4 Amélioration de l’expérience 7
4.6 Modifications du montage expérimental
4.6.1 Montage et équilibrage des détecteurs
Comme nous avons pu le constater sur les mesures
préliminaires
des fluctuationsquantiques (chapitre
3 de cemémoire),
lerapport signal
sur bruit est relativement faible. Celaprovient
d’unedynamique
des détecteurs insuffisante et rend difficile l’ob-servation d’une réduction du bruit. Ladynamique
de cette mesuredépend
directementdu
rapport signal
sur bruit de nos détecteurs,qui
estproportionnel
à la puissance lu-mineuse reçue par les détecteurs. Cettepuissance
estpratiquement
celle de l’oscillateurlocal. Le
rapport signal
sur bruit est alors d’autantplus important
que lapuissance
de l’oscillateur local estgrande,
tant que l’on se trouve dans unrégime
linéaire pour leLa limite
supérieure
pour lapuissance
de l’oscillateur local est donnée par lasatu-ration des
détecteurs,
enparticulier
en cequi
concerne les fluctuations dans la bande defréquence
mesurée. La tension de saturation dusignal
continu est engénéral beaucoup
plus
élevée. Dans lapartie
alternative du circuit dudétecteur,
il y a deux élémentsqui
peuvent saturer,
laphotodiode
etl’amplificateur
AH0013. La linéarité dufonctionne-ment de la diode est limitée par le courant
qu’elle peut
délivrerqui, lui, dépend
de la tension d’alimentation(tension
debias).
Plus la tension de bias estimportante, plus
le courant que la diodepeut
fournir et la tension de saturation de la diode sont élévés.De
plus,
letemps
deréponse
des diodes diminue engénéral
en fonction de la tensionde bias.
Dans les
premières expériences,
les diodes FFD100 étaient alimentées par uneten-sion de
Ubias = +15V
en accord avec les indications du fabricant. Lapuissance
de saturationcorrespondante
d’environ80003BCW
étaittrop
faible pour notreapplication.
Nous avons doncaugmenté
la tension de bias au fur et à mesure deUbias
= 15V àU
bias
= 27,35 et 70V etrepris
les mesures de saturation. Lapuissance
de saturationa
augmenté respectivement
de80003BCW
à 1.9,3 et 10mW. Avec une tension de biasU
bias
=70V,
nous pouvons envoyer unepuissance
de l’oscillateur local de 10mW surles diodes sans les saturer ni en continu ni en alternatif. Cela améliore le
rapport signal
sur bruit
qui
atteint 15dB.Nous avons aussi testé d’autres
diodes,
des FND100 deEG&G,
avec un courantd’obscurité de
10nA,
un bruit propre de 60 ·10-15A/Hz
et unecapacité
propre de9.2pF,
alimentée par70V,
cequi
donne untemps
de montée de 1.5ns. Leurperformance
est donc
légèrement
inférieure à celle des diodes FFD100(cf. caractéristiques
donnéesau
paragraphe
3.6.2 duchapitre 3).
Pour lapuissance
de saturation au niveau dubruit,
ainsi que pour le
rapport signal
surbruit,
nous avons trouvé les mêmes résultats quepour les diodes FFD100. Les rendements
quantiques
sont un peu moins bons avec~
1 = 0.884 et ~2 = 0.878 sans miroir de renvoi et ~1 = 0.964 et ~2 = 0.958 avec miroir
de renvoi.
De
plus.
nous avons étudié les effets de saturation del’amplificateur
AH0013. Suiteaux résultats obtenus, nous avons d’abord baissé le
gain
del’amplificateur
de 5 à 2.5pour éviter tout effet de saturation. Si les
signaux
à l’entrée del’amplificateur
étaientseulement dus à un bruit blanc du
signal
lumineux. ils seraientbeaucoup trop
faiblespour conduire à une saturation de
l’amplificateur.
Néanmoins le bruit du laser n’estpas
simplement
un bruit blanc. Le faisceau laser n’est au shot noisequ’au-dessus
desfréquences
de 2.5MHz et montre enparticulier
un excès de bruitimportant
autourde 2MHz
qui pourrait
saturerl’amplificateur.
Il est alorsimportant
de couper lesfré-quences autour de 2MHz avant l’entrée de
l’amplificateur
pour ne pas le saturer à bassesfréquences.
Dans cebut,
nous avonsadapté
le filtrepasse-haut
avant l’entrée del’amplificateur
ainsi que son filtre interne.Un autre effet
qui
ressemble à une saturation del’amplificateur
pour desfréquences
élevées est la distorsion d’intermodulation transitoire. un
phénomène
très connu dansle domaine Hi-fi. Il vient du fait
qu’un signal
réel à hautefréquence
n’estjamais
donnéplus
basses mais assez élevées pour passer par lapartie
alternative du détecteur commeindiqué
sur lafigure
18(a).
Sur le flanc d’une oscillation de l’ondeporteuse
la variation résultant d’unpart
de la variationimportante
dusignal porteur
et d’autrepart
des fluctuations à hautesfréquences
devienttrop importante,
etl’amplificateur
nepeut
plus
suivre les variations à hautesfréquences.
Parcontre,
les fluctuations à hautesfré-quences
qui
sontsuperposées
aux maxima ou minima del’amplitude
de l’ondeporteuse
peuvent
passer parl’amplificateur.
Un telsignal produit
surl’analyseur
despectre
unediminution de
bruit, qui
ressemble à une saturation commeindiqué
sur lafigure 18(b).
Fig.
18: Saturation de l’amplificateur par distorsion d’intermodulation transitoire. Lesignal
contientune partie à haute
fréquence
superposée à une onde porteuse d’une fréquenceplus
basse(a)
Sur le flanc d’une oscillation de l’onde porteuse, la variation dusignal
devient trop importante et l’amplificateurne peut plus suivre cette variation. Le signai à sa sortie est donc plat à ces endroits (b).
Nous avons ensuite
entrepris
un nouveléquilibrage électronique, qui
a donné untaux de
réjection ~
35dB pour desfréquences
entre 2.5 et 16MHz. Nous avons obtenuun
équilibrage optique supérieur
24dB dans la même gamme defréquences.
Nous
disposons
ainsi d’unpaire
desphotodétecteurs pratiquement identiques.
avec unebande-passante
de 2.5 2014 16MHz pour le bruit et un rendementquantique
de ~1 =0.977 et ~2 = 0.971
(avec
des diodesFFD100)
et de ~1 = 0.964 et ~2 = 0.958(avec
desdiodes
FND100)
en utilisant des miroirs de renvoi pourrécupérer
lapremière
réflexion.
Dans le document
Atomes froids et fluctuations quantiques
(Page 69-72)