Afin d’isoler la contribution de l’amplificateur PSA à la non-linéarité de la liaison, nous avons effectué les mesures de produit d’intermodulation d’ordre 3 (IMD3) à la fois lorsque le PSA est inactif (PSA OFF), ensuite quand le PSA est actif (PSA ON). Il est important de noter ici que la puissance de l’ensemble signal + idler injectée dans la photodiode est faible, assurant qu’aucun non linéarité n’est introduite par cette dernière. Lorsque le PSA est actif, il doit être asservi sur un gain d’amplification positif et fixe (GP SA > 0).
Notre système d’asservissement nous permet d’ajuster le gain de l’amplificateur. En effet, le signal d’erreur appliqué au PZT est obtenu en comparant la puissance détectée de l’ensemble « signal+ idler » à la puissance d’un signal de référence. Ce signal de référence, correspondant au point de verrouillage de la phase relative entre pompe, signal et idler, peut être quant à lui ajusté et permet ainsi de faire varier le gain de l’amplificateur PSA entre sa valeur maximale et sa valeur minimale.
III.1.1 Détection du signal seul
La figure 4.5 présente l’évolution de la puissance RF en sortie de la liaison en fonction de la puissance RF appliquée au modulateur Mach-Zehnder lorsque le PSA est désactivé
(PSA OFF) puis activé (PSA ON). Nous représentons sur la même figure les différents planchers de bruit dans les deux cas lorsque le PSA est OFF et lorsque le PSA est ON. Nous effectuons d’abord une mesure de plancher de bruit de la liaison de mesure (pho-todiode + amplificateur RF + analyseur de spectre électrique) sans lumière. Le plancher de mesure obtenu est présenté en pointillé vert dans la figure 4.5. Il est égal à -174.5 dBm/Hz. Ensuite, nous mesurons le plancher de bruit lorsque le PSA est OFF (pointillé bleu), c’est-à-dire lorsqu’on détecte, dans notre cas, une puissance de signal de -17 dBm. Le plancher du bruit obtenu est de -167.8 dBm/Hz. Ce niveau de bruit comprend à la fois le bruit d’intensité du laser, le bruit de grenaille et le bruit thermique. Regardons maintenant le plancher du bruit introduit lorsque le PSA est actif. Avant toute chose, il est important de mentionner que l’amplificateur sensible à la phase est asservi sur un gain maximal de 10 dB. Le plancher de mesure obtenu (pointillé rouge) vaut -147.8 dBm/Hz. L’écart entre les deux mesures du plancher de bruit lorsque le PSA actif et le PSA inactif est égal à deux fois le gain optique. Cette mesure montre que le PSA n’ajoute pas de bruit supplémentaire. La mesure du bruit du PSA sera plus détaillée dans la deuxième partie de ce chapitre.
L’écart observé entre les deux mesures (Fondamentales et IMD3) quand le PSA est OFF et ON correspond bien également au double du gain PSA (20 dB). C’est exactement ce que l’on peut attendre d’un amplificateur parfaitement linéaire, puisque le gain dans le domaine RF est le carré du gain dans le domaine optique. Sur la même figure, nous avons présenté l’évolution théorique de la puissance RF en sortie de la liaison en fonction de la puissance RF à l’entrée de liaison pour les fréquences fondamentales (équation 4.4) et pour l’IMD3 (équation 4.5). Les calculs des puissances de produit d’intermodulation et de fréquence fondamentale sont détaillés dans l’annexe (B). On obtient :
PF ond = PRF,inR 2 32 πSPin(1 − L) Vπ,RF sin φDC !2 , (4.4) PIM D3 = P 3 RF,inR4 2048 π3SPin(1 − L) Vπ,RF sin φDC !2 . (4.5)
Les courbes théoriques sont obtenues en utilisant les mêmes paramètres expérimentaux résumés dans le tableau (4.1). On remarque que les courbes théoriques sont légèrement différentes des mesures expérimentales. Cette différence est due peut être aux petites
Figure 4.5 – Détection du signal seul : les cercles présentent l’évolution expérimentale de la puissance RF en sortie de la liaison en fonction de la puissance RF en entrée de liaison (appliquée au MZM2) lorsque le PSA est OFF et ON. Les droites rouge et bleue repré-sentent l’évolution de la puissance RF en sortie de la liaison en fonction de la puissance RF en entrée de liaison lorsque le PSA est OFF et ON En rouge : PSA ON, en bleu pour PSA OFF. En pointillés : densité spectrale de bruit intégrée sur 1 Hz.
variations pendant les mesures du gain optique. On remarque également que, quand le PSA est ON, le point d’interception d’ordre 3 en sortie de liaison (IP3) symbolisé par les disques verts sur la figure 4.5, augmente de 20 dB. Cette valeur correspond à deux fois le gain de l’amplificateur PSA, car l’évolution du point IP3 suit exactement la même évolution des puissances des fréquences fondamentales et celles de l’IMD3après l’activation du PSA. Ces mesures montrent également qu’il n y a pas de dégradation de la valeur de la SFDR lorsque le PSA est activé.
