Enfin, la derni`ere mesure, celle pour laquelle le banc d’´echantillonnage a ´et´e con¸cu, est la mesure d’un circuit actif. D’autres techniques telles que la cartographie ´ electro-optique de champs ´electrique `a l’aide d’antennes radiatives [9] ont ´et´e r´ealis´ees par Yang et al. pour ´etudier les circuits actifs sur InP. Malheureusement cette technique utilisant des antennes et un synth´etiseur de fr´equence est difficilement compatible avec le test de circuits picosecondes `a cause de la gigue temporelle trop importante entre le d´eclenchement et la mesure. De plus, il n’est pas possible d’acc´eder `a la forme temporelle du signal. Une autre technique, toujours bas´e sur l’´echantillonnage ´electro-optique, est d’exciter le circuit actif directement `a l’aide de l’impulsion optique de pompe comme le propose Bhattacharya et al.[10]. Cette technique impose cependant que le circuit sous test soit sensible `a la longueur d’onde du faisceau optique de mesure. Une alternative est d’exciter le circuit `a l’aide d’un synth´etiseur mais dans ce cas comme auparavant la mesure est limit´ee par le synth´etiseur lui-mˆeme et la synchronisation avec le laser utilis´e pour la mesure [11, 12, 13]. Une derni`ere possibilit´e est celle propos´ee par Sahri et al. [14] qui repose sur des sondes coplanaires sp´eciales qui int`egrent les ´el´ements de mesure et de d´eclenchement. Ce syst`eme est tr`es pratique et des mesures tr`es reproductibles sont obtenues cependant il est impossible d’avoir acc`es `a la forme temporelle de l’impulsion ´electrique en plusieurs points du circuit. Cette situation est la mˆeme que celle rencontr´ee pour la mesure fr´equentielle avec un analyseur de r´eseau. De plus, la correction des perturbations induites par les sondes coplanaires rendent probl´ematique la descente `a des r´esolutions subpicosecondes.
p-Chapitre 4. MESURES PICOSECONDES PAR ECHANTILLONNAGE ELECTRO-OPTIQUE `a 1,55 µm
Fig. 4.4 : Images des connexions entre la ligne du photoconducteur de d´eclenchement, l’amplificateur distribu´e et la ligne plac´e apr`es pour permettre la mesure du signal amplifi´e.
HEMT sur InP d’Alcatel/Opto+. Cet amplificateur est pr´evu pour fonctionner `a des d´ebits de 60 Gbit/s. Malheureusement, aucune plaque n’a ´et´e pr´evue pour laquelle un photoconducteur serait int´egr´e directement devant un amplificateur distribu´e. Pour y rem´edier, nous avons r´ealis´e des connexions entre le photoconducteur irradi´e, l’amplifica-teur distribu´e et la ligne de mesure comme on peut le voir sur la figure 4.4.
Ces connexions m´etalliques induisent bien ´evidemment des d´eformations sur les im-pulsions ´electriques incidentes et transmises. Nous avons repr´esent´e sur la figure 4.5 l’im-pulsion ´electrique avant et apr`es les connexions mesur´ees sur un motif sp´ecifique.
L’amplitude de l’impulsion ´electrique est d´egrad´ee de 0,76 V `a 0,57 V et sa largeur `a mi-hauteur passe de 2,2 ps `a 3,3 ps. Les connexions sont donc d’assez bonnes qualit´es et d´egradent faiblement les impulsions ´electriques transmises.
