Academic literature on the topic 'Banc de mesure de bruit de phase optique'

Parmi toutes les méthodes expérimentales, l’optique a toujours occupé une place de choix grâce à son caractère non intrusif: la traversée d’un écoulement par un faisceau lumineux n’entraine pas de perturbation dans les conditions requises par la visualisation ou la mesure. C’est ce qui explique l’importance de la technique que nous allons décrire. Cette étude vise la mise en place d’un banc d’essai en vue de visualiser et traiter numériquement la convection naturelle induite par un disque rainuré et chauffée par le bas dans un système ouvert. La méthode de visualisation choisie est l’ombroscopie comme méthode non intrusive afin de ne pas perturber la convection. Il est utile aussi de rappeler que cette dernière technique délivre en fait des images qu’il faudra lire et éventuellement traiter. Ainsi, dans pratiquement tous les cas de contrôle optique, il faut, pour obtenir des images reconstituées de bonne qualité et envisager une vision nette, mettre en oeuvre un système élaboré de traitement d'images. Ce système a pour premier but d’améliorer la qualité de l’image sur le plan du contraste et du niveau de bruit; il doit en seconde lieu très souvent prendre en compte la morphologie des objectifs recherchés afin de rendre l’image reconstituée parfaitement exploitable.

Cette thèse explore le développement d'un laser transportable à largeur de raie ultra fine intégrant une cavité Fabry-Pèrot de haute finesse. La cavité est fabriquée à partir d'un verre ULE à très faible expansion thermique avec des miroirs en silice fondue contactés optiquement, visant à minimiser les perturbations thermiques et mécaniques et à améliorer la stabilité de la fréquence. Une nouvelle méthode numérique de stabilisation de fréquence utilisant une plateforme FPGA est introduite, visant une stabilité relative de fréquence de 1e-15 à une seconde. Cette approche contraste avec les systèmes analogiques traditionnels en offrant une stabilité accrue et une complexité réduite. L'étude examine également plusieurs limitations des lasers ultra-stables comme le bruit de phase, le bruit thermique, etc. et plusieurs approches pour atténuer ces sources de bruit. En outre, un système de distribution de fréquences optiques utilisant des boucles à verrouillage de phase basé sur un FPGA et des liaisons par fibre optique est détaillé, garantissant une transmission stable du signal sur des distances de laboratoire
This thesis explores the development of a transportable, ultra-narrow linewidth laser integrating a high-finesse Fabry-Pèrot cavity made from ultra-low expansion glass with optically contacted Fused Silica mirrors, aiming to minimize thermal and mechanical perturbations and enhance frequency stability. A novel digital frequency stabilization method using an FPGA-based platform is introduced, targeting a fractional frequency stability of 1e-1 5 at 1-second integration. This approach contrasts traditional analog systems by offering increased stability and reduced complexity. The study also examines several limitations of ultra stable lasers like phase noise, thermal noise etc. and several approaches to mitigate these type of noise. Additionally, an optical frequency dissemination system using FPGA-based phaselocked loops and optical fiber links is detailed, ensuring stable signal transmission over laboratory distances

