Partie II Etude de fonctions optiques à base d’amplificateurs à semi#conducteurs pour la
Chapitre 4 L’amplificateur optique à semi#conducteurs : élément actif des portes optiques
4.2 Caractérisation des composants
4.2.3 Caractérisation dynamique
Une caractérisation d’un composant est dite dynamique lorsque l’on étudie la réponse de celui#ci à une impulsion et non plus à un signal continu comme précédemment.
Dans le cas d’un SOA, elle consiste en la mesure de la réponse temporelle du gain modulé par une impulsion. Pour cela, on se place en configuration pompe/sonde, comme le montre le schéma de montage simplifié sur la figure suivante.
Pompe : source impulsionnelle (λλλλp) SOA Photodiode + oscilloscope Sonde continue (λλλλs) λλλλs Pompe : source impulsionnelle (λλλλp) SOA Photodiode + oscilloscope Sonde continue (λλλλs) λλλλs
Figure 4.23 : Schéma simplifié d'un banc de caractérisation dynamique.
∗Notons que les courbes de gain statique se rejoignent également lorsqu’elles sont tracées en auto#saturation pour différents courants de polarisation.
Le signal de pompe, formé d’un train d’impulsions à un débit suffisamment lent pour observer la récupération complète du gain∗, module le gain du SOA et, en conséquence, le signal de sonde continu. Ce dernier est choisi de telle manière qu’il ne participe pas à la saturation du gain tout en étant le plus puissant possible pour favoriser sa détection∗∗. En sortie du SOA, un filtrage sévère est nécessaire pour rejeter le fort signal de pompe et ainsi correctement analyser le signal de sonde. La détection est réalisée par une photodiode et un oscilloscope dont les bandes passantes doivent être suffisamment larges pour observer les temps courts.
Un exemple de trace temporelle obtenue lors d’une telle caractérisation est reporté sur la Figure 4.24(a). Celle#ci représente la dynamique temporelle du SOA vu par le signal de sonde.
Figure 4.24 : Trace temporelle typique obtenue lors d'une caractérisation dynamique de SOA.
Cette trace temporelle permet de réaliser un certain nombre de mesures présentées sur la Figure 4.24(b). Les trois paramètres les plus importants qu’elle permet d’obtenir sont le temps de récupération du gain, noté τ, la largeur à mi#hauteur de l’impulsion inversée, T0, et le taux de
compression, généralement exprimé en dB, défini par la formule suivante :
max 0 , min 0 10 log c dB V V T V V − = × − (4.18)
Notons que V0 représente la tension correspondant au « zéro optique ». Celle#ci est mesurée
expérimentalement en décalant le filtre précédent la photodiode ce qui permet d’obtenir le niveau de bruit optique de tout le montage.
Les trois paramètres (τ, T0et Tc,dB) sont liés entre eux mais également aux puissances de
pompe et de sonde. En effet, plus l’impulsion de pompe est puissante, plus le taux de compression est important mais plus le temps de récupération du gain et donc la largeur à mi# hauteur de sa réponse sont élevés. De plus, plus la puissance de sonde est élevée, plus elle participe à la saturation du gain et ainsi encourage les recombinaisons électrons#trous et donc accélère le temps de récupération du gain∗∗∗[61]. En contrepartie, elle diminue le niveau de gain « petit signal » et donc minimise la compression. Pour chaque application de modulation croisée, les puissances de pompe et de sonde doivent donc être choisie en fonction du compromis « temps de récupération du gain – taux de compression ».
∗Si la cadence de la source impulsionnelle est trop élevé, le gain n’a pas le temps de revenir à sa valeur « petit signal » entre deux impulsions. La mesure est donc faussée.
∗∗ Dans la pratique, la détection est généralement précédée d’un amplificateur, un filtre et un atténuateur variable pour que le signal à détecter ait une puissance optimale pour assurer un OSNR correct de la mesure.
∗∗∗L’influence d’un signal de sonde saturant le gain du SOA sur le temps de récupération de celui#ci sera explicitée plus en détail dans le chapitre 6.
Il est ainsi évident que cette caractérisation dynamique est nécessaire pour juger de la possibilité d’utilisation d’un SOA en tant qu’élément non#linéaire d’une porte optique et pour déterminer les paramètres optimaux pour l’application recherchée. Or, nous pouvons dès à présent faire remarquer que le banc de cette caractérisation étant basé sur une détection électronique, il se trouve nécessairement limité en bande passante et ainsi en mesure des temps très courts. Il s’agit en fait du banc de caractérisation le plus simple et donc le plus usuellement utilisé. Cependant, lorsque le débit auquel sont dédiés les SOA étudiés est trop rapide, ce banc n’est plus adéquat et il est nécessaire d’envisager d’autres solutions, qui seront présentées au chapitre 6.
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, les amplificateurs à semi#conducteurs sont des composants dont la structure est inspirée de celle des diodes lasers et qui ont donc profité des nombreuses avancées dans ce domaine. Comme les structures lasers, le principe de leur amplification repose sur le processus d’émission stimulée, qui, dans le cas des semi#conducteurs, correspond à des recombinaisons radiatives entre des électrons du bas de la bande de conduction et des trous du haut de la bande de valence. Cependant, contrairement aux lasers, les amplificateurs à semi# conducteurs doivent être des composants à simple passage ou à ondes progressives, c’est#à#dire qu’ils ne doivent pas être formés d’une cavité réfléchissante. Leur structure est donc adaptée pour minimiser les réflexions internes et ainsi le phénomène de ripple lié aux interférences parasites.Le paramètre fondamental des SOA est donc leur gain « simple passage ». Il est ainsi très utile de pouvoir le simuler et le mesurer. Ce chapitre a, de ce fait, présenté les deux principaux modèles utilisés au cours de la thèse ainsi que les caractérisations qui permettent d’en connaître parfaitement le fonctionnement statique comme dynamique.