Modeling and optimization of a coupled optoelectronic oscillator for microwave frequency synthesis
Modélisation et optimisation d'un oscillateur optoélectronique couplé pour la synthèse de fréquence micro-onde
Résumé
The rise in frequency of radiofrequency oscillators towards millimeter waves is limited by the degradation of the quality factor of the resonators in these frequency ranges. Therefore, the low propagation losses of optical fibers can be taken advantage of by constituting the high quality factor delay line of an opto-electronic oscillator, allowing the oscillation of a low phase noise RF wave in the centimeter or millimeter range. Quality factors of the order of 10^5 are most often necessary in order to achieve competitive performance with microwave techniques and justify the use of fiber spool with a length of up to several kilometers. The size caused by such spools can be reduced by coupling the opto-electronic oscillator to a fiber mode-locked laser, for which the active properties of the optical cavity allow a significant improvement in the quality factor despite a delay line intra-cavity much shorter. The nature of the pulses generated by the mode-locked laser determines the performance achieved by the coupled opto-electronic oscillator (COEO) thus constituted. A parametric study of the optical cavity following the intra- and extra-cavity chromatic dispersion, coupled with the synchronization conditions of the COEO, then becomes essential for a phase noise optimization of such a device. An experimental and theoretical study of the amplitude modulator COEO following chromatic dispersion and phase mismatch between oscillators is presented. Alternative architectures to this configuration are also proposed, with a COEO with phase modulator or incorporating a standard cavity, with the aim of combining noise performance and compactness.
La montée en fréquence des oscillateurs radiofréquences vers les ondes millimétriques est limitée par la dégradation du facteur de qualité des résonateurs dans ces gammes de fréquences. Dès lors, les faibles pertes de propagation des fibres optiques peuvent être mises à profit en constituant la ligne à retard à haut facteur de qualité d'un oscillateur opto-électronique, permettant l'oscillation d'une onde RF à faible bruit de phase dans la gamme centimétrique ou millimétrique. Des facteurs de qualité de l'ordre 10^5 sont le plus souvent nécessaires afin d'atteindre des performances compétitives avec les techniques micro-ondes et justifient l'utilisation de bobine de fibres d'une longueur pouvant atteindre plusieurs kilomètres. L'encombrement occasionné par de telles bobines peut être réduit en couplant l'oscillateur opto-électronique à un laser à verrouillage de modes fibré, pour lequel les propriétés actives de la cavité optique permettent une amélioration significative du facteur de qualité malgré une ligne à retard intra-cavité bien plus courte. La nature des impulsions générées par le laser à verrouillage de modes détermine les performances atteintes par l'oscillateur opto-électronique couplé (COEO) ainsi constitué. Une étude paramétrique de la cavité optique suivant la dispersion chromatique intra et extra-cavité, couplée aux conditions de synchronisation du COEO, devient alors primordiale en vue d'une optimisation en bruit de phase d'un tel dispositif. Une étude expérimentale et théorique du COEO à modulateur d'amplitude suivant la dispersion chromatique et le désaccord de phase entre les oscillateurs est présentée. Des architectures alternatives à cette configuration sont également proposées, avec un COEO à modulateur de phase ou incorporant une cavité étalon, dans l'objectif de combiner performance en bruit et compacité.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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