Ce manuscrit présente l'intégration conjointe d'un banc de mesure de bruit de phase et de résonateurs BAW sur lesquels doit s'effectuer la mesure. Une tendance actuelle vise à intégrer à côté de systèmes plus ou moins complexes, des circuits permettant d'en faciliter les tests. L'intégration du banc de mesure de bruit de phase permet de nous affranchir des contraintes provenant de la mesure externe sous pointes et du coût élevé associé. L'intégration simultanée des circuits de tests avec les systèmes à mesurer, permet également d'exploiter pleinement les possibilités d'appariement de composants disponibles sur un même substrat. Ce type de mesure On-Chip simplifie considérablement la procédure de test, en minimisant l'utilisation de matériel de mesure externe encombrant et de coût élevé. Elle évite aussi les dispersions inhérentes à l'utilisation de composants discrets externes, offrant la possibilité de suivre facilement l'évolution des caractéristiques du système, soit dans le temps, soit après divers types de dégradations. Cette mesure intégrée conduit naturellement à la conception de circuits autotestables, et donc autoreconfigurables. Notre travail de thèse a consisté à définir l'architecture, ainsi que le dimensionnement des différents éléments du banc de mesure, en fonction de la précision de mesure souhaitée. Nous avons montré qu'un système d'instrumentation performant peut s'intégrer dans une technologie SiGe standard
This works deals with an integrated phase noise test bench for BAW resonators. The technology which has been used is the SiGe: C 0. 25 µm BiCMOS7RF process from ST Microelectronics. A current trend is to integrate testing facilities next to more or less complex circuits. The integrated test bench for measuring phase noise can relieve us of the constraints of external probing measurement and high cost. The simultaneous integration of the test circuit with the systems to measure also allows to fully exploiting component matching possibilities available on the same substrate. On-chip measurement greatly simplifies the testing process, minimizing the use of bulky external measurement equipment and high cost. It also allows following the system characteristic variations, in time or after various damages. This measure leads naturally to the design of self-testable, therefore self-reconfigurable, ICs. The goal of this thesis was to define the component architectures and the design of the integrated phase noise test bench, depending on the measurement accuracy. We show that this highly performance instrumentation system can be integrated in a standard SiGe technology

La réflectométrie cohérente dans le domaine fréquentiel C-OFDR est une puissante technique de caractérisation des composants optiques. Elle nécessite une source laser cohérente accordable linéairement. Notre travail consiste à étudier la possibilité d’accorder linéairement les lasers à semiconducteur, en exploitant le chirp induit par la modulation directe en dents de scie et/ou en triangle. Nous avons caractérisé théoriquement et en simulation, la linéarité et l’amplitude de la variation dans le temps du chirp. Les résultats des deux approches sont en bon accord. Comme application nous avons mesuré, en simulation, le temps de retard d'un interféromètre Mach-Zehnder, par C-OFDR en utilisant une source laser DFB sous modulation directe en dents de scie et en triangle. Nous avons calculé théoriquement la densité de puissance du signal de battement C-OFDR en tenant compte des termes de bruits, dans le cas des lasers BH et DFB, déduits de la résolution des équations d'évolution du laser
Coherent Optical Frequency Domain Reflectometry C-OFDR is used for the characterization of optical components with great dynamic range and sensitivity. This technique requires a coherent tunable laser source with an optical frequency swept linearly. Our work consists in studying the application of semiconductor laser as tunable source, by exploiting the chirp induced by the sawtooth or triangular modulation of the injection current. We characterize, theoretically and in simulation, the linearity and the amplitude of the variation in time of the chirp. The results obtained of the two approaches are in a good agreement. As application we measure, in simulation, Mach-Zehnder interferometer time delay, by using C-OFDR based on DFB laser source under sawtooth and triangular direct modulation. We theoretically calculated the power density of C-OFDR beat signal by taking into account the noise terms, in the case of BH and DFB lasers, deduced from the resolution of laser rate equations

Ce manuscrit présente l'intégration conjointe d'un banc de mesure de bruit de phase et de résonateurs BAW sur lesquels doit s'effectuer la mesure. Une tendance actuelle vise à intégrer à côté de systèmes plus ou moins complexes, des circuits permettant d'en faciliter les tests. L'intégration du banc de mesure de bruit de phase permet de nous affranchir des contraintes provenant de la mesure externe sous pointes et du coût élevé associé. L'intégration simultanée des circuits de tests avec les systèmes à mesurer, permet également d'exploiter pleinement les possibilités d'appariement de composants disponibles sur un même substrat. Ce type de mesure On-Chip simplifie considérablement la procédure de test, en minimisant l'utilisation de matériel de mesure externe encombrant et de coût élevé. Elle évite aussi les dispersions inhérentes à l'utilisation de composants discrets externes, offrant la possibilité de suivre facilement l'évolution des caractéristiques du système, soit dans le temps, soit après divers types de dégradations. Cette mesure intégrée conduit naturellement à la conception de circuits autotestables, et donc autoreconfigurables. Notre travail de thèse a consisté à définir l'architecture, ainsi que le dimensionnement des différents éléments du banc de mesure, en fonction de la précision de mesure souhaitée. Nous avons montrer qu'un système d'instrumentation performant peut s'intégrer dans une technologie SiGe standard.

