Etude, réalisation et caractérisation d'oscillateurs à résonateur saphir compensé

Study, realization and characterization of compensated sapphire resonator oscillator

• Auteur / Autrice : Naimi Boubekeur
• Direction : Vincent Giordano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piézoélectricité

Oscillateurs

Résumé

Ce mémoire résume l'étude effectuée sur les oscillateurs micro-ondes à résonateurs saphir compensés. Le résonateur, cœur de l'oscillateur, est excité sur un mode de galerie. Actuellement les oscillateurs cryogéniques, à résonateurs saphir, sont les sources les plus stables en fréquence sur le court terme (lO-14, t < 100s) mais fonctionnent à très basses températures (T ~ 6K). Ce qui nécessite des installations complexes. Pour réaliser un oscillateur ayant des performances comparables en stabilité de fréquence et fonctionnant à plus hautes températures, il faudra annuler la forte sensibilité du résonateur à la température tout en conservant de forts coefficients de surtension des modes de galerie du résonateur. Ceci est obtenu, par compensation thermique, avec l'adjonction d'une perturbation diélectrique ou paramagnétique. Dans le cadre de ce travail, nous avons étudié et réalisé deux types de résonateurs: Le résonateur saphir-rutile dans lequel une couche mince de rutile est déposée sur tout le cristal de saphir a fait l'objet d'une étude détaillée. Nous avons exploré plusieurs techniques de dépôt de rutile: voie sol gel, pulvérisation magnétron et évaporation thermique. La meilleure stabilité est obtenue avec le résonateur saphir-rutile par pulvérisation magnétron stabilisé à 38K. Elle est de 9,5. 10-14 avec une dérive de 2,5. 10- 12 /jour. Nous avons réalisé des oscillateurs à résonateurs saphir dopés en titane. Il s'agit de la première étude. Nous avons obtenu une stabilité de 7. 10-14 et une dérive de 8. 10-11t/jour à 39K. Mot-clés: Résonateur micro-onde, stabilité de fréquence, Densité spectrale de puissance, procédé sol gel, oscillateur, correcteur de Pound, rutile, pulvérisation magnétron, Compensation thermique.

This memory summarizes the study carried out on the microwave oscillators with compensated sapphire resonators. The resonator, heart of the oscillator, is excited on a whispering gallery mode. Currently the cryogenic oscillators, with sapphire resonator, are the high frequency stability sources at the short term (10-14, t < 100 s) but function at very low temperatures (T ~ 6K). Those sources require complex installations. Ln order to build oscillator having similar performances on frequency stability and operating at higher temperatures, it will be necessary to cancel the strong sensitivity of the resonator to the temperature while preserving high-Q factor of the whispering gallery mode of the resonator. This is obtained, by thermal compensation, by addition of a dielectric or paramagnetic disturbance. Within the framework of this thesis, we studied and carried out two kind of resonators : The sapphire-rutile resonator, in which a thin film of rutile is deposited on the whole sapphire crystal, was study in details. We explored several techniques of rutile deposition : sol gel technique, magnetron sputtering and thermal evaporation. Best stability of 9,5. L0-14 with a drift of 2,5. 10-14 /jour, is obtained with the sapphire-rutile resonator (magnetron sputtering) operating at 38K. Ln other side, we have built the first titanium doped sapphire resonator oscillators. We obtained a stability of 7. 10-14 and a drift of 8. L0-11/jour at 39K.