3.4 La technique d’asservissement ` a correction aval h´ et´ erodyne : application ` a
3.4.1 Dispositif exp´ erimental
Figure 3.7: Dispositif exp´erimental relatif au syst`eme d’asservissement ´etudi´e AMLL : diode `a blocage de modes actif, EDFA : amplificateur optique `a fibre dop´ee Erbium, PC : contrˆoleur de polarisation, VOA : att´enuateur optique variable, BPD : photo-diode ´equilibr´ee, RF Amp : amplificateur ´electrique, EO : ´electro-optique, OBF :
filtre optique, VEDL : ligne `a retard ´electrique
La figure 3.7 montre le dispositif exp´erimental utilis´e pour la r´eduction du bruit de fr´equence optique pr´esent sur les diff´erentes raies du spectre. Il s’agit ici, du mˆeme dispositif que celui employ´e pour la r´eduction du bruit de fr´equence d’un laser monomode d´ecrit dans le chapitre 2. L’ensemble compos´e de la diode `a blocage de modes actif, d’un premier amplificateur optique `a fibre dop´ee Erbium, d’un filtre optique et d’un second amplificateur optique `a fibre dop´ee Erbium, constitue le laser sous test. La puissance optique en sortie de la diode `a blocage de modes actif est de 4 dBm. Cette puissance est r´epartie sur une trentaine de modes, on estime donc que la puissance optique moyenne par mode est inf´erieure `a -10 dBm. Cette puissance peut s’av´erer insuffisante pour g´en´erer un puissant battement h´et´erodyne avec l’oscillateur local. Nous choisissons donc d’effectuer une remise en forme du peigne. Pour cela, on amplifie d’abord tous les modes du peigne, on en s´electionne 21 que l’on r´e-amplifie. Pour g´en´erer le battement h´et´erodyne, on
Chapitre 3. La technique d’asservissement `a correction aval de la phase optique d’un
laser : extension `a une diode `a blocage de modes 80
positionne l’oscillateur local `a une fr´equence entre 9 GHz et 11 GHz d’un des modes du peigne. La bande passante de la photo-d´etection filtre tout autre battement ´electrique susceptible d’ˆetre g´en´er´e, soit par l’oscillateur local et le mode adjacent, soit entre deux modes adjacents. De ce fait, il n’est pas n´ecessaire de r´ealiser de filtrage optique en vue de la g´en´eration du battement.
On suit le mˆeme protocole exp´erimental que celui d´ecrit `a la section2.3.2du chapitre 2. La figure3.8donne le spectre optique avant et apr`es le modulateur que l’on a observ´e durant nos exp´erimentations. Le mode de correction est situ´e `a la longueur d’onde 1551,68 nm. Sa bande lat´erale affin´ee est rep´er´e par l’indice 0. Nous pouvons constater la g´en´eration de bande lat´erales autour des diff´erents modes de la diode. Les bandes lat´erales affin´ees sont situ´ees `a gauche.
1551,0 1551,5 1552,0 1552,5 1553,0 -92 -69 -46 -23 1551,0 1551,5 1552,0 1552,5 1553,0 -72 -54 -36 -18 (b) (a) Pui s s a nc e o pt iq u e [d B m ] Pui s s a nc e o pt iq u e [d B m ] Longueur d'onde [nm] ... ... -3 -2 -1 +3 +2 +1 0
Figure 3.8: Spectre optique du signal avant (b) et apr`es le modulateur ´electro-optique d’intensit´e (a). La r´esolution de l’analyseur de spectre optique utilis´e ici, est10MHz. Le mode d’indice 0 correspond au mode de correction. Les raies encadr´ees en rouge,
3.4.2 R´esultats exp´erimentaux
Pour cette exp´erience, le laser Oewaves Gen3 est utilis´e comme oscillateur local. Les r´esultats de cette partie sont pr´esent´es en deux temps. D’abord, on analyse le bruit de fr´equence de la bande lat´erale relative au mode de correction, que l’on compare d’un cˆot´e `a celui du mode de correction et d’un autre `a celui du laser Oewaves Gen 3 (oscillateur local). Cette analyse est similaire `a celle adopt´ee dans le cas d’un laser sous test monomode (voir Chap.2, Sec.2.3.3 et Sec.2.3.4). Ensuite, on analyse le bruit de fr´equence optique pr´esent sur l’ensemble des bandes lat´erales affin´ees.