La fibre optique constitue une alternative sérieuse au câblage coaxial classique pour de nombreuses applications analogiques. En effet, outre son diamètre et sa masse beaucoup plus faible, elle ne perturbe pas les dispositifs électriques et elle assure une excellente isolation du signal véhiculé. Dans le cadre de notre étude, l'application principalement visée est la distribution de signaux de référence de fréquence dans les différents sous systèmes d'un satellite de télécommunications. Autres applications possibles sont l'alimentation et le control d'une antenne sol et l'accès aux divers éléments d'une antenne active. Toutefois, la liaison optique doit respecter certaines contraintes vis à vis de la qualité du signal véhiculé, en particulier en termes de bruit. A ce niveau l'approche "photo-oscillateur", c'est à dire un oscillateur synchronisé par l'onde optique modulée, peut être d'une aide précieuse. En effet, un photo-oscillateur de réception assure un filtrage naturel du bruit de phase loin de la porteuse, tout en imposant une puissance de sortie constante. Plusieurs solutions peuvent être envisagées pour la réalisation de ces dispositifs. La plus simple consiste à détecter le signal optique modulé à l'aide d'une photodiode rapide, puis à utiliser ce signal électrique pour le verrouillage par injection d'un oscillateur (photo-oscillateur à réception indirecte). Une autre solution consiste à réaliser l'oscillateur lui même à l'aide d'un transistor sensible à l'onde optique (photo-transistor), et donc à contrôler optiquement l'élément actif de l'oscillateur (photo-oscillateur à réception directe). L'étude présentée ici concerne la réalisation et la caractérisation de liaisons optiques utilisant des photo-oscillateurs à 10 MHz, 874. 2 MHz, et 3. 5 GHz. L'intérêt de l'approche photo-oscillateur par rapport aux liaisons optiques traditionnelles (utilisant une simple photo-diode) est clairement mise en évidence par des mesures de bruit de phase des liaisons optiques
Fiber optics constitutes an attractive alternative to conventional wiring for numerous analog applications. Indeed, in addition to its small size and low mass, the fiber does not interfere with electronic devices and provides an excellent isolation of the transmitted signal. One of the targeted application of our work is the reference frequency signal distribution to various subsystems of a telecommunications satellite. Another applications could be remote antenna synchronization and control and the access to the various elements of an active antenna. However, to meet our system requirements, the fiber optics link should not degrade the signal quality, and particularly its phase noise. To this purpose, the optically synchronized oscillator is an efficient approach which naturally filters the signal far from the carrier, thus removing the additional noise due to the optical link. Moreover, an optically controlled oscillator delivers a constant output power, which is an interesting feature for a reference frequency delivering network. Different types of optically synchronized oscillators may be investigated. The simplest one uses a conventional photodiode to detect the amplitude modulated optical signal, and the resulting microwave signal is used in a classical injection lock of a microwave oscillator. In this first case, we speak about an indirect optically synchronized oscillator. Another possibility is to realize the oscillator with a transistor sensitive to the optical power (photo-transistor) and thus to control directly the oscillator amplifying element. In this second case we speak about a direct optically synchronized oscillator. .

