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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1. Modulation optique
Transmettre par voie optique une information (signal) électrique, suppose de disposer de transducteurs électrique/optique à l’émission et de transducteurs inverses optique/électrique en réception, pour restituer le signal. La première opération de conversion électrique/optique porte le nom de modulation optique. En effet, le signal est transporté sur la porteuse optique et ceci s’accompagne d’une transposition spectrale que nous allons examiner.
L’avantage des diodes lasers à semi-conducteurs (cf. § 2.1) pour les applications en télécommunications ou radars réside dans le fait qu’il est possible de les moduler faci- lement :
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l’intensité optique émise en sortie du laser est modulée par un modulateur externe ;
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ou encore plus simplement, le courant qui traverse le laser est modulé, ce qui entraîne une modulation de la lumière en intensité et en fréquence optiques.
Nous rappelons dans ce paragraphe les expressions classiques de la modulation d’intensité et de la fréquence optiques. Nous utiliserons les rotations suivantes :
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P mod : puissance optique modulée ;
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ν 0 : fréquence optique de la lumière (supposée parfaitement monochromatique) émise par le laser à la longueur d’onde λ 0 (typiquement autour de 1 300 nm ou 1 550 nm) ;
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f opt : fréquence optique modulée ;
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f m : fréquence du signal électrique (supposé pur) de modulation dans le domaine radiofréquence (RF) ou hyperfréquence.
Nous pouvons donc écrire :
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Modulation optique
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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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