Mélangeur de signaux hyperfréquences basé sur la modulation croisée du gain d’un amplificateur optique à semi-conducteurs

Microwave mixer based on cross gain modulation in a semiconductor optical amplifier

• Auteur / Autrice : Christian Bohémond
• Direction : Ammar Sharaiha, Thierry Rampone
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies de l’information et de la communication. Optoélectronique, hyperfréquences
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micro-ondes

Amplificateurs optiques

Mots clés libres

Amplificateur optique à semi-conducteurs (SOA)

Conversion de fréquence

Formats de modulation complexes

Gain de conversion

Mélangeurs tout optique et électro-optiques de signaux hyperfréquences (HF)

Modélisation du SOA

Résumé

L’amplificateur optique à semi-conducteurs (SOA) est désormais un composant multifonctiormel capable d’intégrer une liaison opto-hyperfréquence et de réaliser des fonctions tout-optiques. Dans cette étude, nous utilisons le SOA comme convertisseur de signaux hyperfréquences (HP) en exploitant la modulation croisée de son gain (XGM). Deux architectures ont été étudiées : tout d’abord le SOA a été utilisé comme mélangeur tout-optique et ensuite comme mélangeur électro-optique. Cette étude est réalisée à la fois expérimentalement sur un banc de mesures, théoriquement à partir d’équations petit-signal, et par simulation à l’aide d’un modèle développé sous le logiciel ADS-d’Agilent Technologies. Les résultats théoriques et les simulations ont été validés suite à leur confrontation aux résultats expérimentaux. Ils ont été ensuite utilisés tout au long de cette étude. Nous avons mesuré les performances statiques et dynamiques ainsi que la linéarité du mélangeur tout-optique. Le gain de conversion a été étudié en fonction des différents paramètres du mélange et nous avons montré qu’il est directement lié au gain optique du SOA et qu’il lui est toujours inférieur. L’émission spontanée amplifiée (ASE) générée par le SOA a été étudiée comme une source optique modulée participant au phénomène du mélange et le bruit de phase du signal converti a aussi été analysé. Les deux mélangeurs ont réalisé la conversion de signaux codés selon différents formats de modulation numérique complexes (QPSK, 16 et 64 QAM). Une conversion efficace avec un gain de conversion positif, sans distorsion ni dégradation significative sur les données numériques converties, a pu être réalisée, prouvant la capacité de nos mélangeurs à être insérés dans un système de communication complet.

The Semiconductor Optical Amplifier (SOA) is a multifunctional device that can be integrated into a Radiofrequency-optical link and carry out all-optical functions. In this study, the SOA is used as a hyperfrequency (HP) converter based on Cross Gain Modulation (XGM). Two architectures have been studied: an SOA is firstly used as an all-optical microwave mixer and secondly as an electro-optical mixer. This study is realized both experimentally and theoretically both with small-signal modelling and a model developed under ADS software (Agilent Technologies). The theoretical results have been compared to the simulation results obtained with the aid of ADS and to the experimental results. All the obtained results are in good agreernent and the SOA model developed under ADS has been validated and uses throughout this study. We have measured the static and dynamic performances and the linearity of the all-optical mixer. The conversion gain has been studied with different parameters of the mixer and we have proved that it is directly related to the optical gain of SOA. The Amplified Spontaneous Emission (ASE) generated by the SOA acts as an optical modulated source participing in mixing phenomenon. The phase noise of the converted signal has been also analyzed. The two mixers allow the conversion of digital signals with complex modulation formats (QPSK, 16 and 64 QAM). An effective conversion with a positive conversion gain, without significant distortion or degradation of the converted numerical data, has been found, proving the ability of our mixers to be used as a part of a complete communication system.