté spectrale et de linéarité. Ces paramètres pris en compte dans les spécifications des composants de conversion, s’étendent aux dispositifs passifs entrant dans la composition de ladite liaison, isolateur optique nécessaire pour éviter les phénomènes de triple trajet, connecteurs spécifiques, …
La deuxième fonction mise en valeur dans le traitement optique des signaux hyperfréquences est la réalisation de fonctions de commutation optique.
Les objectifs visés dans la réalisation de ces fonctions sont résumés dans les spécifications des paramètres critiques des commutateurs et/ou matrices de commutation suivants :
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forte diaphotie ;
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faible consommation ;
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faibles pertes d’insertion ;
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équidistance des chemins optiques ;
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matrice non bloquante ;
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insensibilité à la polarisation optique.
De nombreuses approches sont décrites dans cet article visant, d’une part, à la définition des commutateurs optiques et des architectures de matrices de commutation optique et, d’autre part, dans la prise en compte, dans la conception des commutateurs, des spécifications précisées précédemment.
Le présent article s’inscrit dans une série consacrée à l’optoélectronique hyperfréquence :
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Optoélectronique hyperfréquence - Modulation, liaisons et commutation [E 3 331] ;
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Optoélectronique hyperfréquence - Commandes et traitement du signal ;
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Optoélectronique hyperfréquence - Composants et fonctions (Comparatif) [E 3 333].
Le lecteur trouvera dans ce dernier une liste (non exhaustive) de fournisseurs et des sites Internet sur ce sujet.
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- Version courante de janv. 2014 par Didier DECOSTER
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3. Commutation optique
La commutation optique repose sur l’aptitude à faire varier indépendamment les indices de réfractions des différentes parties composant le commutateur. Les principaux phénomènes physiques permettant de moduler l’indice de réfraction d’un matériau sont présentés dans les paragraphes suivants en termes d’interactions entre la lumière et les champs électriques, les ondes acoustiques et la chaleur via le milieu de propagation et leur caractéristiques sont résumées dans le tableau 2.
3.1 Principes de commutation
L’indice de réfraction d’un solide dépend de paramètres intrinsèques tels que sa structure cristalline, sa composition chimique, mais également de paramètres extrinsèques tels que la température. C’est cette dernière dépendance qui est mise à profit dans l’effet thermo-optique. Par l’intermédiaire du coefficient de dilatation, un gradient de température provoque une déformation locale du réseau cristallin. Il en résulte une variation d’indice, typiquement de l’ordre de 1 · 10–5 oC–1.
Cet effet, ou du moins son utilisation, est limité par le temps nécessaire au matériau pour arriver à l’équilibre thermique et ne permet donc pas d’envisager des temps de commutation inférieurs à quelques microsecondes.
HAUT DE PAGE
Les spécialistes en mécanique du solide sont de fervents utilisateurs de l’effet photoélastique. Ils utilisent l’aptitude d’un champ de contraintes à induire une variation d’indice de réfraction pour étudier son profil.
Ici, l’effet photoélastique trouve une application originale. En effet, a contrario, on applique un champ de contraintes connu par l’intermédiaire d’une onde acoustique de surface. La déformation du réseau cristallin ainsi engendrée se traduit par une variation locale de l’indice...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Special Issue on Applications of Lightwave Technology to Microwave Devices, Circuits and Systems (Numéro spécial sur les applications de la technologie optoélectronique aux dispositifs, circuits et systèmes micro-ondes). - IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (Institute of Electrical and Electronics Engineers), vol. 38, no 5, p. 467-688, mai 1990.
-
(2) - Special Issue on Microwave and Millimeter Wave Photonics (Numéro spécial sur l’optoélectronique micro-ondes et ondes millimétriques). - IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (Institute of Electrical and Electronics Engineers), vol. 43, no 9, p. 2184-2441, sept. 1995.
-
(3) - Special Issue on Microwave and Millimeter Wave Photonics (Numéro spécial sur l’optoélectronique micro-ondes et ondes millimétriques). - IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (Institute of Electrical and Electronics Engineers), vol. 45, no 8, p. 1280-1536, août 1997.
-
(4) - Special Issue on Microwave and Millimeter Wave Photonics (Numéro spécial sur l’optoélectronique micro-ondes et ondes millimétriques). - IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, (Institute of Electrical and Electronics Engineers), vol. 47, no 7, p. 1280-1536, juill. 1999.
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