III- V sur SOI liaison avec isolant
7.3 Caractérisation du récepteur Cohérent complet
La responsivité des PDs dans le récepteur est montrée sur la figureIV.42.
Cette mesure est réalisée par rapport à la puissance optique en sortie de fibre optique, elle inclut donc les pertes de couplage optique, les pertes de propa- gation dans les guides, les pertes du MMI : 6 dB intrinsèque, plus les pertes en excès, ainsi que le rendement d’absorption par la photodiode de la lumière présente dans le guide silicium). Ces valeurs restent néanmoins faibles com-
parées aux valeurs montrées dans le graphique de la figureIV.39. En multi-
pliant par 4, pour tenir compte de la division de puissance par le MMI 2x4, on arrive à 0,12 A/W. Cette valeur inclue les pertes de coupleurs verticaux d’au mois 3 dB, ça donnerait donc une responsivité nette sans coupleurs de 0,24 A/W, alors que les PDs seules, pertes de coupleurs exclues, présentaient jusqu’à 1 A/W de responsivité. Ceci montre que le MMI introduit des pertes en excès importantes.
La courbe IV.43 montre la caractérisation du MMI intégré dans le récep-
teur, on constate que sa courbe de transmission présente un maximum vers 1520 nm à trop courtes longueurs d’ondes. Si l’on regarde la courbe d’ac- cordabilité de l’oscillateur local, la longueur d’onde la plus faible qu’il peut atteindre est autour de 1540 nm. A cette longueur d’onde on se retrouve aux bords de la bande de transmission à 3 dB du MMI, ceci veut dire que l’on
FIGUREIV.42 – Responsivité nette du récepteur cohérent, sans soustraction des pertes de couplage, et sans prise en compte de
la division de puissance par le MMI
perd en plus un facteur 2 pour chaque sortie. Ceci amènerait à une valeur
d’environ 0.06 A/W (×4×2 donnant 0.48 A/W) de responsivité des PDs si
le MMI était mieux centré, ce qui réduit à un facteur 2 au lieu de 5 l’écart à 1 A/W à combler. Dans ce cas on en déduit des pertes de 3 dB au total qui rentrent en jeu hors MMI. Cette valeur reste justifiable si on somme les pertes de courbure et les pertes des transitions entre les différents blocs composant le récepteur. -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 1500 1510 1520 1530 1540 1550 1560 1570 P e rt e s (d B ) λ(nm) Out1 Out2 Out3 Out4
FIGUREIV.43 – Mesure des courbes de transmission du MMI
Mesure du déphasage statique
La mesure des déphasages en sortie du récepteur est montrée sur la fi-
gureIV.44. Le principe est d’injecter deux signaux continus légèrement déca-
lés en longueur d’onde dans l’entrée signal et dans l’entrée oscillateur local. Ces deux signaux sont mixés dans le MMI et on observe sur les photodiodes le signal de battement entre ces deux signaux. Étant donné les lois de phase
données dans la partie sur les MMI (Eq.IV.1). On récupère les signaux des
PDs avec des électrodes HF, et on acquiert les battements sur un oscilloscope
à 16 GHz. Comme on le voit sur le tableau figureIV.44, on fait plusieurs ac-
quisitions d’oscillogramme de durée 10 µs avec un taux d’échantillonnage de 40 Gsamples/s. On détecte les déphasages entre les différentes voies, et on fait la moyenne sur 10 acquisitions consécutives.
On obtient les valeurs moyennes et les erreurs en rouge dans le tableau :
92.83◦ au lieu de 90◦, 175.13◦ au lieu de 180◦, et 273.81◦ au lieu de 270◦. Les
trois valeurs d’erreur de déphasage sont inférieures à 5◦, elles respectent bien
les spécifications des récepteurs cohérents.
FIGUREIV.44 – Déphasages mesurés en sortie du récepteur co-
hérent
Mesure du diagramme de constellation
Afin de compléter la caractérisation du récepteur cohérent, nous avons réalisé une mesure avec un signal QPSK (Quadrature Phase shift Keying) en entrée afin de vérifier la fonctionnalité du récepteur. Pour cela on mesure le diagramme de constellation qui permet de vérifier la qualité de la démodu- lation obtenue en sortie du récepteur. Le diagramme de constellation est une représentation du signal modulé en amplitude et, ou en phase dans un dia- gramme bi-dimensionnel représentant dans un plan complexe les symboles aux instants d’échantillonnage, avec comme abscisse la composante réelle (axe des I, ou « en-phase ») et comme ordonnée la composante imaginaire (axe des Q, ou « en quadrature »).
À la réception le système numérique de traitement de données relié au récep- teur examine les symboles reçus. Ces symboles peuvent avoir été perturbés
point le plus proche du diagramme de constellation qui correspond au sym- bole reçu. Une erreur de symbole apparaîtra si les perturbations font qu’il se rapproche d’un autre point du diagramme.
Une erreur de détection vient de la mauvaise interprétation d’un bit enco- dant le symbole, ceci peut être exprimé par le facteur Q de la détection. La proportion moyenne de bits mal reconnus est appelée taux d’erreur binaire (BER, pour Bit-Error Rate). Avec l’hypothèse que les photocourants se répar- tissent selon des distributions gaussiennes, le seuil du récepteur qui mini-
mise le nombre d’erreurs peut être déterminé analytiquement [85].
FIGUREIV.45 – Montage expérimental pour mesurer la constel-
lation démodulée à l’aide d’un PIC RxC.
Le montage utilisé pour mesurer la constellation est montré sur la fi-
gure IV.45. On utilise une source laser accordable externe pour fournir le
signal. Ce dernier est modulé par un modulateur IQ commercial (modula- teur MZ en Niobate de Lithium 30 GHz) piloté par un DAC (Fujitsu). Le signal modulé est divisé par un coupleur 50/50. Une partie est envoyée à un OSA pour contrôler la forme de la modulation, notamment pour vérifier la suppression de la porteuse. L’autre partie est envoyée à l’entrée signal de la puce avec une fibre monomode (SMF) après amplification par un EDFA. On utilise par la suite un programme Matlab développé en interne à Nokia Bell Labs France pour générer les formats de modulation souhaités, au débit
souhaité, et pour construire la constellation [86]. Le facteur Q est calculé en
comparant le signal démodulé à la séquence envoyée au modulateur.
Nous obtenons les constellations montrées sur la figureIV.46. Le facteur Q
calculé est visible sous les constellations, On peut lire 13,46 dB à 17 Gbauds, et 11,07 à 28 Gbauds, ces valeurs correspondent respectivement à un BER de
1, 110−6 à 17 GBd et de 1, 710−4 à 28 GBd. Ces mesures ont été effectuée à
la longueur d’onde de 1545 nm, c’était la longueur d’onde la plus courte que pouvait atteindre l’OL intégré. Cela limite la puissance optique reçue par les
PDs comme expliqué dans la figureIV.43. Les performances sont également
limitées par le dispositif expérimental : faible tension sur l’oscilloscope en raison des mesures sur puce sans TIA, et faible bande passante de l’oscillo- scope à 16 GHz.
FIGUREIV.46 – Mesure de la constellation du récepteur cohé- rent sur puces, sans TIA et sans FEC.
Ces résultats restent à un niveau très convenable par rapport à l’état de l’art (présentés en début de ce chapitre), même si elles avaient comme objectif principal de valider le fonctionnement du composant tout intégré, qui s’est fait dans des conditions non optimales.