Développement de l'émetteur hyperfréquence d'un système Lidar-Radar pour des applications optiques marines

Development of the microwave transmitter of a Lidar-Radar system for marine optical applications

• Auteur / Autrice : Nour Alem
• Direction : Bernard Le Jeune, Fabrice Pellen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Photonique
• Date : Soutenance le 08/02/2019
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Optique et de Magnétisme (Brest, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Ledoux-Rak
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Le Jeune, Fabrice Pellen, Isabelle Ledoux-Rak, Nadège Courjal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Ledoux-Rak, Nadège Courjal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement du signal

Modulation de fréquence

Lidar

Photonique

Mots clés libres

Lidar radar

Lidar modulé en hyperfréquence

Optiques marines

Lidar Radar

Microwave modulated Lidar

Marine optics

Résumé

La technique Lidar Radar est couramment utilisée pour la détection de cibles immergées dans des eaux peu profondes inférieures à quelques dizaines de mètres. Cette technique repose sur l’envoi d’un signal modulé associé, à la réception avec un filtre passe bande autour de la fréquence de modulation. Cette technique requiert ainsi un signal optique bleu vert, intense, modulé à des fréquences radar. Nous présentons dans cette thèse de nouvelles architectures de modulateur parfaitement adaptées à cette technique. La 1ère architecture est constituée d’une cavité externe comportant un doubleur intracavité. Cette architecture est couplée à une source laser picoseconde infrarouge (1064 nm). Les résultats ont montré que ce modulateur permet de générer un signal vert (532 nm), intense (5 mJ) et stable en fréquence. Grâce à la source utilisée, le signal modulé en sortie de l’émetteur (source laser et modulateur) ne dure que quelques nanosecondes. Ceci permet d’utiliser la méthode de « range-gating » pour obtenir une précision sur la localisation de la cible. Néanmoins, ce dispositif présente l’inconvénient d’avoir une bande passante du signal émis fixe. Nous avons donc développé une deuxième architecture du modulateur, permettant d’accorder facilement la bande passante du signal émis. Cette configuration repose sur le comportement polarimétrique des composants optiques afin de changer la largeur de bande passante du signal. Nous avons montré que ce modulateur permet de délivrer, un signal intense (jusqu’à 2,9 mJ), court (quelques nanosecondes), à 532 nm, modulé à des fréquences radar, stable en fréquence et accordable en bande passante.

The Lidar Radar technique is commonly used for submerged target detection in shallow waters less than a few tens of meters. This technique is based on sending a modulated signal, associated with a bandpass filter around the modulation frequency after detection. This technique requires an intense blue-green optical signal modulated at radar frequencies. We present in this thesis new modulator architectures perfectly adapted to this technique. The first architecture consists of an external cavity with an intracavity SHG stage. This architecture is coupled to an infrared picosecond laser source (1064 nm). The results showed that this modulator makes it possible to generate a green signal (532 nm), intense (5 mJ) and stable in frequency. Thanks to the source used, the signal modulated at the output of the transmitter (laser source and modulator) lasts only a few nanoseconds. This makes it possible to use the "range-gating" method to precisely locate the target.Nevertheless, this device has the disadvantage of a fixed bandwidth. We have therefore developed a second architecture of the modulator, allowing to easily tune the bandwidth of the transmitted signal. This configuration is based on the polarimetric behavior of the optical components in order to change the bandwidth of the signal. We have shown that this modulator can deliver , an intense signal (up to 2.9 mJ), short (a few nanoseconds), at 532 nm, modulated at mirowave frequencies, stable in frequency and tunable in bandwidth.