2.4 – Calcul de l’ENR de 75 à 170 GHz

Connaissant la puissance de bruit disponible que la source photonique est capable de fournir dans deux états différents, il est facile de calculer son ENR dans le plan AP grâce à l’équation ci-dessous (Eq. III.2.4) :

















10.log

P

P

P

ENR

Ces mesures de puissance de bruit ont été faites en bande W et D, permettant de calculer l’ENR de la source photonique de 75 à 170 GHz (Fig. III.2.8). En bande W, seul l’ENR de la photodiode 0,6x14,4 µm² a été mesuré, sous une puissance optique de 7,5 dBm et pour trois polarisations différentes.

Figure III.2.8 – ENR de la photodiode 0,6x14,4 µm² éclairée par un signal optique de 7.5 dBm, pour trois polarisations DC différentes.

On remarque au premier abord une très bonne continuité des mesures entre la bande W et la bande D, malgré un changement de banc de caractérisation, pour les trois polarisations étudiées ici. On retrouve aussi un écart important entre l’ENR à 0V et celui à -1V, équivalent à celui de la mesure brute de puissance Fig. III.2.5.

Un ENR entre 15 et 20 dB est mesuré pour de faibles valeurs de conditions expérimentales (Vph = 0V et Popt = 7,5 dBm), ce qui est tout à fait conforme aux spécifications du cahier des

charges de la source de bruit (cf. section I.4.1) et valide notre approche. De plus, afin de mesurer l’ENR maximal que la source de bruit photonique est capable de fournir, nous avons approfondi cette étude pour différentes conditions expérimentales (Vph, Popt) et différentes

géométries de photodiode (Wph), et ce en bande D uniquement.

III.2.4.1 – Effet de la polarisation DC Vph:

La première étude s’est portée sur l’effet de la polarisation DC sur l’ENR d’une photodiode 0,4x14,4 µm², avec une puissance optique d’entrée de 9,5 dBm.

Comme cela a déjà été noté précédemment, il existe un fort effet de la polarisation sur la puissance de bruit de la photodiode, donc son ENR (Fig. III.2.9). Cet effet est particulièrement visible entre 0 et -0,5 V où on observe une augmentation d’environ 15 dB. Pour autant, il est important de remarquer que l’ENR de la photodiode à 0V est déjà très fort, au-delà des 20 dB donnés dans les spécifications.

Figure III.2.9 – Effet de la polarisation sur l’ENR de la source photonique en bande D

Néanmoins, ajouter une tension de polarisation permet de rendre accordable l’ENR de la source de bruit photonique qui pourrait alors varier en fonction des besoins. Le premier avantage serait de palier à la perte de puissance de bruit haute fréquence, si la photodiode n’est plus capable de délivrer suffisamment de puissance de bruit au-delà de 170 GHz. Le fort ENR à 170 GHz pour -2V de tension Vph permet d’être confiant quant à une utilisation jusque

325 GHz (bande J) minimum. Un autre avantage serait de faire plusieurs mesures de facteur de bruit (NF) d’un CST pour différents ENR afin de faire une moyenne de ces résultats et d’augmenter ainsi la précision de la mesure.

III.2.4.2 – Effet de la puissance optique d’entrée Popt :

La mesure en bande D de la puissance de bruit de la source photonique a été faite pour 3 puissances optiques d’entrée différentes : 7.5, 8.5 et 9.5 dBm de puissance optique arrivant sur le réseau de couplage de la structure de test (Fig. III.2.10).

Figure III.2.10 – Effet de la puissance optique d’entrée sur l’ENR de la source photonique en bande D, pour deux tensions de polarisation différentes

L’effet de la puissance du signal optique éclairant la structure de test photonique est très différent suivant la polarisation de la photodiode choisie. Ainsi, il est très faible à 0V, voire négligeable, alors qu’à -2V il est bien plus visible. Cela vient du fait qu’en absence de polarisation électrique dans la photodiode, l’évacuation (collection) de porteurs de charge n’est plus optimale, réduisant ainsi les performances fréquentielles. Dans ce régime, la puissance RF générée ne suit pas la loi quadratique en fonction de la puissance optique. De plus, de fait de la génération quadratique propre à la photodiode, une différence de 2 dB de puissance optique en entrée implique une différence d’ENR d’environ 4 dB en sortie.

Ceci signifie qu’on ne pourra pas utiliser la puissance optique d’entrée pour faire varier l’ENR de la photodiode lors d’une application à 0V de tension. Si l’ENR descend en dessous des spécifications voulues à haute fréquence, il sera alors nécessaire de polariser la photodiode en inverse tout en adaptant la puissance optique pour plus de variabilité. En revanche, il est intéressant de noter que la variation d’ENR est plus finement contrôlable dans le cas d’un changement de puissance optique Popt que dans le cas d’un changement de

polarisation Vph. Dans le cas d’une application nécessitant un ENR accordable, il sera alors

préférable d’utiliser la photodiode avec une polarisation inverse fixe (non nulle) et faire varier la puissance optique de l’EDFA.

III.2.4.3 – Effet de la largeur intrinsèque Wph :

Un dernier effet à prendre en compte est la géométrie de la photodiode qui sera utilisée comme source de bruit. Une mesure d’ENR de chacune des géométries de photodiode dans une condition expérimentale équivalente (Vph = -2 V et Popt = 9,5 dBm) permettra de choisir

Figure III.2.11 – Effet de la largeur intrinsèque Wph sur l’ENR de la source photonique de longueur 14,4 µm, en bande D

L’effet de la géométrie est particulièrement visible sur l’ENR, avec une différence de 6 dB environ entre une largeur intrinsèque de 0,4 et de 0,8 µm. Comme on pouvait s’y attendre (cf. section III.1.3.1), c’est la photodiode de largeur intrinsèque la plus faible (0,4 µm) qui délivre une puissance de bruit, donc un ENR, plus fort dans ces bandes de fréquence.

On peut remarquer que l’ENR de la GeHSPD de largeur Wph = 0,6 µm est plus faible que

celui de la GeHSPD 0,7 µm. Ceci vient du fait que la photodiode 0,6 µm s’est dégradée lors d’une mesure précédente, lorsqu’une trop forte puissance optique lui avait été injectée. Comme on a pu le constater au paragraphe III.1.3.3 (Fig. III.1.18), dépasser le « seuil de saturation » d’une photodiode lui fait perdre 1 à 2 dB de puissance de manière irréversible. La mesure de puissance de bruit sur cette photodiode a permis de valider le fait qu’elle était toujours utilisable en tant que source de bruit, mais avait perdu 1 à 2 dB de puissance sur toute la bande de fréquence.

Afin de se placer dans les meilleurs conditions possibles, et de maximiser l’ENR de notre source photonique, la photodiode 0,4x14,4 µm sera privilégiée (sachant qu’un ENR trop fort pourra toujours être atténué afin de ne pas saturer le récepteur de bruit). L’ENR maximal qui a pu être obtenu pour cette photodiode est de 48 dB à 170 GHz et correspond à un signal optique de 9,5 dBm en entrée du réseau de couplage et une polarisation DC de -2V.