Déflecteur en polymères électro-optiques en vue de la réalisation d’un convertisseur analogique-numérique tout-optique de signaux hyperfréquences à 40 Géch/s

Electro-optic polymer deflector for all-optical analog-to-digital converter of microwave signals at 40 GS/s

• Auteur / Autrice : Massinissa Hadjloum
• Direction : Hong Wu Li, Mohammed El Gibari, Afshin S. Daryoush
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optoélectronique, micro-ondes
• Date : Soutenance le 29/09/2016
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en électronique, signal, optronique, télécommunication
• Jury : Président / Présidente : Catherine Algani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mehdi Alouini, Daniel Dolfi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Di Bin, Jean-Pierre Vilcot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Convertisseurs analogique-numérique

Optique électronique

Mots clés libres

Nanoimpression

Résumé

Dans les systèmes de communication ultra-rapide, comme les systèmes de guerre électronique et les satellites larges bandes, on souhaite effectuer le maximum de traitement de signaux par voie numérique pour réduire le nombre de composants analogiques encombrants et gagner en flexibilité. Pour cela, des convertisseurs analogique-numérique (CANs) traitant des signaux de dizaines de GHz de bande passante (BP) instantanée sont nécessaires. Comme les CANs électroniques peinent à répondre à ce besoin, nous étudions un déflecteur électro-optique (EO) en vue de la réalisation d’un CAN tout-optique alliant haute cadence et résolution élevée. Ce CAN profitera à la fois de la faible gigue des impulsions laser et de l’excellente adaptation des vitesses de propagation entre les ondes optique et hyperfréquence (HF) dans les polymères. Avec un design judicieux de l’électrode de commande, nous avons porté la BP intrinsèque du déflecteur à 33,8 GHz et obtenu une résolution supérieure à 4,7 bits sur la bande de fréquences DC – 20 GHz, avec un maximum de 6,3 bits. La structure HF, dont l’accès électrique, du déflecteur a été optimisée pour accéder aux performances prévues pour ce dernier. En effet, d’une part, une transition entre lignes coplanaire-blindée et microruban-couplée a été réalisée pour transmettre le signal HF et, d’autre part, un circuit de poling lui a été rajouté pour ramener la composante DC. Par ailleurs, nous avons élaboré et optimisé des procédés technologiques en vue de la réalisation de ce déflecteur, à savoir la nanoimpression pour la réalisation de tranchées dans la gaine et le lift-off pour la réalisation de l’électrode.

In high-speed communication systems, such as electronic warfare systems and broadband satellites, it’s desirable to carry out the maximum of signal processing in digital domain for reducing not only the number of cumbersome analog components, but also offering more flexibility and performances. Therefore, analog-to-digital converters (ADCs) dealing with signals of tens of GHz instantaneous bandwidth (BW) are required. As it’s very difficult for electronic ADCs to meet such requirement, we study an electro-optic (EO) deflector for realization of an all-optical ADC combing high sampling rate and high resolution. This all-optical ADC takes advantage of both low timing jitter of laser pulses and the excellent velocity matching between optical and electrical waves in polymer materials. Due to our optimum design of driving electrodes, we achieved an intrinsic BW of 33,8 GHz and a resolution higher than 4.7 bits over the frequency band from DC to 20 GHz. The highest resolution of 6.3 bits is attained at 2.9 GHz. In addition, electrical access of the EO deflector through a large BW grounded coplanar to coupled microstrip transition was studied. Both microwave signal applying and requirement of chromophores poling were taken into account. BWs of 19 and 23 GHz for the transitions were experimentally achieved with and without the poling circuit respectively. Otherwise, we have optimized technological processes for the deflector fabrication, i.e., nanoimprint lithography for trenches realization in the cladding polymer and lift-off process for driving electrode deposition.