Performances de la boucle à verrouillage de phase opto-électronique à un étage sur

82 5.5. R´´ ’  Des mesures de taux d’erreurs ont également été effectuées, cf. figure 5.13(c), et là encore l’horloge paraît bonne car la pénalité reste inférieure au demi-décibel.

5.5

R´ecup´eration d’horloge fractionnelle

La boucle à verrouillage de phase opto-électronique à un étage précédemment décrite n’a été démontrée qu’à 10 GHz, fréquence qui est pourtant dans les cordes de la seule électronique. De plus, elle dépend de la possibilité de moduler un laser à la fréquence d’horloge, ce qui serait plus difficile si l’on voulait monter en débit (alors que le signal pourrait être généré par multiplexage temporel optique). On est donc en droit de se poser la question de l’utilité de ce schéma, s’il ne facilite pas le passage aux hauts débits, et si ses performances actuelles peuvent être reproduites ou dépassées par un composant électronique disponible « sur étagère ».

Or cette boucle opto-électronique serait a priori capable de récupération d’horloge fraction- nelle — donc de démultiplexage — où le VCO travaillerait toujours autour de 10 GHz, mais le signal d’entrée aurait une fréquence d’horloge multiple.

En effet, la description du mélange à quatre ondes entre trains d’impulsions donnée sec- tion 4.4 reste valide si le train « horloge » ne comporte qu’une impulsion sur N, à condition toutefois que ces impulsions soient suffisamment courtes pour ne pas « échantillonner » plu- sieurs impulsions du train « signal » à la fois. Ou bien, ce qui revient au même, que la composante spectrale du train horloge à la N-ième harmonique de son taux de répétition soit suffisamment puissante. Sur le spectre de l’ILM figure 4.13 page 59 les pics à 40 GHz paraissent faibles mais nous avons vu qu’il n’y avait pas besoin de beaucoup de mélange pour faire fonctionner la boucle ; on aurait probablement assez de marge en remplaçant ledit ILM par un laser à impul- sions plus courtes.

L’efficacité de mélange et le gain seraient bien entendu tout à fait différents : d’une part ceux que nous avons calculés pour la récupération d’horloge simple sont très dépendants de la forme des impulsions, et a fortiori du multiplexage ; et d’autre part, comme nous l’avons signalé section 2.3.2.2, la variable sur laquelle la boucle travaillerait ne serait plus seulement la différence de phase entre trains d’impulsions, mais : ϕ = ϕs− Nϕo(avec les notations du chapitre 2). Donc

non seulement l’efficacité de mélange changerait, mais encore le gain hériterait d’un facteur N. Notons que pour la même raison, la phase ϕodu train horloge ne serait définie qu’à 2π/N

près, ce qui est évident du fait que la boucle pourrait tout aussi bien se caler sur un sous-train d’impulsions du signal que sur un autre.

Les facteurs limitants devraient être la longueur des impulsions (mais le fait de générer un signal à N × 10 GHz implique d’avoir résolu ce problème) ; et l’efficacité de mélange à quatre ondes à cette vitesse (mais il se fonde sur des effets intrabandes rapides, quelques centaines de GHz devraient être possibles).

Par conséquent, nous pensons que ce schéma de boucle à verrouillage de phase peut être transposé à la récupération d’horloge fractionnelle. Mais nos arguments ne sont que supposi- tions et raisonnements ; une étude expérimentale s’impose pour confirmer ces supputations.

Boucle opto-´electronique `a deux ´etages

6.1

Pr´esentation

Un schéma de boucle plus complexe, à deux étages, a également été étudié. Il est dérivé d’un système de récupération d’horloge de signaux RZ à 16×6,3 Gbps mis en œuvre par Kamatani et Kawanishi [Kamatani96]. Notre version de ce dispositif est présentée figure 6.1 page suivante.

On reconnaît cette fois une boucle à verrouillage de phase hétérodyne similaire à celle que représente la figure 2.3 page 19, où le mélangeur recevant le signal est ici devenu le même système optique à base de SOA que ci-dessus : le signal du VCO est décalé de ∆ f0 =10 MHz

(faible devant la fréquence d’horloge utilisée, d’environ 10 GHz, mais suffisamment grande pour pouvoir être isolée du DC) au moyen d’un mélangeur et d’un filtre électrique à cavité ; le résultat module l’ILM, qui est couplé avec le signal d’entrée de la même façon que ci-dessus ; le signal de mélange à quatre ondes en sortie de la partie optique est cette fois observé non à basse fréquence, mais autour de ∆ f0; il est filtré par un filtre électrique passe-bande, amplifié, et

sa phase est comparée à celle du synthétiseur de référence à ∆ f0par un comparateur de phase

classique à quatre diodes ; la sortie de ce dernier, filtrée passe-bas, pilote le VCO.

En régime accroché, c’est la « petite boucle » à ∆ f0qui pilote l’ensemble : elle assure que le

signal de mélange à quatre ondes est modulé exactement à la même fréquence que le synthé- tiseur, donc que l’oscillateur local est modulé à une fréquence décalée d’exactement ∆ f0 par

rapport à la fréquence d’horloge du signal et, par conséquent, que le VCO vibre bien à cette dernière. On obtient ainsi comme précédemment une horloge dans le domaine électrique, mais pas dans le domaine optique.

6.2

Mod´elisation

Cette boucle à verrouillage de phase hétérodyne peut être modélisée de la même façon qu’une boucle simple ([Blancha76b] et section 2.1.2). Par rapport à la section 5.3, tout se passe comme si nous avions :

– décalé la fréquence centrale du VCO à 10 MHz en conservant la même sensibilité ; – changé le comparateur de phase ;

– conservé le filtre de boucle mais allongé la boucle (car les filtres passe-bande à 10 MHz et 10,01 GHz introduisent un retard).

Le retard introduit par les filtres passe-bande a été estimé section D.3.1 à 180 ns pour le filtre à 10 MHz et 115 ns pour celui à 10,01 GHz. On obtient ainsi un temps total de propagation

84 6.2. M  ´  Photod´etecteur 10 90 Signal optique SOA 50 50 10 90 10 90 ➂ ➁ M´elangeur ➃ Filtres `a bords raides ➀ fs '10 GHz (λ = λs) Oscillateur local fo →fs+ ∆f0 (λ = λc) FWM (λ ' 2λc−λs) DC D´ecaleur Filtre de boucle VCO 2 GHzVCO 2 GHz Horloge ×5 Quintupleur actif de fr´equence Horloge 10 GHz ILM R´ef´erence ∆f0= 10 MHz Filtre ´electrique Comparateur de phase Filtre ´electrique VCO 10 MHz 10, 01 GHz