EP1509755A2 - Dispositif et procede de determination du "chirp" d'un modulateur electro-optique du type mach-zehnder - Google Patents

Dispositif et procede de determination du "chirp" d'un modulateur electro-optique du type mach-zehnder

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Publication number
EP1509755A2
EP1509755A2 EP03747468A EP03747468A EP1509755A2 EP 1509755 A2 EP1509755 A2 EP 1509755A2 EP 03747468 A EP03747468 A EP 03747468A EP 03747468 A EP03747468 A EP 03747468A EP 1509755 A2 EP1509755 A2 EP 1509755A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical
chirp
frequency
measurement
modulator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03747468A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Henri Porte
Nadège COURJAL
Pascal Mollier
Jérôme HAUDEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Photline Technologies
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Photline Technologies
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Photline Technologies, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Photline Technologies
Publication of EP1509755A2 publication Critical patent/EP1509755A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/225—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/25—Frequency chirping of an optical modulator; Arrangements or methods for the pre-set or tuning thereof

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for determining the "chirp" of an electrooptical modulator. It has applications in the industrial and research fields where optical components and more particularly Mach-Zehnder type modulators must be characterized by their operating parameters including the "chirp". These modulators are more specifically used in fiber optic telecommunications applications.
  • Fiber optic broadband optical telecommunications systems use external optical modulators connected to a monochromatic laser source. These modulators can be of two types. On the one hand, semiconductor-based modulators such as indium phosphide in which the modulation of light is obtained by injection of carriers in a junction: we speak of electroabsorbent modulators.
  • the other category of modulators is based on Mach-Zehnder type interferometers which can be integrated in blocks of electro-optical materials. This latter property is characterized by the fact that the refractive index of the material varies with the electric voltage applied to the electrode terminals arranged on either side of one or two optical waveguides forming the arms of a interferometer.
  • the most widely used electro-optical materials for making Mach-Zehnder modulators for optical telecommunications are lithium niobate, indium phosphide, gallium arsenide, and certain orientable polymers.
  • the major interest of the Mach-Zehnder modulator compared to the electro-absorption modulator is based on the fact that the parasitic phase modulation associated with the desired light intensity modulation, property called "chirp", can be very weak or even zero under certain conditions, which is not the case with electro-absorbing modulators. This is a great advantage because an optical modulation devoid of "chirp" presents a great robustness for the propagation of pulses in the dispersive media which constitute the optical fibers with silica core conventionally used in current telecommunications networks.
  • Mach-Zehnder modulator consists of.
  • the first large type corresponds to an X-section crystal and the second to that of a Z-section crystal. These two types correspond to the broadband modulator devices most frequently encountered with this type of material.
  • These components have on their surface a structure of optical waveguides obtained by metallic diffusion and reproducing the circuit of a Mach-Zehnder interferometer.
  • the modulators also include microwave coplanar electrodes comprising a line, a narrow central one carrying the electrical signal, and two lateral ground planes.
  • section X the optical guides are centered on either side of the central line, substantially halfway between the latter and each lateral ground plane.
  • the electric field induced in the crystal is of opposite sign in each of the arms, which makes it possible to double the modulation efficiency when the waves are recombined.
  • the amplitude of phase variation in each of the arms is the same. After recombination, it can be shown that in theory, this results in an amplitude modulation of the light without modulation of associated residual phase.
  • the component in section X is said to have low “chirp” or even to “chirp” zero.
  • the central line is centered on one of the arms of the interferometer while the other arm is positioned at the edge of one of the lateral ground planes.
  • the modulation efficiency is not the same in each of the arms, in particular due to the difference in overlap between the guided light fields and the interacting electric field.
  • the amplitude modulation is associated with a residual phase modulation.
  • This component is said to be non-zero "chirp".
  • a variant of this type of modulator exists which makes it possible to control the resulting “chirp” using a double set of electrodes arranged on each of the arms. If the electrodes are powered by variable gain amplifiers, this allows the value of the overall "chirp" to be adjusted very finely.
  • the “chirp” is generally defined as the normalized ratio connecting the phase variation and the intensity variation produced by the modulator:
  • n represents the index of the material, r its electro-optical coefficient, ⁇ the working wavelength, l the length of the electrodes, g the distance between electrodes. V z is the applied voltage.
  • ⁇ is a coefficient between zero and one, which results from the calculation of the normalized recovery integral between the spatial distribution of the light field in the guide and that of the applied electric field, the latter not having a uniform distribution in the space between the edges of coplanar electrodes.
  • “Chirp” measurement systems are already known and an example is the system for measuring the time profile and the phase (“chirp”) of short duration pulses which has been the subject of a request for Patent FR2,774,762 under the title: "Method and device for measuring the complex spectrum (amplitude and phase) of optical pulses".
  • This system makes it possible to measure pulses emitted by an optical source at a given frequency.
  • the principle of this device is based on an over-modulation by a Mach-Zehnder modulator of the pulses produced by an optical pulse source.
  • the modulator used in the device is adjusted to an operating point corresponding to a phase shift of ⁇ radians and controlled by a frequency half the frequency of emission of the pulses.
  • a variable delay line is introduced between the microwave generator driving the light source and the modulator which is preceded by a frequency divider. Detection and processing is done using an optical spectrum analyzer. To access the phase and the profile of the pulses, this involves measuring the variations in the amplitude of each peak or line of the optical spectrum measured as a function of the phase introduced by the microwave delay line.
  • a Fourier transform makes it possible to trace the time profile and the instantaneous phase (or frequency) variation as a function of time, that is to say the "chirp".
  • This system can lend itself to the characterization of pulses or signals produced by Mach-Zehnder modulators under test, but the principle of data acquisition does not allow a determination of the "chirp" at all frequencies or, only, at price of a very long measurement time and involving the availability of specific and relatively expensive components (frequency dividers) and measuring instruments (optical spectrum analyzer) in order to allow exploration from a few MHz to frequencies of the order of 50 GHz.
  • Mach-Zehnder is desirable in the characterization chain of a designer or manufacturer of components to quantify the value of this parameter.
  • Such a device is of even greater interest if it is possible for it to measure the frequency dispersion of the value of the "chirp".
  • the object of the invention is therefore to propose such a device, which, moreover, is simpler materially and in use than the devices of the prior art.
  • the invention therefore relates to a device for determining the “chirp” of an electro-optical interferometric modulator of the Mach-Zehnder type with two arms by optical spectral analysis of a modulated optical signal, an optical signal of predetermined frequency ⁇ 0 produced by an optical source being modulated into an optical signal modulated in the modulator by an electrical modulation signal produced by at least one means for generating an electrical signal, said electrical signal comprising a periodic component of predetermined frequency ⁇ and a continuous bias component, the " chirp ”weighting the amplitude of the lateral optical modulation lines shifted in frequency by
  • the device comprises at least one optical measurement means of at least one of the lateral lines and a control and calculation means making it possible, in a first measurement step, to send a continuous component such as the difference of optical phase ⁇ between the two arms is substantially zero and, in a second measurement step, of sending a continuous component such that the difference in optical phase ⁇ in absolute value between the two arms is substantially equal to ⁇ , the means of calculation allowing at least to calculate for a given lateral optical line frequency the ratio of the measurement at
  • the following means can be combined according to all the technically possible possibilities, are used:
  • the optical measurement means also makes it possible to measure the modulated optical signal of frequency ⁇ 0 and in that, in addition, the control and calculation means in the first step makes it possible to adjust the DC component so that said optical signal modulated is maximum and, in the second step, makes it possible to adjust the DC component so that said modulated optical signal is minimal,
  • the optical measurement means comprises a quadratic detector measuring the optical power, the ratio then corresponding to the square of the "chirp", the value of the "chirp” is determined by calculating the square root of the report in the case of a detector quadratic,
  • the optical measurement means comprises a system capable of measuring the optical amplitude, the ratio then corresponding to the "chirp", the calculation of the ratio is carried out with the lateral lines of frequency ⁇ o- ⁇ ,
  • control and calculation means make it possible to vary the periodic component between a low frequency ⁇ and a high frequency ⁇ h , measurements and calculations being carried out for each of said frequencies between ⁇ and ⁇ h , - the periodic component is sinusoidal,
  • control and calculation means make it possible to determine the “chirp” for each of the frequencies of the periodic component variable in frequency, - the optical source is adjustable in frequency,
  • control and calculation means make it possible to determine the "chirp" for each of the frequencies of the adjustable optical source
  • control and calculation means make it possible to determine the "chirp" for each of the frequencies of the periodic component variable in frequency and for each of the frequencies of the adjustable optical source,
  • control and calculation means make it possible to determine an average of "chirp" from a set of measurements and calculations
  • the periodic component has a peak-to-peak amplitude less than the half-wave voltage V ⁇ of the modulator, and preferably less than or equal to 60% of V ⁇ ,
  • the two-arm interferometric electro-optical modulator is of the Mach-Zehnder type
  • control and calculation means is a programmable computer means, in particular a microcomputer, a microwave signal generator producing the periodic component, a controlled voltage generator producing a continuous component,
  • the "chirp" is determined in the form of a set of digital data in a file
  • control and calculation means comprise at least one interface for entering operating parameters and an output for monitoring and recovering the “chirp” determination results
  • the optical measurement means comprises a monochromatic band pass filter centered on the frequency of a lateral line, the determination being made for a given frequency of the source and a given frequency of the periodic component,
  • the optical measurement means comprises a spectrometer
  • the spectrometer comprises a controlled orientable diffraction grating
  • the spectrometer includes a Fabry-Pérot interferometer, one of the mirrors of which is movable and controlled.
  • angle values for the phase shift also include integer multiples since the transfer function of the modulator is periodic.