Analyse de la bande lat´erale affin´ee relative au mode de correction
La figure 3.9 repr´esente les DSPs de bruit de fr´equence de l’oscillateur local, du mode de correction (n=0) et de la bande lat´erale affin´ee associ´ee.
Le mode de correction
La DSP de bruit de fr´equence du mode de correction est compos´e d’une seule contribution. Le bruit de fr´equence est blanc sur pratiquement tout l’intervalle de mesure, sauf pour les fr´equences inf´erieures `a300 Hz o`u on remarque une l´eg`ere remont´ee du bruit. A partir du niveau de ce bruit blanc, nous estimons que la largeur de raie intrins`eque du mode de correction vaut∆νl≈56 MHz.
La bande lat´erale affin´ee relative
En ce qui concerne la bande lat´erale affin´ee, on retrouve un r´esultat similaire `a ce que l’on a obtenu lorsqu’on a appliqu´e la technique `a un laser sous test monomode (cf. Chap.2, Sec.2.3.4).
Une largeur de raie intrins`eque∆νl≈ 50 Hz est estim´ee `a partir du niveau du bruit blanc de fr´equence (visible pour les fr´equences au dessus de 80 kHz). On retrouve ici, la mˆeme limitation identifi´ee au chapitre2. Sa largeur de raie gaussienne caus´ee par le bruit de fr´equence en basse fr´equence est estim´ee `a∆νg≈37 kHz pour un temps d’observation de 10 ms.
Le tableau 3.1 r´ecapitule les performances de r´eduction du bruit obtenues sur le mode de correction.
Chapitre 3. La technique d’asservissement `a correction aval de la phase optique d’un
laser : extension `a une diode `a blocage de modes 82
Figure 3.9: Densit´es spectrales de puissance des fluctuations de fr´equence du mode de correction, de sa bande lat´erale affin´ee et du laser Oewaves Gen3 (a) en ´echelle
logarithmique (b) en ´echelle lin´eaire
Analyse de l’ensemble des bandes lat´erales affin´ees
Dans cette partie, nous analysons le bruit de fr´equence optique des 20 bandes lat´erales affin´ees que l’on compare `a celui de la bande lat´erale de correction.
Bandes lat´erales relatives aux modes situ´es `a droite (en longueur d’onde) du mode de correction
La figure 3.10compare les DSPs de bruit de fr´equence des bandes lat´erales affin´ees associ´ees aux 20 modes, situ´es `a droite du mode de correction (en longueurs d’onde) `a
Table 3.1: R´ecapitulatif des performances de bruit de fr´equence, apr`es analyse de la bande lat´erale associ´ee au mode de correction
Source Largeur de raie intrins`eque ∆νl [Hz] Largeur de raie ` a 10 ms de temps d’observation ∆νg [Hz] Oscillateur local (Oewaves Gen3) ∼ 15 ∼ 37k Mode de correction (λ ≈ 1551,68nm) ∼ 56M −
Bande lat´erale affin´ee associ´ee ∼ 50 −
Taux de r´eduction [dB] 60 < −
celle de la bande lat´erale relative au mode choisi pour la correction.
Sur la figure3.10(a), on constate que les bandes lat´erales ont, toutes, la mˆeme forme de spectre de bruit. Elle pr´esentent toutes un bruit technique en 1/ f2. Cependant, leur niveau de bruit blanc de fr´equence est diff´erent. En effet, on remarque que ce niveau augmente progressivement plus le mode s’´eloigne du mode de correction. Toutes les bandes lat´erales partageant approximativement la mˆeme largeur de raie gaussienne ∆νg estim´ee par la m´ethode de laβ-line pour un temps d’observation de 10 ms. Leur largeur de raie intrins`eque quant `a elle augmente de 50 Hz pour la bande lat´erale relative au mode de correction (BL 0) `a environ 4 kHz (Fig.3.10(b)) pour celle relative au mode `a l’extr´emit´e droite (BL +10).
Bandes lat´erales relatives aux modes situ´es `a gauche (en longueur d’onde)
du mode de correction
La figure 3.11, repr´esente les densit´es spectrales de puissance des fluctuations de fr´equence des bandes lat´erales relatives aux modes situ´es `a gauche du mode de correction.
Les bandes lat´erales ont toutes sensiblement la mˆeme largeur de raie gaussienne ∆νg(Fig.3.11(a)) tandis que leurs largeurs de raie intrins`eques augmente de 50 Hz (BL 0) pour la bande lat´erale relative au mode de correction `a environ 7 kHz pour celle relative au mode `a l’extr´emit´e (BL -10) (Fig.3.11(b)).