Utilisation d`un amplificateur optique à semi

Utilisation d’un amplificateur optique à semi-conducteurs
(SOA) comme convertisseur de signaux hyperfréquences.
Walid Abou Hamad, Ammar Sharaiha, Thierry Rampone, Pascal Morel, Benoît Pucel
École Nationale d’Ingénieurs de Brest, laboratoire RESO (E.A.3380).
Technopôle Brest Iroise, CS 73862, 29283 Brest Cedex 3. FRANCE.
[email protected]
Le SOA, compte tenu de la caractéristique de son gain, est un composant intégrable, capable de
réaliser plusieurs fonctions tout-optiques [1]. Nous montrons par expérimentation et par simulation
l’utilisation d’un SOA en tant que mélangeur et détecteur des signaux hyperfréquences HF.
Le principe de base de cette étude est détaillé comme suit : deux sources lasers
monochromatiques, nommées RF et LO émettent respectivement une porteuse optique à la longueur
d’onde λRF = 1545 nm et λLO = 1528 nm sont modulées par une porteuse électrique aux fréquences
respectives fe,RF = 1 GHz et fe,LO = 900 MHz avant d’être injectées dans la zone active du SOA. La
variation, dans le temps, de l’intensité des signaux optiques injectés induit une variation de la densité
de porteurs aux fréquences électriques fe,RF et fe,LO. La modulation de LO dont la puissance est, de
manière générale, plus élevée que celle de RF, engendre une modulation croisée du gain du SOA
(XGM). Cette XGM fait apparaître des termes fréquentiels d’intermodulation sur les porteuses
optiques détectées par une photodiode externe. Le SOA peut également être utilisé comme détecteur
quadratique pour mesurer les termes d’intermodulation de la densité de porteurs. Nous nous
intéressons à la fréquence intermédiaire basse : LO
e
RF
e
IF
efff ,,,
−
=
. La densité de porteurs N est reliée
à la tension V aux bornes du SOA. Ainsi toute variation dans le temps de la densité de porteurs va
provoquer une variation aux bornes du SOA permettant ainsi de l’utiliser comme un photodétecteur
sur son port électrique [2]. La Figure 1 montre les puissances électriques détectées, à la sortie du
SOA, d’une part par une photodiode externe (1.a) et d’autre part directement par le SOA (1.b).
-125
-115
-105
-95
-85
-75
-65
-55
-45
-35
-25
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0
Puissance optique moyenne du signal LO à l'entrée du SOA : P
i0_LO
(dBm)
Puissance du signal détecté à f
e,IF
par une
photodiode externe (dBm)
Simulation
Mesures
-125
-105
-85
-65
-45
-25
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0
Puissance optique moyenne du signal LO à l'entrée du SOA : P
i0_LO
(dBm)
Puissance du signal détecté à f
e,IF
par le SOA
(dBm)
Simulation
Mesures
P
i0_RF
= - 10 dBm (i)
P
i0_RF
= - 20 dBm (j)
P
i0_RF
= - 30 dBm (k)
(i)
(j)
(k) (i)
(j)
(k)
(a)
(b)
P
i0_RF
= - 10 dBm (i)
P
i0_RF
= - 20 dBm (j)
P
i0_RF
= - 30 dBm (k)
Figure 1 : Puissance du signal détecté à fe,IF, par une photodiode externe (a) et directement par le SOA (b)
Ces courbes montrent que le signal détecté à fe,IF croît avec la puissance optique moyenne du signal
RF à l’entrée du SOA : Pi0_RF. Pour une faible puissance Pi0_LO, le signal varie, avec une pente de
+2 dB/dB due à la détection quadratique du signal optique. Pour une forte puissance Pi0_LO, la
puissance détectée diminue en raison de la forte saturation du gain du SOA. Les signaux détectés
des deux manières ont la même allure, présentant un maximum pour la même valeur de la puissance
Pi0_LO mais avec un écart de l’ordre de 40 dB en faveur de la puissance détectée par la photodiode
externe. Les résultats obtenus par simulation sont en bonne concordance avec ceux des mesures et
ceci à la sortie optique et électrique du SOA.
Les auteurs tiennent à remercier la région Bretagne, la plate-forme PERDYN ainsi que M. Jean
Chazelas du groupe Thalès pour leur aide et leur soutien.
Références :
[1] H. Soto, D. Erasme and G. Guekos, “5-GB/s XOR optical gate based on cross-polarization modulation in
semiconductor optical amplifiers”, IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 13 n° 4, pp. 335-337, April 2001.
[2] A. Sharaiha, “Distortion analysis of the photodetection and gain spectral responses of a semiconductor
optical amplifier”, IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 10 n° 9, pp. 1301-1303, September 1998 .