  • the invention also relates to a method for determining the "chirp" of an electro-optical interferometric modulator of the Mach-Zehnder type with two arms by optical spectral analysis of a modulated optical signal, an optical signal of predetermined frequency ⁇ 0 produced by an optical source being modulated into an optical signal modulated in the modulator by an electrical modulation signal produced by at least one means for generating an electrical signal, said electrical signal comprising a periodic component of predetermined frequency ⁇ and a continuous bias component, the " chirp ”weighting the amplitude of the lateral optical modulation lines shifted in frequency by
  • At least one optical measurement means of at least one of the lateral lines and a control and calculation means are used, and, in a first measurement step, a continuous component such as the difference is sent of optical phase ⁇ between the two arms is substantially zero, and, in a second measurement step, a continuous component is sent such that the optical phase difference ⁇ in absolute value between the two arms is substantially equal to ⁇ , and, is carried out with the calculation means, for a lateral optical line frequency given, the ratio of the measurement at
  • a periodic component which has a peak-to-peak amplitude lower than the half-wave voltage V ⁇ of the modulator, and preferably less than or equal to 60% of V ⁇ , - the periodic component is varied between a low frequency ⁇ b and a high frequency ⁇ h using the control and calculation means, and measurements and calculations are made for each of said frequencies between ⁇ b and ⁇ h ,
  • the “chirp” is determined for each of the frequencies of the periodic variable frequency component in the form of a curve of a set of measurements and calculations
  • the measurement device allows the measurement of the absolute value of the "chirp" of optical modulators of the Mach-Zehnder type.
  • the device and the implementation are simplified because specifically dedicated and of lower cost in material and use.
  • the system applies to all types of Mach-Zehnder modulators, whatever the substrate materials used for integration: gallium arsenide, lithium niobate, polymer ...
  • the measurement is self-calibrated since it is done by calculating the ratio between two successive measurements for each frequency. It therefore does not depend on the microwave power applied or on the optical power of the source and it suffices that the measurement is made in small signals.
  • the invention allows analysis over the entire operating frequency range of the modulator and not at one or two predetermined frequencies.
  • the invention can be implemented at a fixed and predetermined frequency, which allows rapid measurement compared to existing systems and allows the use of an even more simplified device and of even lower cost, with a fixed oscillator such as microwave source and an optical filter preset on a side line at the output. There is no need for a delay line unlike previous systems.
  • the device of the invention can be integrated into a single instrument to which the modulator to be tested is connected. The choice of a high resolution spectral filter makes it possible to carry out the measurement at low frequencies. Statistical data processing can also achieve a high signal-to-noise ratio.
  • the measurement is quick because two frequency scans or two fixed frequency acquisitions are enough to create two measurement files which allow calculations to be carried out to determine the "chirp". Also simplicity of the treatments and calculations on the data by subtraction of two files expressed in decibels.
  • the measures are used immediately for processing and calculations and these are “chirp” data which are stored in one or more files.
  • the device of the invention and the method can also directly or in combination with other elements or programs allow determinations of parameters other than only the "chirp" and, for example, the bandwidth, the curve of answer, transfer function ...
  • FIG. 1 represents a system for measuring the chirp according to the prior art
  • FIG. 2 which represents examples of Mach-Zehnder type modulators seen from above and in section
  • Figure 3 which represents the result of the spectral analysis of an optical signal modulated by a Mach-Zehnder type modulator for a maximum and a minimum of transmission
  • FIG. 4 which represents an example of a device for determining the “chirp” according to the invention
  • FIG. 5 which represents an example of a sequence of the steps of the method for determining the “chirp” according to the invention.
  • phase ⁇ is a difference in static phase between the arms which can be applied using a DC voltage, either directly on the active electrodes of the Mach-Zehnder, or on an additional set of electrodes placed in series of the so-called active electrodes.
  • Equation (6) can then take a new form making it possible to separate the phase modulation from the amplitude modulation:
  • any deviation in the modulation efficiency between the arms produces a term of pure phase modulation, here as a factor in equation (10) before what corresponds to the amplitude modulation part proper placed in square brackets .
  • the objective of the measurement will be to access ⁇ o and ⁇ separately.
  • Eft I. ei ⁇ 0t U ( ⁇ o + P) ⁇ o cos ⁇ t + é ⁇ foo - ⁇ ) o cos ⁇ t-j ⁇
  • the signal is applied around one of the transmission maxima of the modulator transfer curve connecting the light intensity transmitted to the voltage applied to the electrodes.
  • This transfer function resulting from constructive or destructive interference at the output of the interferometer arms, is sinusoidal.
  • the amplitude of the field is then expressed according to the following relation:
  • the spectral analysis of this field provides 3 terms.
  • the first term, power E 0 2 is centered at ⁇ 0, of the optical pulse laser source, the following two optical power (E 0/7 0 0 K / 2) 2 are centered ⁇ o- ⁇ and in ⁇ 0 + ⁇ .
  • ⁇ t) ⁇ -e j ⁇ o t
  • 2 ⁇ 0 K 0 cos ⁇ t] or also: E (t) ⁇ ⁇ 0 ⁇ n e J + ⁇ ) tj _ j ( ⁇ 0 - ⁇ ) t ⁇ n e-
  • the decomposition of the signal thus makes it possible by spectral analysis to measure the amplitude of the lateral modulation lines and to access 77 0 and ⁇ . It therefore makes it possible to extract from it the value of the parameter of “chirp” ⁇ . To do this, it suffices to use an optical spectrum analyzer or any spectral light decomposition system to go back to this “chirp” parameter.
  • the spectral distribution of optical power shows the different lateral modulation lines as a function of the case of static phase difference ⁇ considered.
  • This ratio is equal to the square of the “chirp” ( ⁇ ).
  • the system comprises an optical source, preferably of monochromatic laser type. This source is connected to the optical input of the component to be tested.
  • the entire measurement device can be controlled by a unique analysis and processing control system which controls each subsystem, orders the different measurement phases, collects the data and performs the processing.
  • This system can be the operator of the device itself or can preferably be an automated system.
  • the component to be tested is controlled by a microwave signal generator producing an electrical signal of peak-to-peak peak voltage modulation. The amplitude of modulation must be low compared to the half-wave voltage V ⁇ .
  • the small signal modulation condition can be obtained by arbitrarily choosing a peak-to-peak voltage less than or equal to, for example, 60% of the value of the half-wave voltage V ⁇ .
  • the frequency supplied by the microwave generator can vary for each measurement point from a minimum frequency to the maximum operating frequency of the modulator. This scanning is controlled by the control and calculation means. Two successive scans corresponding to each of the cases of. figure described above are required to perform a full measurement.
  • a DC voltage source is connected to the modulator electrodes. It is either a separate set of electrodes, or the microwave electrodes themselves. In the latter case, a polarization tee will be used.
  • the DC voltage source makes it possible to apply a voltage such that the two arms of the modulator are in phase to within k2 ⁇ . In this way the modulation will operate on an operating point corresponding to a maximum transmission of the transfer function of the modulator.
  • the DC voltage source makes it possible to apply a voltage such that the two arms of the modulator are in phase opposition to within k2 ⁇ , ie a voltage equal to V ⁇ compared to the first situation. In this way the modulation will operate on an operating point corresponding to a minimum of transmission of the transfer function of the modulator.
  • the optical output of the modulator under test is connected to two measurement subsystems.
  • the first subsystem can be omitted but it will preferably be used to guarantee the stability and reliability of the measurement. It allows, thanks to a photo-detection and a suitable electronic control looped on the DC voltage source, to control the operating point of the modulator. This control is carried out successively on a maximum transmission during the first scan then on a minimum of transmission during the second frequency scan. The order of switching from one voltage to the second is controlled, between two successive frequency scans, by the central control system.
  • the second measurement subsystem is an optical frequency discriminator.
  • This discriminator can be an optical spectrum analyzer based on an orientable diffraction grating, or else a tunable spectral filter such as a Fabry-Pérot interferometer, one of the mirrors of which is mobile and equipped with a controlled actuator.
  • a diffraction grating-based system exhibits a high sensitivity in photo-detection, therefore a high signal-to-noise ratio. However, it allows a resolution typically limited to 2.5 GHz in frequency for the most efficient systems. In this case, this defines the low limit frequency.
  • Fabry-perot interferometer systems descend lower in frequency: typically a few hundreds of MHz for a free spectral interval of ten GHz. They therefore allow a more extensive exploration in frequency.
  • the photodetection sensitivity is lower and the signal to noise ratio lower than in the first case.
  • the line width of the source must therefore be chosen accordingly so as not to limit the performance of the optical frequency discriminator chosen.
  • a quad ratic photo-detector makes it possible to measure the optical power present in one of the lateral modulation lines.
  • the role of the control system is to permanently position the frequency discriminator on a position corresponding to the lateral modulation line produced by the frequency emitted by the microwave generator.
  • the description which follows relates to the case of a frequency sweep for a measurement of the dispersion of the "chirp". It is obviously possible to also carry out the measurement on a single and predetermined frequency.
  • the measurement can be carried out in the following sequence. -
  • the control system switches the continuous voltage source for the first time so as to place the operating point on a maximum transmission of the modulator transfer curve. During this entire first phase, the control and servo subsystem will maintain the modulator at this operating point.
  • the latter is previously set to a fixed peak-to-peak amplitude of small amplitude compared to the half-wave voltage of the modulator. If the measurement takes place on a fixed frequency, a sweep is not necessary, and the microwave generator can simply be a preset frequency oscillator.
  • the tunable filter synchronizes in optical frequency so that its transmission is permanently set on one of the side lines centered either on ⁇ o- ⁇ , or on ⁇ o + ⁇ . If the measurement takes place on a fixed frequency, the filter is pre-positioned on the lateral modulation line.
  • the photo-detector detects the transmitted light intensity and present on one of the lateral lines ⁇ o- ⁇ or ⁇ o + ⁇ , this for each value of pulsation ⁇ supplied by the microwave generator.
  • the control system recovers the optical power data measured in a first file, converted beforehand for example into decibels. Alternatively, the measurement data is kept in a random access memory for direct use in the calculation (s) for determining the "chirp".
  • the control system then switches the continuous voltage source so as to place the operating point on a minimum transmission of the modulator transfer curve. During this entire second phase, the control and servo subsystem maintains the modulator at this operating point.
