Afin de tester et de comprendre la chaîne télécom du dispositif MERCURE, des premiers essais de transmission en face à face au sein du laboratoire LTCI de Télécom Paris ont été effectués. La distance de transmission est d’environ 40 cm.
Sur la gauche de la Figure 6.10 on peut observer le QCL qui est placé sur une plaque en cuivre. Dans celle-ci circule de l’eau provenant d’un refroidisseur à eau fonctionnant en cycle fermé. Ce montage permet de dissiper la chaleur dégagée par les étages de Peltier. La densité optique quant à elle sert à ne pas endommager le détecteur qui a un seuil de dommage presque 30 fois inférieur à la puissance maximale que peut délivrer le laser. Le puissance-mètre dans le cas de cette photo est placé en réflexion de la densité. Ainsi il permet de contrôler que le laser ne subit pas de changement brutal et important de sa puissance lors de la modification d’un
Figure 6.10. – Banc optique de caractérisation avec ses principaux composants. ou plusieurs paramètres de la modulation.
6.5.2. Caractérisation du laser
La première étape de caractérisation a été d’évaluer l’évolution de la tension et de la puissance optique du laser en fonction de l’intensité appliquée à ses bornes et ceci pour différentes températures. Dans cette étape nous avons utilisé le laser en courant continu et installé le puissance-mètre en face du laser. Cela a permis de comparer les caractéristiques obtenues avec celles données par le fournisseur, en utilisant une alimentation en courant continu différente de la leur.
Figure 6.11. – Évolution de la tension (à gauche) et de la puissance optique du QCL (à droite) en fonction de l’intensité appliquée à ses bornes pour trois températures différentes.
Sur la Figure6.11qui représente l’évolution de la puissance optique et de la tension en fonction de l’intensité électrique, nous constatons sur la partie gauche que quelle que soit la température interne du QCL l’évolution de la tension est sensiblement identique. Néanmoins on peut constater à droite de la figure représentant l’évolution de la puissance, que le seuil d’effet laser est d’autant plus bas que la température est faible. De plus on observe que pour une même intensité électrique, la puissance optique est plus élevée lorsque la température diminue. Il faut donc être vigilant sur le maintien de la température afin d’éviter des variations trop brusques de la puissance optique lors de la modulation et donc les erreurs dans la transmission. Grâce à ce travail nous avons donc pu comparer les caractéristiques statiques du QCL obtenues avec celle fournies par le constructeur et constater qu’elles étaient identiques. Et pour finir nous avons donc pu prendre en main une partie des composants, comme le QCL et toute son électronique associée et le détecteur.
6.5.3. Transmission d’un signal sinusoïdal et fonction de
transfert
Après ces caractérisations en courant continu, donc sans modulation, nous avons cherché à transmettre un simple signal sinusoïdal, en utilisant le montage de la Figure6.4, pour voir la réaction de la chaîne télécom.
Figure 6.12. – Fonction de transfert préliminaire du système de transmission à 4 µm.
Nous nous sommes placés dans la configuration de la photo de la Figure 6.10. En sortie du détecteur nous avons installé un oscilloscope afin d’observer la conservation
de l’intégrité des sinusoïdes après transmission. Comme le signal sinusoïdal garde une bonne intégrité, nous avons décidé d’analyser plus finement la chaîne de transmission grâce à un analyseur de spectre, à la place de l’oscilloscope. On a ainsi pu tracer sur la Figure 6.12 la fonction de transfert préliminaire du système. La fonction de transfert permet d’évaluer la réponse fréquentielle en gain de notre système et de connaître les fréquences caractéristiques.
Cependant lors de cette mesure la température du laser ne se stabilisait pas correctement et des problèmes de vibrations de l’opto-mécanique sont apparus. Après résolution de ces problèmes, la fonction de transfert préliminaire va être enrichie afin d’avoir une meilleure résolution fréquentielle. A noter que l’utilisation d’un analyseur de réseau à la place d’un analyseur de spectre faciliterait la mesure en la rendant plus courte, ce qui éviterait les variations de température et les problèmes de vibration l’opto-mécanique, plus lent que le temps de mesure.
6.5.4. Transmission d’un signal PRBS
Le montage du banc de test de transmission a été amélioré au sein du laboratoire LTCI par Lauréline Durupt et Olivier Spitz. Ces améliorations consistent à avoir une meilleure fixation opto-mécanique des composants grâce à des tiges et des cavaliers et à créer une voie optique permettant le contrôle de la puissance émise.
Figure 6.13. – Banc optique.
Comme on peut le voir sur la Figure 6.13 le faisceau émis par le laser à cascade quantique (QCL) est maintenant divisé en deux grâce à une lame séparatrice. Cela permet d’avoir en réflexion une voie de détection constituée de la densité optique et du détecteur et d’avoir en transmission une voie de contrôle composée d’un puissance-mètre. A l’aide du générateur de signaux PRBS nous avons envoyé une séquence binaire pseudo-aléatoire dont la longueur du message fait 27−1 bits.
En optimisant la fréquence de modulation, la température du QCL, l’intensité appliquée à ces bornes ainsi que l’amplitude de modulation, nous pouvons obtenir une transmission sans erreurs.
Pour s’assurer de la qualité de la transmission, nous allons tracer à l’aide d’un oscilloscope le diagramme de l’œil en sortie de détecteur. Le diagramme de l’œil représente la superposition des courbes du signal correspondant à chaque bit. L’axe des ordonnées indique l’amplitude de la tension du signal et l’axe des abscisses est l’axe temporel.
Figure 6.14. – Diagramme de l’œil en sortie de détecteur.
Dans le cas de la Figure 6.14 le diagramme de l’œil en sortie de détecteur est bien ouvert ce qui dénote de la bonne qualité du signal reçu, ici il n’y a donc pas d’erreur dans la transmission, en effet sur une mesure d’une minute aucune erreur n’a été détectée par le module de détection d’erreurs. Afin de maximiser la fréquence de modulation et de diminuer le seuil de lasage du QCL, ce dernier a été placé à une température de 15°C. Pour ce point de fonctionnement la fréquence de modulation est de 447 MHz (ce qui correspond à 447 Mbit/s pour ce montage), l’amplitude de modulation est de 1,290 V et l’intensité aux bornes du QCL est de 0,6745 A. Nous avons constaté que lorsque que nous augmentons la température du QCL au-dessus des 15°C, il faut diminuer la fréquence de modulation afin de pouvoir garder une transmission sans erreur.
Le résultat de cette transmission en laboratoire sur quelques dizaines de centi- mètres atténuée avec une densité de 2 (i.e. 20 dB) et avec une lame séparatrice de réflexion 0,45 (i.e. 3,5 dB), est représentative d’une longueur de propagation de 4 km avec une visibilité de 600 m par temps de brouillard en hiver (Cf. Figure 3.1).Cela montre la faisabilité d’une transmission d’un message numérique avec un QCL à λ = 4 µm modulé directement sur ces bornes électriques et donne confiance quant à la mise en place d’un lien de plusieurs kilomètres en espace libre.