Pour mesurer l’amplificateur, nous devons le polariser afin de se placer dans son r´egime de fonctionnement lin´eaire. En pratique, nous avons polaris´e la cascode `a 1,25 V et le drain `
a 7 V. Afin de mesurer la r´eponse de l’amplificateur distribu´e nous mesurons l’impulsion ´
electrique incidente en pla¸cant le cristal avant le circuit puis nous mesurons l’impulsion amplifi´ee par le circuit en pla¸cant le cristal sur la ligne apr`es l’amplificateur. Les profils temporels des impulsions ´electriques avant et apr´es l’amplificateur sont normalis´es en
am-Fig. 4.5 : Impulsion ´electrique avant et apr`es les connexions.
plitude et sont arbitrairement au d´elai z´ero afin d’appr´ecier l’´elargissement de l’impulsion ´
electrique (voir figure 4.6).
L’impulsion ´electrique de d´eclenchement est g´en´er´ee par un photoconducteur interdi-git´e irradi´e `a une dose de 1012 Br+/cm2 et polaris´e par une tension cr´eneau n´egative de 0 `
a -1 volt. Le photoconducteur est polaris´e par une tension n´egative dans le but de g´en´erer une impulsion n´egative car l’amplificateur ne peut ˆetre attaqu´e que par une tension com-prise entre 0,1 et -0,5 V. L’impulsion de d´eclenchement pr´esente une dur´ee de 2,1 ps pour une amplitude estim´ee `a 0,3 volts. On ne peut pas avoir acc`es directement `a l’amplitude de l’impulsion car la calibration est impossible dans ce cas. La r´eponse du circuit est clairement visible sur la mesure de l’impulsion transmise. L’impulsion transmise est bien amplifi´ee d’un facteur 2 et l’impulsion est ´elargie pour atteindre une valeur de 10,7 ps. Le front de mont´ee passe de 1,5 ps pour l’impulsion incidente `a une valeur de 11,2 ps `a 10-90 %.
Cette valeur est trop importante pour un fonctionnement `a 60 GHz. Les param`etres S de ce circuit ont ´et´e mesur´es `a l’aide d’un analyseur de r´eseau. On observe sur la figure
Chapitre 4. MESURES PICOSECONDES PAR ECHANTILLONNAGE ELECTRO-OPTIQUE `a 1,55 µm
Fig. 4.6 : Impulsions ´electriques de d´eclenchement (`a gauche) et apr`es passage dans l’am-plificateur distribu´e (`a droite).
4.7 que le gain n’est pas d´egrad´e au-del`a de 60 GHz.
Les mesures fr´equentielles en petits signaux montrent un bon fonctionnement au-del`a de 60 GHz. Cette diff´erence peut avoir plusieurs origines :
– Soit l’amplificateur ne fonctionne pas dans son r´egime lin´eaire.
– Soit les rebonds visibles sur l’impulsion incidente contribuent `a l’´elargissement de l’impulsion amplifi´ee. En effet, les rebonds avant et apr`es le pic principal de l’im-pulsion ´electrique incidente proviennent d’un mauvais r´eglage de la source optique qui g´en`ere les impulsions de 200 fs. Ces rebonds doivent `a tout prix ˆetre supprim´es pour avoir un signal de d´eclenchement correct.
– Soit les liaisons entre la ligne de d´eclenchement (et de mesure) et l’amplificateur d´egradent la forme de l’impulsion mais sont insuffisantes pour expliquer un ´ecart si important (voir figure 4.5).
La forme sp´eciale du front de mont´ee de l’impulsion amplifi´ee laisse aussi penser `a une non-lin´earit´e du fonctionnement de l’amplificateur. Une fois le probl`eme des rebonds optiques r´egl´es, nous projetons de mesurer l’´evolution du front de mont´ee de l’amplitude en fonction de la tension de polarisation aux bornes du photoconducteur de d´eclenchement afin de v´erifier l’hypoth`ese d’un r´egime de fonctionnement non-lin´eaire de l’amplificateur distribu´e. Cette mesure est un des gros avantages d’un tel banc, c’est de pouvoir ´etudier la r´eponse d’un circuit aussi bien en petits qu’en grands signaux.
Fig. 4.7 : Param`etres S21 en dB de l’amplificateur distribu´e jusqu’`a 60 GHz.