  • the tunable filter synchronizes in optical frequency so that its transmission is permanently set on one of the side lines centered on ⁇ o- ⁇ or ⁇ o + ⁇ .
  • the photo-detector detects the light intensity transmitted and present on one of the lateral lines ⁇ o- ⁇ , or ⁇ o + ⁇ , this for each value of pulsation ⁇ supplied by the microwave generator.
  • the control system recovers the optical power data measured in a second file, previously converted for example into decibels.
  • control system can extract the “chirp” parameter ⁇ for each value of ⁇ , by subtracting the two stored files then converting decibels to linear unit and extracting the square root of the result.
  • FIG. 1 there is shown a short optical pulse measurement system of the prior art to extract the time form and phase of the modulated pulses and to determine the "chirp".
  • This system therefore comprises the source of light pulses on the one hand and the analysis system on the other hand.
  • the generation of light pulses is obtained by using a radiofrequency generator 1 connected to the light source 2.
  • the latter can for example be a semiconductor laser directly modulated by the generator or any other type of pulsed light source to be tested.
  • This pulse source 2 is connected to an electro-optic modulator 3 of the Mach-Zehnder type which is part of the measurement system.
  • This modulator is also controlled by the electrical signal supplied by the radiofrequency generator 1, but the frequency of which is divided by two by a frequency divider 4.
  • a delay line 5 placed downstream of the frequency divider 4 makes it possible to adjust the phase of the radio frequency signal between the optical pulse generator and the modulator.
  • the modulator 3 is set to a fixed operating point corresponding to a minimum of its electro-optical transfer curve.
  • a tunable spectral filter 6 performs the spectral analysis of the modulation lines produced by the optical source.
  • the spectrum of the source presents an envelope containing a certain number of lines.
  • the difference between the lines (inter-lines) corresponds to the modulation frequency of the radio frequency generator 1.
  • Each line is then split by the electro-optical modulator controlled by a frequency half. In this way, each line can interfere with its direct neighbor.
  • the variable delay line can thus vary the amplitude of the inter-line interference signal.
  • the photoreceptor 7 detects these variations in light energy for each line and the acquisition system can extract the relative phase for each line. By inverse Fourier transform, this gives access to the shape of the light pulses produced as well as to the time phase variation.
  • the modulators shown in Figure 2 are two examples of prior art Mach-Zehnder type modulators.
  • the modulator 2. (a) in top view and 2. (b) in sectional view of Figure 2 corresponds to a modulator structure which may have a zero chirp and the modulator 2. (c) in top view and 2 (b) in section view of Figure 2 corresponds to a structure which may have a reduced "chirp".
  • These two examples of modulators are manufactured industrially and have different "chirp" parameters. These modulators are produced on a lithium niobate crystal.
  • the first configuration 2. (a), 2, (b) is obtained with a crystal 9 in section X and the second configuration 2. (c), 2. (d) with a crystal 10 in section Z.
  • Such modulators have mainly a Mach-Zehnder type optical circuit produced from optical waveguides 11 scattered in the substrate.
  • the optical circuit consists of a straight input section 12, a straight output section 13 connected to the respective ends of the two arms 14 of the interferometer by couplers 15 in Y.
  • the modulators also include a set of coplanar line type electrodes 16. These electrodes have a central line 17 and two lateral ground planes 18.
  • the major difference between section X and section Z is shown in section in FIGS. 2. (b) and 2. (d ). Indeed, in the case of cutting X shown in Figure 2.
  • Part (b) of Figure 3 represents the spectrum of a modulated optical signal in the case of a maximum transmission of the modulator and part (a) of this same Figure, the corresponding transfer curve.
  • Part (d) of Figure 3 represents the spectrum of an optical signal modulated in the case of a minimum transmission of the modulator and part (c) of this same Figure, the corresponding transfer curve.
  • Figure 3. (a) shows the principle of small signal modulation and 3. (b) the spectral decomposition of the resulting optical signal.
  • the variation in transmitted light intensity 20 has a period half that of the signal incident, which corresponds to a double frequency 2f.
  • FIG 3. we observe a peak (or line, the two terms being equivalent) 21 centered on the pulsation ⁇ 0 , and of optical power Eo 2 , corresponding to the emission wavelength of the source of monochromatic light, and two lateral lines 22 and 23 of modulation centered respectively on the pulses ⁇ o- ⁇ and ⁇ o + ⁇ and of optical power Eo 2 . KB 2 . ⁇ 2/4.
  • Figure 4 describes the entire “chirp” measurement system of a Mach-Zehnder modulator under test.
  • the assembly comprises a monochromatic source 27 connected for example by means of an optical fiber 28 to the modulator 29 under test.
  • the latter is supplied by a hyper-frequency generator 30, the frequency sweep of which is controlled by the central control and calculation system 31 which performs, according to a program, the control of the various devices and the analysis and processing of the data collected. during measurements and from the devices.
  • the modulator is also connected to a source 32 of direct voltage VB, intended to switch the modulator, on command of the control and calculation means 31, and in particular to pass from a phase shift ⁇ equal to zero to a phase shift equal to - ⁇ radians for example (+ ⁇ radians may also be suitable).
  • the modulator has an optical output which, in a preferred mode of implementation, is connected by optical fiber 33 to a detection subsystem 34 having a feedback electronics making it possible to control the operating point of the modulator during the duration of each measurement via the DC voltage source 32. In a simplified version of implementation, no feedback is applied to control the operating point of the modulator.
  • the output of the modulator is connected to a tunable filter 35 constituted for example, either by a diffraction grating of angle adjustable by external control, or by a Fabry-Pérot interferometer of which a mirror can be mobile and controlled externally.
  • the filter 35 can be any other type of tunable spectral filter of sufficiently high resolution to transmit only the line or lines which are to be measured.
  • the transmission of the filter 35 on a lateral modulation line is controlled by the control system 31 synchronously with the frequency scanning of the generator 30.
  • a quadratic photo-detector 36 measures the variations in optical power of the line transmitted for each value of the frequency delivered by the generator 30.
  • the control and calculation means 31 is preferably a programmable computer means and for example a computer with a program.
  • the means 31 can also be an electronic card with digital signal processor (DSP) and / or microprocessor.
  • Figure 5 gives an example of a flow diagram of the different sequences required to perform a measurement complete. In the case of a frequency sweep, the steps are referenced by:
  • spectral filter performs a wavelength increment scan of its transmission function on a lateral peak 22 and / or 23 of modulation resulting from the spectral analysis of the signal 20 transmitted by the modulator 29 under test; - 42 where the control system 31 controls the frequency sweep of the microwave generator 30 on the wavelength sweep of the tunable filter 35;
  • the DC voltage VB supplied by the low voltage source 32 is adjusted for operation on a minimum of the transfer function 18, corresponding to a static phase shift from to - ⁇ radians (for example) between the arms of the interferometer under test 29;
  • the spectral filter performs a wavelength incremental scan of its transmission function on a peak lateral 25 and / or 26 of modulation resulting from the spectral analysis of the signal 20 transmitted by the modulator 29 under test;
  • control system 31 controls the frequency sweep of the microwave generator 30 on the wavelength sweep of the tunable filter 35;
  • the two frequency scanning sequences are terminated and the control and calculation means 31 performs by calculation the extraction of the “chirp” factor a for each value of the modulation frequency.
  • the frequency scanning steps are omitted.
  • the repetition of measurements can be carried out and statistical calculations carried out in order to reduce the variability of the results.
  • the monochromatic source is of variable frequency and the “chirp” is also determined as a function of this.
  • the measurement system therefore preferably comprises a monochromatic source 27, an adjustable microwave generator 30 and allowing scanning in frequency or adjustable on a fixed frequency, an adjustable continuous low voltage supply 32, a possible means of controlling the operating point of the modulator.
  • a tunable optical spectral filter 35 or adjustable on a fixed or non-fixed optical line under test 34, a tunable optical spectral filter 35 or adjustable on a fixed or non-fixed optical line, a quadratic photodetector for measuring optical power 36, a control and calculation system 31 for control, analysis and processing.
  • the invention can be implemented both with a single dedicated device comprising the means necessary for determining the chirp, and with independent devices but under the control of a means of control and calculation.
  • the measurement is therefore preferably carried out according to the following steps: Adjustment of the modulator 29 under test to a maximum of its electro-optical transfer function 18. Generation of a harmonic signal 19 of variable frequency. Application of this signal to the modulator under test 29. Measurement, through a tunable optical spectral filter 35, of the optical power present on the lateral modulation lines 22 and / or 23 for each value of the applied frequency. Adjustment of modulator 29 under test to a minimum of its electro-optical transfer function 18. Generation of a harmonic signal of variable frequency. Application of this signal on the modulator under test 29. Measurement, through a tunable optical spectral filter 35, of the optical power present on the lateral modulation lines 25 and / or 26 for each value of the applied frequency. Extraction of the “chirp” parameter ⁇ from the measurements made by frequency sweeping for each of the two operating points.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif et procédé de détermination du 'chirp' d'un modulateur électro-optique interféromètrique de type Mach-Zahnder par analyse spectrale optique, un signal optique de fréquence ?0 étant modulé par un signal électrique comportant une composante périodique de fréquence prédéterminée 0 et une composante continue de polarisation, le 'chirp' pondérant l'amplitude des raies optiques latérales de modulation décalées en fréquence de ?0? par rapport à ?0. Le dispositif comporte un moyen de mesure optique d'une des raies latérales et un moyen de commande et de calcul permettant, d'envoyer une composante continue telle que la différence de phase optique ? entre les deux bras est sensiblement nulle et, d'envoyer une composante continue telle que la différence de phase optique ? est sensiblement égale à p, le moyen de calcul permettant de calculer le rapport de la mesure à I?? = p sur la mesure à ? = 0, pour déterminer le 'chirp'.

Description

Dispositif et procédé de détermination du « chirp » d'un modulateur électro-optique du type Mach-Zehnder.