R 50 Ω Sans amplification : Pin(1 − L) −17 dBm Avec amplification : Pin(1 − L) −7 dBm Vπ,RF 5 V sin φDC π2 S 0.95 A/W
Table 4.1 – Paramètres utilisés pour modéliser l’évolution de la puissance RF des IMD3
et des fondamentales lorsque seul le signal est détecté.
III.1.2 Détection du signal et de l’idler
Afin d’effectuer une étude comparative, les mêmes expériences ont été réalisées en détectant cette fois-ci l’ensemble signal + l’idler. La figure 4.6 montre l’évolution de la puissance RF en sortie de la liaison en fonction de la puissance RF appliquée au MZM2.
Sur cette figure sont représentées respectivement en rouge et en bleu, les variations des puissances RF en sortie de la liaison lorsque le PSA est OFF puis ON. Ces mesures ont été effectuées avec une puissance du signal et de l’idler à l’entrée de la fibre de -10 dBm et une puissance de la pompe valant 24 dBm. Dans ce cas, le gain optique maximal obtenu est 8.8 dB.
Les deux niveaux de bruit représentés en rouge et bleu (sur la figure 4.6), désignent respectivement le niveau du bruit de l’ensemble signal + idler lorsque le PSA est OFF puis quand le PSA est ON. L’écart entre ces deux niveaux de bruit, -149 dBm/Hz (PSA ON) et 167 dBm/Hz (PSA OFF), est égal à 18 dB. Cet écart correspond au double du gain PSA additionné de 0.4 dB. A partir de cette mesure, on peut observer que l’amplificateur sensible à la phase permet juste d’amplifier le bruit et ne rajoute pas beaucoup de bruit supplémentaire. L’augmentation du plancher de bruit de 0.4 dB quand le PSA est ON, peut être attribuée à un ajout de bruit par l’amplificateur PSA d’une part, l’erreur de l’analyseur de spectre électrique estimée à 0.8 dB d’autre part, ou enfin à un changement du point de verrouillage de la phase et donc du gain PSA pendant les mesures. On peut constater également à partir de ces deux mesures qu’il n’y a pas de dégradation de la valeur de la SFDR qui vaut dans ce cas 80 dB/Hz2/3.
Sur la même figure nous avons tracé les courbes théoriques de l’évolution des puissances RF en sortie de liaison pour l’IMD3 et la fréquence fondamentale régies par
Figure 4.6 – Détection du signal et de l’idler : Les cercles présentent l’évolution expéri-mentale de la puissance RF en sortie de la liaison en fonction la puissance RF en entrée de liaison (appliquée au MZM2) lorsque le PSA est OFF et ON. Les droites rouge et bleue représentent l’évolution de la puissance RF en sortie de la liaison en fonction de la puissance RF en entrée de liaison lorsque le PSA est OFF et ON En rouge : PSA ON, en bleu pour PSA OFF. En pointillés : densité spectrale de bruit intégrée sur 1 Hz.
les deux équations (4.4, 4.5). Ces courbes sont obtenues en utilisant les paramètres du tableau (4.2). Tout d’abord, nous remarquons à partir des mesures expérimentales de puissance RF à la sortie de liaison que l’IMD3 a été amplifié avec un gain de 17.1 dB. Cette valeur est légèrement inférieure à deux fois le gain optique. A noter aussi que les fondamentales sont aussi amplifiées avec un gain de 18.5 dB, ce qui est légèrement supérieur à deux fois le gain optique.
Afin de confirmer ce résultat selon lequel le gain RF créé par l’amplificateur PSA est le même pour les fréquences fondamentales et celles des produits d’intermodulation d’ordre 3, nous avons mesuré le gain RF pour plusieurs valeurs du gain optique PSA. Nous avons fait varier le gain du PSA en variant le point de verrouillage de la phase
R 50 Ω Sans amplification : Pin(1 − L) −18 dBm Avec amplification : Pin(1 − L) −9.2 dBm Vπ,RF 5 V sin φDC π2 S 0.95 A/W
Table 4.2 – Paramètres utilisés pour modéliser l’évolution de la puissance RF des IMD3
et des fondamentales lors de la détection combinée du signal et de l’idler.
relative. La figure 4.7 présente l’évolution des gains RF pour les fréquences fondamentales et les IMD3 en fonction du gain optique du PSA. Dans la plage de gain étudiée ici, on remarque une évolution linéaire entre le gain PSA et le gain RF correspondant. Ce résultat montre clairement que les fréquences fondamentales et IMD3 sont amplifiées avec le même gain RF correspondant exactement au double du gain optique et que le PSA n’introduit aucune non-linéarité supplémentaire.
Figure 4.7 – Evolution du gain RF pour les fréquences fondamentales et IMD3en fonction du gain optique du PSA.