2 Production d’états comprimés du rayonnement à l’aide de diodes laser 99
2.1.3 Détection directe calibrée
Quoique
la détectionéquilibrée
soit retenue comme lesystème
de mesure leplus fiable,
nous avons été amenés à recourir à d’autres
systèmes reposant
sur la détection directe del’ensemble du faisceau lumineux par une seule
photodiode.
Ceci a été rendu nécessairelorsque
nous avons voulu mesurer le bruit de certaines diodes encryostat.
Eneffet,
l’insertion sur le
trajet
du faisceau d’unesimple
lame de verre ou d’une lame demi-ondepouvait
modifier defaçon
considérable le bruit d’intensité de ladiode,
enprovoquant
généralement
unimportant
excès de bruit. Dans cesconditions,
la mise en oeuvre de la détectionéquilibrée
se révélaitimpossible puisque
celle-ciexigeait
au moins une lame demi-onde pourséparer
le faisceau en deux.Nous avons
également
recouru à la détection directe calibréelorsque
nous avonsen-voyé
le faisceau émis par la diode laser dans un monochromateur. Unepartie
du faisceauétait
envoyée
sur unphotodétecteur,
une autrepartie
était détectée par le secondpho-todétecteur à la sortie du monochromateur. Ce
dispositif permettait
non seulement de contrôler que le niveau de bruit du faisceau nechangeait
pas, mais fournissaitégalement
une référence pour évaluer le niveau de bruit en sortie du monochromateur.
En
effet,
lesignal
obtenu par détection directe donne le bruit d’intensité du faisceau.Il faut le mettre en relation avec le bruit
quantique
standardcorrespondant.
Pourchaque
spectre
de bruit de la source, il faut être en mesure d’obtenir lespectre
de bruitquantique
standard pour la même intensité lumineuse et les mêmes
fréquences,
tout engardant
des conditions de mesures aussi
proches
quepossible.
Pour cela deux méthodes ont étéFigure-2-8: Principe
de la détection calibrée à référence fixeA. Référence fixe
Cette méthode consiste à recueillir sur
l’analyseur
despectre
lespectre correspondant
à une source lumineuse au bruit
quantique
standard(fig. 2-8).
Connaissant le courant continu débité par laphotodiode
pour cette source, et sachant que le bruitquantique
standard évolue linéairement avec l’intensité de la source, on déduit du
spectre précédent
le
spectre correspondant
à une intensitéquelconque
de la source. Ondispose
ainsi d’une référence de bruitquantique
standardenregistrée
surfichier,
et àlaquelle
onrapportera
les
spectres
obtenus dans les mêmesconditions,
par la mêmephotodiode
et le mêmeamplificateur, placés
cette fois devant le faisceau à étudier. Cette méthode a été utilisée pour mesurer le bruit de la lumière émise par les mini cristaux de YAG etYVO4.
Une telle méthode pose évidemment des
questions quant
à safiabilité.
Elle esttri-butaire de l’ensemble des conditions dans
lesquelles
les mesures sont faites: pour lesdétecteurs,
ils’agit
notamment duchauffage
desphotodiodes
et desamplificateurs
et dedistortions introduites par le
changement
de calibre et de la non-linéarité desamplitudes
mesurées.
Nous avons donc effectué de très nombreuses mesures à
fréquence fixe,
de manière àdisposer
de la meilleure résolutionpossible,
afin d’étudier la linéarité du bruitquan-tique
standard mesuré en fonction de l’intensité lumineuse reçue par lesphotodiodes.
Les meilleurs résultats ont été obtenus en utilisantl’analyseur
despectre
HP8560Equi
s’est montré peu sensible auxchangements
de calibre. Il estcependant préférable d’adapter
le calibre de manière à ce que le
signal
mesuré reste dans la moitié basse de l’écran del’analyseur.
Le bruit mesuré reste bien linéaire enfonction
de l’intensité des faisceauxau bruit
quantique
standardjusqu’à
despuissances
incidentes de l’ordre de 20 mW pour de nombreuses séries de mesures. Lespentes
mesurées d’une droite à l’autreprésentent
néanmoins une
dispersion
de l’ordre de10% provenant
duchauffage
desphotodiodes
comme de celui de
l’électronique.
Ceci illustre l’incidence des conditions de mesure. Il esten fait
possible
mais difficile de maîtriser suffisamment ces conditions pour obtenir des résultatsreproductibles
dans un intervalle de confiance de l’ordre de3%.
Nous nous sommes notamment efforcés de comparer de
façon
presquesimultanée,
eten faisant varier l’excés de bruit de la lumière de 0 à 3
dB,
la mesure du bruit normalisédonnée par une détection
équilibrée
et celle donnée par la détectiondirecte,
en utilisant comme référence de bruitquantique
standard celle donnée par la détectionéquilibrée.
Ces essais ont montré que le
dispositif
à référence fixe est efficace à condition de mesurer des excès ou des réductions de bruit pastrop
faibles devant le bruitquantique standard;
il est donc peu
adapté
à la mesure descompressions
de bruit que nous attendons desdiodes laser.
B. Référence simultanée
Parce que nous
disposons
de deuxphotodétecteurs identiques
dans la limite derésolu-tion des moyens de mesure mis en oeuvre, nous avons réalisé le schéma de mesure suivant
conditions
Figure~2-9: Principe
de la détection calibrée à référence simultanéeéquilibrée
3
, et placé
une desphotodiodes
devant lefaisceau,
au bruitquantique
stan-dard,
d’une diode surréseau,
tandis que l’autre étaitplacée
devant le faisceau à mesurer.Chaque photodiode reçoit
ainsi la même intensité lumineuse. Il suffit donc de masquer lepremier
faisceau pour avoir le bruit d’intensité de la sourceétudiée,
et de masquer le second pour avoir la référence de bruitquantique
standardcorrespondant
au mêmephotocourant.
Nous avons contrôlé avantchaque
série de mesures, en mettant lesphoto-diodes dans la
configuration
de la détectionéquilibrée,
que le faisceau de référence était effectivement au bruitquantique
standard.Nous nous sommes donc
affranchis,
dans la mesure où les bruits que nous avonsmesurés étaient très
voisins,
de l’ensemble des non-linéaritésqui pouvaient
affecter laqualité
de la mesure par référence fixe(cf.2.1.3.A):
lapuissance
lumineuse est la mêmesur
chaque photodiode,
lapuissance
de bruit est trèssemblable, l’analyseur
despectre
est utilisé dans des conditionsidentiques,
sur le mêmecalibre,
les mesures sont faites3
de manière
quasi simultanée,
toute la chaîne en aval desphotodétecteurs
travaille dansdes conditions semblables. Seul le
chauffage
desphotodiodes peut légèrement
différerdu fait de
temps d’exposition légèrement
variables. Nous pensons être ainsi parvenus à uneprécision
relative de l’ordre de2%
sur l’écart mesuré parrapport
bruitquantique
standard.
2.1.4 Fiabilité des
mesures
Dans le document
Réduction du bruit dans les lasers : application aux lasers à semi-conducteur et aux minilasers solides
(Page 124-128)