L'invention concerne un dispositif ainsi qu'un procédé de détermination du « chirp » d'un modulateur électrooptique. Elle a des applications dans le domaine industriel et de la recherche où des composants optiques et plus particulièrement des modulateurs de type Mach-Zehnder doivent être caractérisés par leurs paramètres de fonctionnement dont le « chirp » . Ces modulateurs sont plus spécifiquement employés dans des applications de télécommunication par fibre optique.
Les systèmes de télécommunications optiques à hauts débits par fibre optique font appel à des modulateurs optiques externes reliés à une source laser monochromatique. Ces modulateurs peuvent être de deux types. D'une part les modulateurs à base de semiconducteurs tels que le phosphure d'indium dans lesquels la modulation de la lumière est obtenue par injection de porteurs dans une jonction: on parle de modulateurs électroabsorbants. L'autre catégorie de modulateurs est basée sur les interféromètres de type Mach-Zehnder pouvant être intégrés dans des blocs de matériaux électro-optiques. Cette dernière propriété est caractérisée par le fait que l'indice de réfraction du matériau varie avec la tension électrique appliquée aux bornes d'électrodes disposées de part et d'autre d'un ou deux guides d'ondes optiques formant les bras d'un interféromètre. Les matériaux électro-optiques les plus employés pour réaliser des modulateurs Mach-Zehnder pour les télécommunications optiques sont le niobate de lithium, le phosphure d'indium, l'arséniure de gallium, et certains polymères orientables.
L'intérêt majeur du modulateur Mach-Zehnder par rapport au modulateur par électro-absorption repose sur le fait que la modulation de phase parasite associée à la modulation d'intensité lumineuse recherchée, propriété physique appelée « chirp », peut être très faible voire nulle dans certaines conditions, ce qui n'est pas le cas des modulateurs électro-absorbants. Ceci est un grand avantage car une modulation optique exempte de « chirp » présente une grande robustesse pour la propagation d'impulsions dans les milieux dispersifs que constituent les fibres optiques à cœur de silice classiquement utilisées dans les réseaux de télécommunications actuels.
On rappelle succinctement ici en quoi consiste un modulateur de Mach-Zehnder. Dans le cas du cristal de niobate de lithium , on peut réaliser deux grands types de modulateurs Mach-Zehnder par intégration dans un tel substrat. Le premier grand type correspond à un cristal en coupe X et le second à celui d'un cristal en coupe Z. Ces deux types correspondent aux dispositifs de modulateurs large bande les plus fréquemment rencontrés avec ce type de matériau. Ces composants comportent à leur surface une structure de guides d'ondes optiques obtenus par diffusion métallique et reproduisant le circuit d'un interféromètre de Mach-Zehnder. Les modulateurs comportent également des électrodes coplanaires micro-ondes comprenant une ligne, centrale étroite et porteuse du signal électrique, et deux plans de masse latéraux.
Dans le cas de la coupe X, les guides optiques sont centrés de part et d'autre de la ligne centrale, sensiblement à mi-distance de cette dernière et de chaque plan de masse latéral. Dans cette configuration le champ électrique induit dans le cristal est de signe opposé dans chacun des bras, ce qui permet de doubler l'efficacité de modulation lorsque les ondes sont recombinées. On parle de mode de fonctionnement en mode push-pull. En principe dans ce cas, compte tenu de la symétrie de la configuration, l'amplitude de variation de phase dans chacun des bras est la même. Après recombinaison, on peut montrer qu'en théorie, il en résulte une modulation d'amplitude de la lumière sans modulation de phase résiduelle associée. Le composant en coupe X est dit à faible « chirp » ou bien encore à « chirp » nul.
Dans le cas de la coupe Z, la ligne centrale est centrée sur l'un de bras de l'interféromètre tandis que l'autre bras est positionné au bord de l'un des plans de masse latéraux. Dans cette configuration, une dissymétrie intervient et l'efficacité de modulation n'est pas la même dans chacun des bras, notamment du fait de la différence de recouvrement entre les champs lumineux guidés et le champ électrique interagissant. Ainsi, dans ce dernier cas, la modulation d'amplitude est associée à une modulation de phase résiduelle. Ce composant est dit à « chirp » non nul. Une variante de ce type de modulateur existe qui permet de contrôler le « chirp » résultant à l'aide d'un double jeu d'électrodes disposées sur chacun des bras. Si les électrodes sont alimentées par des amplificateurs à gain variable cela permet d'ajuster très finement la valeur du « chirp » global.
Pour tous les exemples donnés précédemment, il est souhaitable de disposer d'un moyen de mesure de ce rapport entre la modulation de phase résiduelle parasite et la pure modulation d'amplitude et que l'on caractérise par le « chirp » . En outre, l'intérêt de réaliser une mesure pour toute la gamme de fréquence de fonctionnement du modulateur vient du fait que le « chirp » est essentiellement lié au recouvrement entre la répartition spatiale du champ optique et celle du champ électrique micro-onde. Or la répartition spatiale de ce dernier peut varier en fonction de la fréquence de modulation, pouvant provoquer une modification du recouvrement entraînant celle de la valeur du « chirp ». On rappelle maintenant succinctement l'origine du
« chirp » dans un modulateur Mach-Zehnder sur lequel est appliqué un signal électrique V(t) dépendant du temps. La modulation de phase résiduelle, ou « chirp », provient essentiellement de la différence entre les taux de recouvrement η traduisant l'interaction du champ électrique appliqué aux électrodes et du champ lumineux traversant chacun des bras. Notamment, dans le cas de la coupe Z, comme cela est indiqué plus haut, la configuration déséquilibrée entre le bras supportant la ligne centrale et le bras recouvert par le bord du plan de masse induit un paramètre de « chirp » qui peut être significatif.
On montre ainsi que la modulation d'intensité produite à la sortie d'un Mach-Zehnder s'exprime par
S= E^ co^ f π V(t))
2 V, π J d) où E0 est l'amplitude de la source optique incidente et Vπ la tension demi-onde du modulateur. La tension demi-onde est une caractéristique du modulateur et correspond à la tension électrique nécessaire pour faire passer la transmission du modulateur d'un minimum vers un maximum. Ceci correspond à une variation de différence de phase entre les bras du Mach-Zehnder égale à π radians. Par définition, le « chirp » est généralement défini comme le rapport normalisé reliant la variation de phase et la variation d'intensité produites par le modulateur:
(δφ/ δt) α = (l/ 2S)(δS/ δt) (2)
La variation d'intensité qui s'exprime par l'équation (1 ) peut être perçue par un photo-détecteur quadratique et ne fait pas intervenir de terme de phase. Il est donc nécessaire d'exprimer d'abord l'amplitude produite à la sortie du modulateur et non directement son intensité. Pour y parvenir et ainsi relier le paramètre α, dit paramètre de « chirp » aux caractéristiques du modulateur Mach-Zehnder, on exprime d'abord la variation de phase cumulée par effet électrooptique sur le premier bras du modulateur par: π 3 $. , φ1 = _nJr η1 :-V2 λ (3) g
et sur le deuxième bras par
Dans ces relations n représente l'indice du matériau, r son coefficient électro-optique, λ la longueur d'onde de travail, l la longueur des électrodes , g la distance inter électrodes. Vz est la tension appliquée. Enfin, η est un coefficient compris entre zéro et un, qui résulte du calcul de l'intégrale de recouvrement normalisée entre la répartition spatiale du champ lumineux dans le guide et celle du champ électrique appliqué, celui-ci ci ne présentant pas une répartition uniforme dans l'espace entre les bords d'électrodes coplanaires.
On peut montrer que dans le cas d'un fonctionnement présentant une différence entre les recouvrements des champs dans chacun des guides ( ηi et η2), pour un modulateur en fonctionnement dans la région linéaire, c'est à dire avec un déphasage statique de -π/2 entre les bras, le chirp est ramené à l'expression suivante:
^ = ^ - (5) η2 +ητ
Des systèmes de mesure de « chirp » sont déjà connus et on rappelle comme exemple, le système de mesure du profil temporel et de la phase (« chirp ») d'impulsions de courte durée qui a fait l'objet d'une demande de brevet FR2.774.762 sous le titre : « Procédé et dispositif pour mesurer le spectre complexe (amplitude et phase) d'impulsions optiques ». Ce système permet de mesurer des impulsions émises par une source optique à une fréquence donnée. Le principe de ce dispositif est basé sur une surmodulation par un modulateur Mach-Zehnder des impulsions produites par une source optique impulsionnelle. Le modulateur utilisé dans le dispositif est ajusté sur un point de fonctionnement correspondant à un déphasage de π radians et piloté par une fréquence moitié de la fréquence d'émissions des impulsions. Une ligne à retard variable est introduite entre le générateur hyperfréquence pilotant la source lumineuse et le modulateur qui est précédé d'un diviseur de fréquence. La détection et le traitement se font à l'aide d'un analyseur de spectre optique. Il s'agit pour accéder à la phase et au profil des impulsions de mesurer les variations de l'amplitude de chaque pic ou raie du spectre optique mesuré en fonction de la phase introduite par la ligne à retard micro-onde. Une transformée de Fourier permet de retracer le profil temporel et la variation de phase (ou fréquence) instantanée en fonction du temps, c'est à dire le « chirp ». Ce système peut se prêter à la caractérisation d'impulsions ou de signaux produits par des modulateurs Mach-Zehnder en test, mais le principe d'acquisition des données ne permet pas une détermination du « chirp » à toutes les fréquences ou, seulement, au prix d'un temps de mesure très long et impliquant la disponibilité de composants (diviseurs de fréquence) et d'instruments de mesures (analyseur de spectre optique) spécifiques et relativement coûteux afin de permettre l'exploration depuis quelques MHz jusqu'à des fréquences de l'ordre de 50 GHz. Un dispositif de mesure du chirp de modulateurs de
Mach-Zehnder est souhaitable dans la chaîne de caractérisation d'un concepteur ou fabricant de composants pour quantifier la valeur de ce paramètre. Un tel dispositif présente un intérêt encore supérieur s'il lui est possible de réaliser une mesure de la dispersion en fréquence de la valeur du « chirp » . Le but de l'invention est donc de proposer un tel dispositif, qui, de plus, soit plus simple matériellement et à l'emploi que les dispositifs de l'état de la technique. On propose donc un dispositif simplifié conçu pour la caractérisation du « chirp » de modulateurs Mach-Zehnder en test et pouvant fonctionner à toutes les fréquences de modulation accessibles par ce dernier.
