Echantillonnage optique à base sur l'interféromètre Mach-Zehnder avec amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA-MZI) pour applications analogiques

Optical sampling based on Mach-Zehnder Interferometer with semiconductor optical amplifiers (SOA-MZI) for analog applications

• Auteur / Autrice : Dimitrios Kastritsis
• Direction : Ammar Sharaiha, Kyriakos Zoiros
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microelectronique, optique et lasers, optoelectronique microondes robotique
• Date : Soutenance le 20/01/2022
• Etablissement(s) : École nationale d'ingénieurs de Brest en cotutelle avec Université Démocrite de Thrace
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Département of electrical and computer Engineering DUTH - Lightwave Communications Research Group
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Catherine Algani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Algani, Frédéric Grillot, Michael Connelly, E. e. Kriezis, Thierry Rampone, George Kyriacou
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Grillot, Michael Connelly

Mots clés

Mots clés libres

Echantillonage optique

Amplificateur optique à semi-Conducteurs interférométre de Mach-Zehnder (SOA-MZI)

Photonique micro-Ondes

Technique de linéarisation par post-Distorsion

Optical sampling

Semiconductor optical amplifier - Mach- Zehnder interfrometer (SOA-MZI)

Microwave photonics

Post-Distorsion Linearization Technique

Résumé

L'échantillonnage optique est une fonction utilisée dans divers systèmes de pointe, car il permet une combinaison unique d'avantages tels que la faible gigue temporelle, les faibles pertes, une bande passante élevée,et l'immunité aux interférences électromagnétiques (EMI). Cette thèse vise à étudier et à montrer la viabilité d'utiliser un SOA-MZI, un dispositif purement photonique, comme échantillonneur photonique au lieu d'autres solutions électro-optiques, en évitant les lentes et coûteuses conversions électro-optiques supplémentaires. Les architectures de commutation et de modulation sont possibles avec l'échantillonneur SOA-MZI. L'avantage majeur de l'architecture de modulation est qu'elle permet d'utiliser un taux d'échantillonnage très élevé.Utilisant l'architecture de modulation, une méthode de linéarisation par post-distorsion est formulée et validée.Expérimentalement, une amélioration significative de la distorsion harmonique totale (THD) entre 7dB et 23dB est observée pour des signaux sinusoïdaux à échantillonner à des fréquences entre 0.25 et 2 Ghz. L'échantillonneur SOA-MZI; utilisé comme convertisseur photonique de fréquence ,est examiné théoriquement en développant un modèle d'analyse de petit signaux et validé expérimentalement à l'aide des architectures de commutation et de modulation, en termes de gain de conversion (CG). Un CG égal à 16dB est obtenu pour la conversion de 1Ghz à 9 Ghz, tandis qu'un CG égal à 9 dB pour la conversion de 1 Ghz à 39 Ghz . Un débit binaire jusqu'à 1 Gbps est atteint pour des données en formats de modulation complexes converties.

Photonic sampling is a process employed in various state-of-the-art systems, since it permits a unique combinaison of advantages such as the low temporal jitter, the low-loss, high bandwidth and immunity to electromagnetic interference (EMI). This thesis aims at investigating and showing the feasibility of using the SOA-MZI module, a purely photonic device, as a photonic sampler in place of other electro-optics solutions, circumventing the need for additionnal slow and costly electro-optic conversions. The switching and modulation architecture are possible with the SOA-MZI photonic sampler. The major advantage of the modulation architecture is that it enables the use of very high sampling rates. Employing the modulation architecture, a post-distorsion linearzation method is formulated and validated. Experimentally, significant total harmonic distortion (THD)improvement between 7 and 23 dB is observed for sinusoidal signals to be sampled at frequences between 0.25 and 2 Ghz. The SOA-MZI photonic sampler, employed as a photonic up-converter, is theoretically examined by developing a small-signal analysis model, and experimentally validated using switching and modulation architecture in terms of conversion gain (CG). A CG equal to 16 dB is achieved for the 1 to 9 Ghz conversion, while a CG equal to 9 dB for the 1 TO 39 gHZ conversion. A bit rate up to 1 Gbps is reached for up-converted data of complex modulation formats.