L’analyse bibliographique a révélé les limites atteintes tant en taille qu’en fréquence par les sondes de concentration conventionnelles, la spectroscopie de fluorescence apparaissant prometteuse. La théorie et l’étude des applications dérivées montrent qu’elle peut apporter la résolution spectrale, spatiale et temporelle indispensable à une mesure locale de concentration, et apporte un éclairage sur les problèmes rencontrés dans l’étude du mélange d’un traceur fluorescent en solution dans l’eau. Les éléments de l’installation expérimentale sont présentés, avec leurs réglages complets. Des bruits électriques ou mécaniques caractéristiques et leur remède, quand il existe, sont décrits. Le processus aléatoire d’absorption-émission mis en jeu pour la fluorescence du traceur dépend d’une statistique de Poisson : concentration locale et signal mesuré ne sont plus proportionnels, mais les relations liant leurs propriétés statistiques ont pu être établies, ainsi que le traitement du signal adéquat pour éliminer le bruit aléatoire polluant généré. Le mélange en continu dans une cuve agitée standard de 2 flux, l’un avec le traceur, l’autre non, fournit un champ turbulent de concentration fluctuante pour valider le capteur. Le traitement du signal fourni par la théorie s’avère convenable, et a permis d’étudier l’influence de la position, de la vitesse d’agitation, du temps de séjour et de la viscosité sur les intensités de ségrégation, densités spectrale, spectres de dissipation et fonctions d’autocorrélation. Il existe apparemment des valeurs minimales de la vitesse d’agitation et du temps de séjour pour lesquelles les fluctuations ne sont plus détectables. Les spectres adimensionnels réduits prennent une forme unique, comme le prévoit la théorie de la turbulence. La viscosité, tout en augmentant l’intensité de ségrégation, ne modifie pas les spectres, sans doute parce que le nombre de Schmidt est resté constant. Des perspectives d’amélioration sont envisagées
Litterature review showed the conventional concentration probes are now limited both in size and frequency cutoff. Fluorescence spectroscopy seemed promising. Theoretical basis and applications study explain how it can provide spectral, spatial and temporal resolution indispensable to improve local concentration measurements. Difficulties when studying the elements of the experimental setup are described with their complete adjustments. Characteristic electrical and mechanical noises and corresponding remedies, when existing, are give. The absorption-emission stochastic process involved by the fluorescence of the tracer appears to depend on a Poisson statistic : direct proportionality no more exists between local concentration and measured signal. But relationships between their statistical properties have been established, with the corresponding signal processing only able to eliminate the superimposed random noise pollution. The mixing of two feed streams in a standard continuous stirred tank, one with the fluorescent tracer, the other without, results in a turbulent fluctuating concentration field, used to validate the sensor. Theoretical predictions for the signal processing appear to be relevant. Effects of position, stirring speed, mean residence time and viscosity were studied on local intensity of segregation, spectral density functions, power dissipation spectra and autocorrelations. Minimum values for stirring speed or mean residence time seem to exist, above which fluctuations are no more detectable. Dimensionless reduced spectra take a unique shape, as predicted by the turbulence theory. Viscosity, while increasing segregation, seems no to influence spectra because the Schmidt number was probably not modified. Perpectives of improvement are suggested

Pour des applications liées à la métrologie temps-fréquence comme pour les mesures de physique fondamentale, l'utilisation d'oscillateurs bas bruit et de haute stabilité est essentielle. La mise en oeuvre et le coût d'exploitation de tels oscillateurs sont tels qu'ils restent inaccessibles pour la plupart des utilisateurs. Actuellement, les comparaisons d'horloges à distance sont effectuées soit par GPS, soit par satellite de télécommunications. Les comparaisons sont limitées en stabilité relative à quelques 10-15 sur la journée, donc insuffisantes pour les performances ultimes des étalons atomiques micro-ondes et a fortiori pour les horloges optiques. Profitant de la redondance du réseau fibré de télécommunication métropolitain, nous avons développé un dispositif de dissémination de références de fréquence par fibres optiques. Ce dispositif est complété par un système actif électronique permettant la compensation du bruit de phase ajoutées lors du transfert sur fibre (vibrations mécaniques, fluctuations thermiques. . . ). Ainsi, nous avons démontré la possibilité de transférer un signal de référence à 1 GHz, par modulation d'amplitude d'une porteuse optique à 1,55 microns, avec des instabilités relatives de fréquence de 2 à 3x10-15 pour une seconde de temps d'intégration et quelques 10-18 sur la journée, sur 86 km (quelques 10-14 sur environ 200 km). Il est alors possible de comparer des fontaines atomiques de performances égales à celle du SYRTE sur quelques centaines de kilomètres. Une méthode "tout optique" a pour but de transférer directement une référence optique sur des distances de 1000 km pour la comparaison d'horloges optiques et constituer un réseau européen.