L'invention concerne donc un dispositif de détermination du « chirp » d'un modulateur électro-optique interféromètrique de type Mach-Zehnder à deux bras par analyse spectrale optique d'un signal optique modulé, un signal optique de fréquence prédéterminée ω0 produit par une source optique étant modulé en signal optique modulé dans le modulateur par un signal électrique de modulation produit par au moins un moyen de génération de signal électrique, ledit signal électrique comportant une composante périodique de fréquence prédéterminée Ω et une composante continue de polarisation, le « chirp » pondérant l'amplitude des raies optiques latérales de modulation décalées en fréquence de |Ω| par rapport à ωo.
Selon l'invention, le dispositif comporte au moins un moyen de mesure optique d'au moins une des raies latérales et un moyen de commande et de calcul permettant, dans une première étape de mesure, d'envoyer une composante continue telle que la différence de phase optique φ entre les deux bras soit sensiblement nulle et, dans une seconde étape de mesure, d'envoyer une composante continue telle que la différence de phase optique φ en valeur absolue entre les deux bras soit sensiblement égale à π, le moyen de calcul permettant au moins de calculer pour une fréquence de raie optique latérale donnée le rapport de la mesure à |φ|=π sur la mesure à φ=0, ledit rapport permettant de déterminer le « chirp » . Dans divers modes de mise en œuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être combinés selon toutes les possibilités techniquement envisageables, sont employés :
- le moyen de mesure optique permet en outre de mesurer le signal optique modulé de fréquence ω0 et en ce que, en outre, le moyen de commande et de calcul dans la première étape permet d'ajuster la composante continue pour que ledit signal optique modulé soit maximal et, dans la seconde étape, permet d'ajuster la composante continue pour que ledit signal optique modulé soit minimal,
- la première étape et la seconde étape sont inversées,
- le moyen de mesure optique comporte un détecteur quadratique mesurant la puissance optique, le rapport correspondant alors au carré du « chirp », - la valeur du « chirp » est déterminée par calcul de la racine carrée du rapport dans le cas d'un détecteur quadratique,
- le moyen de mesure optique comporte un système pouvant mesurer l'amplitude optique, le rapport correspondant alors au « chirp », - le calcul du rapport est effectué avec les raies latérales de fréquence ωo-Ω,
- le calcul du rapport est effectué avec les raies latérales de fréquence ωo+Ω,
- une moyenne est réalisé avec les rapports des raies latérales aux fréquences ωo-Ω et ω0+Ω,
- le moyen de commande et de calcul permet de faire varier la composante périodique entre une fréquence basse Ω et une fréquence haute Ωh , des mesures et calculs étant effectués pour chacune desdites fréquences entre Ω et Ωh, - la composante périodique est sinusoïdale,
- la variation est continue,
- la variation est discrète,
- le moyen de commande et de calcul permet de déterminer le « chirp » pour chacune des fréquences de la composante périodique variable en fréquence, - la source optique est réglable en fréquence,
- le réglage est continu ,
- le réglage est discret,
- le moyen de commande et de calcul permet de déterminer le « chirp » pour chacune des fréquences de la source optique réglable,
- le moyen de commande et de calcul permet de déterminer le « chirp » pour chacune des fréquences de la composante périodique variable en fréquence et pour chacune des fréquences de la source optique réglable,
- le moyen de commande et de calcul permet de déterminer une moyenne de « chirp » à partir d'un ensemble de mesures et calculs,
- la composante périodique a une amplitude crête à crête inférieure à la tension demi-onde Vπ du modulateur, et, de préférence inférieure ou égale à 60% de Vπ,
- le modulateur électro-optique interféromètrique à deux bras est du type Mach-Zehnder,
- le moyen de commande et de calcul est un moyen informatique programmable, notamment un micro-ordinateur, un générateur de signal hyperfréquence produisant la composante périodique, un générateur de tension commandé produisant composante continue,
- les mesures et/ou résultats de calculs sont stockés, - les mesures et/ou résultats de calculs sont stockés dans un fichier,
- les mesures et/ou résultats de calculs sont stockés en mémoire vive,
- le « chirp » est déterminé sous forme d'une courbe graphique,
- le « chirp » est déterminé sous forme d'un ensemble de données numériques dans un fichier,
- le moyen de commande et de calcul comporte au moins une interface pour entrée de paramètres de fonctionnement et une sortie pour suivi et récupération des résultats de détermination de « chirp »,
- le moyen de mesure optique comporte un filtre monochromatique passe bande centré sur la fréquence d'une raie latérale, la détermination se faisant pour une fréquence donnée de la source et une fréquence donnée de la composante périodique,
- le moyen de mesure optique comporte un spectromètre,
- le spectromètre comporte un réseau de diffraction orientable commandé,
- le spectromètre comporte un interféromètre de Fabry-Pérot dont un des miroirs est mobile et commandé.
On comprend que les valeurs d'angle pour le déphasage comprennent également des multiples entiers puisque la fonction de transfert du modulateur est périodique.
L'invention concerne également un procédé de détermination du « chirp » d'un modulateur électro-optique interféromètrique de type Mach-Zehnder à deux bras par analyse spectrale optique d'un signal optique modulé, un signal optique de fréquence prédéterminée ω0 produit par une source optique étant modulé en signal optique modulé dans le modulateur par un signal électrique de modulation produit par au moins un moyen de génération de signal électrique, ledit signal électrique comportant une composante périodique de fréquence prédéterminée Ω et une composante continue de polarisation, le « chirp » pondérant l'amplitude des raies optiques latérales de modulation décalées en fréquence de |Ω| par rapport à ω0.
Selon le procédé, on met en œuvre au moins un moyen de mesure optique d'au moins une des raies latérales et un moyen de commande et de calcul, et, dans une première étape de mesure, on envoie une composante continue telle que la différence de phase optique φ entre les deux bras soit sensiblement nulle, et, dans une seconde étape de mesure, on envoie une composante continue telle que la différence de phase optique φ en valeur absolue entre les deux bras soit sensiblement égale à π, et, on effectue avec le moyen de calcul, pour une fréquence de raie optique latérale donnée, le rapport de la mesure à |φ|=π sur la mesure à φ=0 , ledit rapport permettant de déterminer le « chirp » .
Dans diverses variantes du procédé, les moyens suivants pouvant être combinés sont également employés :
- on utilise une composante périodique qui a une amplitude crête à crête inférieure à la tension demi-onde Vπ du modulateur, et, de préférence inférieure ou égale à 60% de Vπ, - on fait varier la composante périodique entre une fréquence basse Ωb et une fréquence haute Ωh grâce au moyen de commande et de calcul, et l'on fait des mesures et calculs pour chacune desdites fréquences entre Ωb et Ωh,
- on détermine le « chirp » pour chacune des fréquences de la composante périodique variable en fréquence sous forme d'une courbe d'un ensemble de mesures et calculs,
- on répète les mesures et/ou calculs et on effectue une moyenne afin de réduire la variabilité.
Parmi les avantages du dispositif de mesure et du procédé qui lui est associé on peut citer le fait qu'il permet la mesure de la valeur absolue du « chirp » de modulateurs optiques de type Mach-Zehnder. Le dispositif et la mise en œuvre sont simplifiés car spécifiquement dédiés et de coût moindre en matériel et à l'utilisation. Le système s'applique à tous les type de modulateurs Mach-Zehnder, quels que soient les matériaux substrat utilisés pour l'intégration: arséniure de gallium, niobate de lithium, polymère... De plus, la mesure est auto calibrée puisqu'elle se fait par calcul du rapport entre deux mesures successives pour chaque fréquence. Elle ne dépend donc ni de la puissance micro-onde appliquée ni de la puissance optique de la source et il suffit que la mesure se fasse en petits signaux.
L'invention permet une analyse sur toute la gamme de fréquence de fonctionnement du modulateur et non à une ou deux fréquences prédéterminées. Cependant, l'invention peut être mise en œuvre à une fréquence fixe et prédéterminée, ce qui permet une mesure rapide par rapport aux systèmes existants et permet le recours à un dispositif encore plus simplifié et de coût encore plus réduit, avec un oscillateur fixe comme source hyperfréquence et un filtre optique préréglé sur une raie latérale en sortie. Il n'y a pas besoin de ligne à retard contrairement aux systèmes antérieurs. Le dispositif de l'invention peut être intégré dans un seul instrument sur lequel se connecte le modulateur à tester. Le choix d'un filtre spectral à haute résolution permet de réaliser la mesure à des fréquences basses. Un traitement statistique des données peut en outre permettre d'atteindre un rapport signal sur bruit élevé. La mesure est rapide car deux balayages en fréquence ou deux acquisitions à fréquence fixe suffisent pour créer deux fichiers de mesures qui permettent d'effectuer des calculs pour détermination du « chirp ». Egalement simplicité des traitements et des calculs sur les données par soustraction de deux fichiers exprimés en décibels. Dans une alternative ou en combinaison , les mesures sont utilisées immédiatement pour les traitements et calculs et ce sont des données de « chirp » qui sont stockées dans un ou des fichiers. Enfin, le dispositif de l'invention ainsi que le procédé peuvent également directement ou en association avec d'autres éléments ou programmes permettre des déterminations d'autres paramètres que seulement le « chirp » et, par exemple, la bande passante, la courbe de réponse, la fonction de transfert...
La présente invention va maintenant être explicitée par la description d'exemples de mise en œuvre en relation avec : La Figure 1 qui représente un système de mesure d u chirp selon l'art antérieur,
La Figure 2 qui représente des exemples de modulateurs de type Mach-Zehnder vus de dessus et en coupe, La Figure 3 qui représente le résultat de l'analyse spectrale d'un signal optique modulé par un modulateur de type Mach-Zehnder pour un maximum et un minimum de transmission, La Figure 4 qui représente un exemple de dispositif de détermination du « chirp » selon l'invention ,
La Figure 5 qui représente un exemple d'enchaînement des étapes du procédé de détermination du « chirp » selon l'invention.
Avant de détailler les Figures on donne ici une description détaillée du principe à la base de l'invention. Pour décrire ce principe, on procède en exprimant l'ensemble des raies spectrales présentes dans l'amplitude du champ lumineux transmis par le modulateur, ceci par décomposition des différents termes de Fourier. Il faut d'abord écrire l'expression de l'amplitude et de la phase en sortie des deux bras de l'interféromètre de Mach-Zehnder. Après recombinaison des ondes, l'amplitude est exprimée dans le cas d'un signal harmonique, c'est à dire que le modulateur est piloté par un signal électrique appliqué à la pulsation Ω. Ceci donne pour l'amplitude du champ transmis par les deux bras de l'interféromètre de Mach-Zehnder éclairé par un champ lumineux incident d'amplitude E0:
B(t) = avec K0 = -~Vr -V2 (7)
Le terme de phase φ est une différence de phase statique entre les bras qui peut être appliquée à l'aide d'une tension continue, soit directement sur les électrodes actives du Mach-Zehnder, soit sur un jeu d'électrodes supplémentaire placé en série des électrodes dites actives. On peut alors effectuer un changement de variables de la manière suivante pour exprimer les coefficients de recouvrements η-i et η2:
ηι = η0 - β
(8) η2 = η0 + β
ce qui conduit inversement à:
η0 = (η2 + η1)/ 2 β = (η2 -ηι)/ 2 (9)
L'équation (6) peut alors prendre une nouvelle forme permettant de séparer la modulation de phase de la modulation d'amplitude:
E( ) = -^-e^e^0 cosΩt e 0^ cosΩt + e~Jη°κ° cosΩHΦ m
On constate ainsi que tout écart de l'efficacité de modulation entre les bras produit un terme de pure modulation de phase, ici en facteur dans l'équation (10) devant ce qui correspond à la partie modulation d'amplitude proprement dite placée entre crochets. L'objectif de la mesure va consister à accéder séparément à ηo et à β.
On peut également prendre en compte une forme plus développée de l'équation (6):
Eft) = I . eiω0t U(ηo +P)κo cosΩt + é~foo -β) o cosΩt-jφ
et, pour simplifier, se placer dans l'hypothèse de petits signaux, c'est à dire que le produit ηoK0 est supposé petit devant π. Il suffit pour cela d'appliquer une tension électrique pic à pic de faible amplitude par rapport à la tension demi- onde du modulateur (V(t)<<Vπ). On décompose alors la relation (1 1 ) en série au premier ordre (Dans l'hypothèse de signaux de plus grande amplitude, la décomposition en série de Fourier ne se limite pas au premier ordre et fait alors appel à des coefficients basés sur les fonctions de Bessel). On examine dans l'hypothèse de petits signaux chacun des cas suivants :
- 1 er cas : φ=0 (ou 2kπ avec k=...-2, -1 , 0, 1 , 2...) Dans ce cas, le signal est appliqué autour d'un des maxima de transmission de la courbe de transfert du modulateur reliant l'intensité lumineuse transmise à la tension appliquée aux électrodes. Cette fonction de transfert, résultant des interférences constructives ou destructives en sortie des bras de l'interféromètre, est de forme sinusoïdale. L'amplitude du champ s'exprime alors selon la relation suivante:
^t) = &- ejωot [2 + j2βK0 cosΩt]
soit également:
L'analyse spectrale de ce champ fournit 3 termes. En intensité lumineuse, le premier terme, de puissance E0 2, est centré en ω0, pulsation optique du laser source, les deux suivants de puissance optique (E0 /70K0/2)2 sont centrés en ωo- Ω et en ω0+Ω.
- 2ème cas : φ=π (ou 2(k+1 )π avec k=...-2, -1 , 0, 1 , 2...) Dans ce cas le signal est appliqué autour d'un des minima de transmission de la courbe de transfert du modulateur reliant l'intensité lumineuse transmise à la tension appliquée aux électrodes.
^t) = ^-ejωot|2η0K0 cosΩt] soit également: E(t) = ^η0 κne J + Ω)t j _ j(ω0 - Ω)t κne-
L'analyse spectrale de ce champ fournit dans ce cas 2 termes d'intensité (E0 centrés en ωo-Ω et en ωo+Ω.
D'après ces expressions, la décomposition du signal permet ainsi par analyse spectrale de mesurer l'amplitude des raies latérales de modulation et d'accéder à 770 et β. Elle permet par conséquent d'en extraire la valeur du paramètre de « chirp » α. Il suffit pour cela d'utiliser un analyseur de spectre optique ou tout système de décomposition spectrale de la lumière pour remonter à ce paramètre de « chirp ».
La répartition spectrale de puissance optique montre les différentes raies de modulation latérales en fonction du cas d'écart de phase statique φ considéré. Ainsi, on réalise l'analyse spectrale du signai dans chacun des cas, en relevant avec un photo-détecteur quadratique la valeur du niveau de puissance optique des pics latéraux dans chacun des cas, c'est à dire P(ωo-Ω, φ=0) et P(ω0-Ω, φ=π) et on calcule le rapport suivant:
Ce rapport est égal au carré du « chirp » (Ω). En effectuant cette mesure pour toute valeur de fréquence f=Ω/2π, on accède ainsi à la dispersion en fréquence de la valeur du « chirp » du modulateur. On comprend bien que ce qui a été expliqué pour ωo-Ω peut être appliqué à ωo+Ω isolément ou, encore, en combinaison comme dans le cas où l'on effectue une moyenne de deux résultats (ou des mesures) à ωo-Ω et ωo+Ω.
Ainsi, le principe du système de mesure est le suivant : Le système comprend une source optique, de préférence de type laser monochromatique. Cette source est reliée à l'entrée optique du composant à tester. L'ensemble d u dispositif de mesure peut être commandé par un système unique de contrôle d'analyse et de traitement qui pilote chaque sous-système, ordonne les différentes phases de mesure, récupère les données et effectue les traitements. Ce système peut être l'opérateur de l'appareil lui-même ou bien peut être de préférence un système automatisé. Le composant à tester est piloté par un générateur de signal hyperfréquence produisant un signal électrique de modulation de tension crête à crête fixe. L'amplitude de modulation doit être faible devant la tension demi-onde Vπ. La condition de modulation en petit signal peut être obtenue en choisissant arbitrairement une tension crête à crête inférieure ou égale à par exemple 60% de la valeur de la tension demi onde Vπ.
La fréquence fournie par le générateur hyperfréquence peut varier pour chaque point de mesure depuis une fréquence minimum jusqu'à la fréquence maximum de fonctionnement du modulateur. Ce balayage est contrôlé par les moyens de commande et de calcul. Deux balayages successifs correspondant à chacun des cas de. figure décrits précédemment sont nécessaires pour effectuer une mesure complète. Pour se placer dans chacun des réglages de phase statique, une source de tension continue est reliée aux électrodes du modulateur. Il s'agit soit d'un jeu séparé d'électrodes, soit des électrodes hyperfréquence elles- mêmes. On utilisera dans ce dernier cas un Té de polarisation.
Pour un premier balayage en fréquence, la source de tension continue permet d'appliquer une tension telle que les deux bras du modulateur sont en phase à k2π près. De cette façon la modulation va s'opérer sur un point de fonctionnement correspondant à un maximum de transmission de la fonction de transfert du modulateur. Pour le deuxième balayage en fréquence, la source de tension continue permet d'appliquer une tension telle que les deux bras du modulateur sont en opposition de phase à k2π près, soit une tension égale à Vπ par rapport à la première situation. De cette façon la modulation va s'opérer sur un point de fonctionnement correspondant à un minimum de transmission de la fonction de transfert d u modulateur.
La sortie optique du modulateur sous test est reliée à deux sous-systèmes de mesure. Le premier sous système peut être omis mais il sera utilisé de préférence pour garantir la stabilité et la fiabilité de la mesure. Il permet, grâce à une photo-détection et un contrôle électronique adapté bouclé sur la source de tension continue, d'asservir le point de fonctionnement du modulateur. Cet asservissement est effectué successivement sur un maximum de transmission pendant le premier balayage puis sur un minimum de transmission pendant le deuxième balayage en fréquence. L'ordre de basculement d'une tension vers la deuxième est commandé, entre deux balayages en fréquence successifs, par le système de contrôle central.
Le deuxième sous-système de mesure est un discriminateur de fréquences optiques. Ce discriminateur peut être un analyseur de spectre optique à base d'un réseau de diffraction orientable, ou bien un filtre spectral accordable tel qu'un interféromètre de Fabry-Pérot dont un des miroirs est mobile et muni d'un actionneur commandé.
On prendra en compte dans le choix du discriminateur les performances de ce dernier. Un système à base de réseau de diffraction présente une grande sensibilité en photo- détection , donc un rapport signal sur bruit élevé. Cependant, il permet une résolution limitée typiquement à 2,5GHz en fréquence pour les systèmes les plus performants. Ceci définit dans ce cas la fréquence basse limite.
Les systèmes à base d'interféromètre de Fabry-pérot descendent plus bas en fréquence: typiquement quelques centaines de MHz pour un intervalle spectral libre d'une dizaine de GHz. Ils permettent donc une exploration plus étendue en fréquence. Par contre la sensibilité en photodétection est moindre et le rapport signal sur bruit moins élevé que dans le premier cas. La largeur de raie de la source doit donc être choisie en conséquence pour ne pas limiter les performances du discriminateur en fréquence optique choisi.
Dans chacun des cas, un photo-détecteur quad ratique permet de mesurer la puissance optique présente dans l'une des raies latérales de modulation. Le système de contrôle a pour rôle de positionner en permanence le discriminateur de fréquence sur une position correspondant à la raie latérale de modulation produite par la fréquence émise par le générateur hyperfréquence. La description qui suit porte sur le cas d'un balayage en fréquence pour une mesure de la dispersion du « chirp ». Il est évidemment possible d'effectuer également la mesure sur une fréquence unique et prédéterminée.
La mesure peut s'effectuer selon la séquence suivante. - Le système de contrôle bascule une première fois la source de tension continue de manière à placer le point de fonctionnement sur un maximum de transmission de la courbe de transfert du modulateur. Pendant toute cette première phase, le sous-système de contrôle et d'asservissement va maintenir le modulateur sur ce point de fonctionnement.
- Le système de contrôle fait alors effectuer un balayage en fréquence f=Ω/2π de la tension harmonique appliquée au modulateur sous test par le générateur hyperfréquence. Ce dernier est réglé préalablement sur une amplitude crête à crête fixe d'amplitude petite devant la tension demi-onde du modulateur. Si la mesure a lieu sur une fréquence fixe, un balayage n'est pas nécessaire, et le générateur hyperfréquence peut être simplement un oscillateur de fréquence préréglé. - Le filtre accordable effectue de manière synchronisée un balayage en fréquence optique de telle manière que sa transmission soit calée en permanence sur l'une des raies latérales centrée soit sur ωo-Ω, soit sur ωo+Ω. Si la mesure a lieu sur une fréquence fixe, le filtre est pré positionné sur la raie latérale de modulation.
- Le photo-détecteur détecte l'intensité lumineuse transmise et présente sur l'une des raies latérales ωo-Ω ou ωo+Ω, ceci pour chaque valeur de pulsation Ω fournie par le générateur hyperfréquence.
- Le système de contrôle récupère les données de puissance optique mesurée dans un premier fichier, converties préalablement par exemple en décibels. En alternative, les données des mesures sont gardées dans une mémoire vive pour utilisation directe dans le/les calculs pour détermination du « chirp » .
- Le système de contrôle bascule alors la source de tension continue de manière à placer le point de fonctionnement sur un minimum de transmission de la courbe de transfert du modulateur. Pendant toute cette deuxième phase, le sous- système de contrôle et d'asservissement maintient le modulateur sur ce point de fonctionnement.
- Le système de contrôle fait alors effectuer un deuxième balayage en fréquence f=Ω/2π de la tension électrique harmonique appliquée au modulateur sous test par le générateur hyperfréquence.
- Le filtre accordable effectue de manière synchronisée un balayage en fréquence optique de telle manière que sa transmission soit calée en permanence sur l'une des raies latérales centrée sur ωo-Ω ou ωo+Ω.
- Le photo-détecteur détecte l'intensité lumineuse transmise et présente sur l'une des raies latérales ωo-Ω, ou ωo+Ω, ceci pour chaque valeur de pulsation Ω fournie par le générateur hyperfréquence. - Le système de contrôle récupère les données de puissance optique mesurée dans un deuxième fichier, converties préalablement par exemple en décibels.
- A la fin du processus, le système de contrôle peut extraire le paramètre de « chirp » α pour chaque valeur de Ω, par soustraction des deux fichiers stockés puis conversion de décibels en unité linéaire et extraction de la racine carrée du résultat.
Sur la Figure 1 , est représenté un système de mesure d'impulsions optiques courtes de l'art antérieur permet d'extraire la forme temporelle et la phase des impulsions modulées et de déterminer le « chirp » . Ce système comprend donc la source d'impulsions lumineuses d'une part et le système d'analyse d'autre part. La génération d'impulsions lumineuses est obtenue par utilisation d'un générateur radiofréquence 1 relié à la source de lumière 2. Cette dernière peut par exemple être un laser semi-conducteur directement modulé par le générateur ou tout autre type de source lumineuse impulsionnelle à tester. Cette source d'impulsions 2 est reliée à un modulateur électro-optiq ue 3 de type Mach-Zehnder qui fait partie du système de mesure. Ce modulateur est également piloté par le signal électrique fourni par le générateur radiofréquence 1 , mais dont la fréquence est divisée par deux par un diviseur de fréquence 4. Par ailleurs une ligne à retard 5 placée en aval du diviseur de fréquence 4 permet de régler la phase du signal radiofréquence entre le générateur d'impulsions optiques et le modulateur.
Le modulateur 3 est réglé sur un point de fonctionnement fixe correspondant à un minimum de sa courbe de transfert électro-optique. Un filtre spectral accordable 6 effectue l'analyse spectrale des raies de modulation produites par la source optique. Le spectre de la source présente une enveloppe contenant un certain nombre de raies. L'écart entre les raies (inter-raies) correspond à la fréquence de modulation du générateur radio fréquence 1 . Chaque raie est alors dédoublée par le modulateur électro-optique piloté par une fréquence moitié. De cette manière, chaque raie peut interférer avec sa voisine directe. La ligne à retard variable peut ainsi faire varier l'amplitude du signal d'interférences inter-raies. Le photorécepteur 7 détecte ces variations d'énergie lumineuse pour chaque raie et le système d'acquisition peut en extraire la phase relative pour chaque raie. Par Transformée de Fourier inverse, cela donne accès a la forme des impulsions lumineuses produites ainsi qu'à la variation de phase temporelle.
Les modulateurs représentés sur la Figure 2 sont deux exemples de modulateurs du type Mach-Zehnder de l'état de la technique. Le modulateur 2. (a) en vue de dessus et 2.(b) en vue en coupe de la Figure 2 correspond à une structure de modulateur pouvant présenter un chirp nul et le modulateur 2.(c) en vue de dessus et 2.(b) en vue en coupe de la Figure 2 correspond à une structure pouvant présenter un « chirp » réduit. Ces deux exemples de modulateurs sont fabriqués de manière industrielle et présentent des paramètres de « chirp » différents. Ces modulateurs sont réalisés sur un cristal de niobate de lithium . La première configuration 2. (a), 2,(b) est obtenue avec un cristal 9 en coupe X et la seconde configuration 2. (c), 2.(d) avec un cristal 10 en coupe Z. De tels modulateurs présentent principalement un circuit optique de type Mach-Zehnder réalisé à partir de guides d'ondes optiques 1 1 diffusés dans le substrat. Le circuit optique est constitué d'une section rectiligne d'entrée 12, d'une section rectiligne de sortie 13 reliées aux extrémités respectives des deux bras 14 de l'interféromètre par des coupleurs 15 en Y. Les modulateurs comportent également un jeu d'électrodes de type ligne coplanaire 16. Ces électrodes ont une ligne centrale 17 et deux plans de masse latéraux 18. La différence majeure entre la coupe X et la coupe Z est figurée en coupe sur les figures 2.(b) et 2.(d). En effet, dans le cas de la coupe X représentée Figure 2.(b) les guides sont alignés de manière symétrique par rapport aux électrodes et dans une telle configuration, l'efficacité de modulation est identique dans chacun des bras, il en résulte un modulateur en principe sans « chirp », Sa tension de commande est cependant plus élevée que celle d'un modulateur en coupe Z dont l'arrangement des électrodes est représenté sur la figure 2.(d) où l'arrangement dissymétrique entraîne un déséquilibre de l'efficacité de modulation différentielle entre les bras, ceci se traduisant par la présence d'un « chirp » non négligeable dans le signal optique modulé. Ces deux types de modulateurs présentent chacun des avantages et des inconvénients et il est utile de pouvoir caractériser le paramètre « chirp » de manière industrielle au cours du processus de fabrication.
La partie (b) de la Figure 3 représente le spectre d'un signal optique modulé dans le cas d'un maximum de transmission du modulateur et la partie (a) de cette même Figure, la courbe de transfert correspondante. La partie (d) de la Figure 3 représente le spectre d'un signal optique modulé dans le cas d'un minimum de transmission d u modulateur et la partie (c) de cette même Figure, la courbe de transfert correspondante. La figure 3. (a) montre le principe de la modulation en petit signal et 3. (b) la décomposition spectrale du signal optique résultant.
Sur la figure 3. (a), la fonction de transfert ( 18) du modulateur donne la variation d'intensité lumineuse transmise par le modulateur en fonction de la différence de potentiel électrique appliqué aux électrodes. C'est une courbe de forme sinusoïdale représentant l'état d'interférence entre les bras de l'interféromètre de Mach-Zehnder en fonction de l'écart de phase introduit. De manière idéale, cette fonction de transfert a son maximum centré sur zéro pour un déphasage nul entre les bras. Si un signal électrique 19 est appliqué aux électrodes avec un déphasage statique φ=0, la mod ulation s'effectue autour du maximum de transmission. Si le signal incident 19 est de faible amplitude et de période T=1/f=2π/Ω où f est la fréquence de modulation (Ω la pulsation), la variation d'intensité lumineuse transmise 20 présente une période moitié de celle du signal incident, ce qui correspond à une fréquence double 2f. Sur la figure 3.(b) on observe un pic (ou raie, les deux termes étant équivalents) 21 centré sur la pulsation ω0, et de puissance optique Eo2, correspondant à la longueur d'onde d'émission de la source de lumière monochromatique, et deux raies latérales 22 et 23 de modulation centrées respectivement sur les pulsations ωo-Ω et ωo+Ω et de puissance optique Eo2. Ko2. β2/4.
Sur la Figure 3.(c), la fonction de transfert du modulateur donne la variation d'intensité lumineuse transmise par le modulateur en fonction de la différence de potentiel électrique appliqué aux électrodes. Cette Figure correspond au cas où un signal électrique 24 est appliqué aux électrodes avec par exemple un déphasage statique φ=-π radians, et la modulation s'effectue autour du minimum de transmission de la fonction de transfert 18. La Figure 3.(d) montre le résultat de l'analyse spectrale de ce signal de modulation. On observe deux raies latérales de modulation 25 et 26 centrées respectivement sur les pulsations optiques ωo-Ω et ωo+Ω et de puissance optique Eo2. Ko2.ηo2/4. Il n'y a par contre pas de raie centrale en ωo.
La Figure 4 décrit l'ensemble du système de mesure du « chirp » d'un modulateur Mach-Zehnder sous test. Le montage comprend une source monochromatique 27 reliée par exemple au moyen d'une fibre optique 28 au modulateur 29 sous test. Ce dernier est alimenté par un générateur hyper-fréquence 30 dont le balayage en fréquence est commandé par le système central 31 de commande et calcul qui effectue en fonction d'un programme le contrôle des divers appareils et l'analyse et le traitement des données recueillies lors des mesures et en provenance des appareils. Le modulateur est également relié à une source 32 de tension continue VB, destinée à commuter le modulateur, sur commande du moyen de commande et de calcul 31 , et en particulier pour passer d'un déphasage φ égal a zéro vers un déphasage égal à -π radians par exemple (+π radians pouvant également convenir). Le modulateur possède une sortie optique qui, dans un mode préféré de mise en œuvre, est reliée par fibre optique 33 à un sous-système de détection 34 possédant une électronique de contre-réaction permettant d'asservir le point de fonctionnement du modulateur pendant la durée de chaque mesure via la source 32 de tension continue. Dans une version simplifiée de mise en œuvre, on n'applique pas de contre-réaction pour asservissement du point de fonctionnement du modulateur. La sortie du modulateur est reliée à un filtre accordable 35 constitué par exemple, soit par un réseau de diffraction d'angle orientable par commande externe, soit par un interféromètre de Fabry-Pérot dont un miroir peut être mobile et commandé de manière externe. Le filtre 35 peut être tout autre type de filtre spectral accordable de résolution suffisamment élevée pour ne transmettre que la ou les raies qui doivent être mesurées. La transmission du filtre 35 sur une raie latérale de modulation est commandée par le système de contrôle 31 de manière synchrone avec le balayage en fréquence du générateur 30. En sortie du filtre 35 un photo-détecteur quadratique 36 mesure les variations de puissance optique de la raie transmise pour chaque valeur de la fréquence délivrée par le générateur 30. Le moyen 31 de commande et de calcul est de préférence un moyen informatique programmable et par exemple un ordinateur avec un programme. Le moyen 31 peut également être une carte électronique avec processeur de signaux numériques (DSP) et/ou micro-processeur.
La Figure 5 donne un exemple d'organigramme des différentes séquences nécessaires pour effectuer une mesure complète. Dans le cas d'un balayage en fréquence, les étapes sont référencées par :
- 37 où le programme est d'abord initialisé ;
- 38 où la tension continue VB fournie par la source basse tension 32 est réglée pour un fonctionnement sur un maximum de la fonction de transfert 18 ;
- 39 où le point de fonctionnement est asservi par le sous- système 34 pendant toute la durée de la mesure ;
- 40 où le générateur effectue un balayage en fréquence par incrément qui est appliqué au modulateur 29 sous test;
- 41 où le filtre spectral effectue un balayage par incrément en longueur d'onde de sa fonction de transmission sur un pic latéral 22 et/ou 23 de modulation issu de l'analyse spectrale du signal 20 transmis par le modulateur 29 sous test; - 42 où le système de contrôle 31 asservit le balayage en fréquence du générateur hyperfréquence 30 sur le balayage en longueur d'onde du filtre accordable 35 ;
- 43 où le photo-détecteur quadratique mesure la puissance présente sur la raie latérale de modulation 22 et/ou 23 ; - 44 où le résultat de la mesure est stocké ;
- 45 où un incrément en fréquence est effectué sur le générateur hyperfréquence 30;
- 46 où après balayage complet en fréquence sur le premier point de fonctionnement, la tension continue VB fournie par la source basse tension 32 est réglée pour un fonctionnement sur un minimum de la fonction de transfert 18, correspondant à un déphasage statique de à -π radians (par exemple) entre les bras de l'interféromètre sous test 29 ;
- 47 où le point de fonctionnement est asservi par le sous- système 34 pendant toute la durée de la mesure ;
- 48 où le générateur effectue un balayage en fréquence par incrément qui est appliqué au modulateur 29 sous test;
- 49 où le filtre spectral effectue un balayage par incrément en longueur d'onde de sa fonction de transmission sur un pic latéral 25 et/ou 26 de modulation issu de l'analyse spectrale du signal 20 transmis par le modulateur 29 sous test;
- 50 où le système de contrôle 31 asservit le balayage en fréquence du générateur hyperfréquence 30 sur le balayage en longueur d'onde du filtre accordable 35 ;
- 51 où le photo-détecteur quadratique mesure la puissance présente sur la raie latérale de modulation 25 et/ou 26 ;
- 52 où le résultat de la mesure est stocké ;
- 53 où un incrément en fréquence est effectué sur le générateur hyperfréquence 30 ;
- 54 où les deux séquences de balayage en fréquence sont terminées et le moyen de commande et de calcul 31 effectue par calcul l'extraction du facteur de « chirp » a pour chaque valeur de la fréquence de modulation. Dans le cas d'une ou plusieurs (moyenne) mesures à une fréquence fixe, les étapes de balayage en fréquence sont omises. Par ailleurs, la répétition de mesures peut être effectuée et des calculs statistiques effectués afin de diminuer la variabilité des résultats. Dans une alternative évoluée, la source monochromatique est de fréquence variable et on détermine le « chirp » également en fonction de celle-ci.
Le système de mesure comprend donc préférentiellement une source monochromatique 27, un générateur hyperfréquence 30 réglable et permettant un balayage en fréquence ou ajustable sur une fréquence fixe, une alimentation en basse tension continue réglable 32, un éventuel moyen de contrôle du point de fonctionnement du modulateur sous test 34, un filtre spectral optique accordable 35 ou ajustable sur une raie optique fixe ou non, un photodétecteur quadratique pour la mesure de puissance optique 36, un système de commande et de calcul 31 pour contrôle, analyse et traitement. L'invention peut être mise en œuvre aussi bien avec un appareil dédié unique comportant les moyens nécessaires à la détermination du chirp, qu'avec des appareils indépendants mais sous le contrôle d'un moyen de commande et de calcul.
La mesure s'effectue donc préférentiellement selon les étapes suivantes : Réglage du modulateur 29 sous test sur un maximum de sa fonction de transfert électro-optique 18. Génération d'un signal harmonique 19 de fréquence variable. Application de ce signal sur le modulateur sous test 29. Mesure à travers un filtre spectral optique accordable 35 de la puissance optique présente sur les raies latérales de modulation 22 et/ou 23 pour chaque valeur de la fréquence appliquée. Réglage du modulateur 29 sous test sur un minimum de sa fonction de transfert électro-optique 18. Génération d'un signal harmonique de fréquence variable. Application de ce signal sur le modulateur sous test 29. Mesure à travers un filtre spectral optique 35 accordable de la puissance optique présente sur les raies latérales de modulation 25 et/ou 26 pour chaque valeur de la fréquence appliquée. Extraction du paramètre de « chirp » α à partir des mesures effectuées par balayage en fréquence pour chacun des deux points de fonctionnement.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de détermination du « chirp » d'un modulateur électro-optique interféromètrique de type Mach- Zehnder à deux bras par analyse spectrale optique d'un signal optique modulé, un signal optique de fréquence prédéterminée ωo produit par une source optique étant modulé en signal optique modulé dans le modulateur par un signal électrique de modulation produit par au moins un moyen de génération de signal électrique, ledit signal électrique comportant une composante périodique de fréquence prédéterminée Ω et une composante continue de polarisation , le « chirp » pondérant l'amplitude des raies optiques latérales de modulation décalées en fréquence de |Ω| par rapport à ω0, caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins un moyen de mesure optique d'au moins une des raies latérales et un moyen de commande et de calcul permettant, dans une première étape de mesure, d'envoyer une composante continue telle que la différence de phase optique φ entre les deux bras soit sensiblement nulle et, dans une seconde étape de mesure, d'envoyer une composante continue telle que la différence de phase optique φ en valeur absolue entre les deux bras soit sensiblement égale à π, le moyen de calcul permettant au moins de calculer pour une fréquence de raie optique latérale donnée le rapport de la mesure à |φ|=π sur la mesure à φ=0, ledit rapport permettant de déterminer le « chirp » .
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de mesure optique permet en outre de mesurer le signal optique modulé de fréquence ωo et en ce que, en outre, le moyen de commande et de calcul dans la première étape permet d'ajuster la composante continue pour que ledit signal optique modulé soit maximal et, dans la seconde étape, permet d'ajuster la composante continue pour que ledit signal optique modulé soit minimal.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la première étape et la seconde étape sont inversées.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de mesure optique comporte un détecteur quadratique mesurant la puissance optique, le rapport correspondant alors au carré du « chirp ».
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
1 à 4 caractérisé en ce que le moyen de mesure optique comporte un système pouvant mesurer l'amplitude optique, le rapport correspondant alors au « chirp » .
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la composante périodique a une amplitude crête à crête inférieure à la tension demi- onde Vπ du modulateur, et, de préférence inférieure ou égale à 60%o de Vπ.
7. Procédé de détermination du « chirp » d'un modulateur électro-optique interféromètrique de type Mach- Zehnder à deux bras par analyse spectrale optique d'un signal optique modulé, un signal optique de fréquence prédéterminée ωo produit par une source optique étant modulé en signal optique modulé dans le modulateur par un signal électrique de modulation produit par au moins un moyen de génération de signal électrique, ledit signal électrique comportant une composante périodique de fréquence prédéterminée Ω et une composante continue de polarisation, le « chirp » pondérant l'amplitude des raies optiques latérales de modulation décalées en fréquence de |Ω| par rapport à ωo, caractérisé en ce que l'on met en œuvre au moins un moyen de mesure optique d'au moins une des raies latérales et un moyen de commande et de calcul, et, que, dans une première étape de mesure, on envoie une composante continue telle que la différence de phase optique φ entre les deux bras soit sensiblement nulle, et, que, dans une seconde étape de mesure, on envoie une composante continue telle que la différence de phase optique φ en valeur absolue entre les deux bras soit sensiblement égale à π, et, en ce que l'on effectue avec le moyen de calcul pour une fréquence de raie optique latérale donnée le rapport de la mesure à |φ|=π sur la mesure à φ=0 , ledit rapport permettant de déterminer le « chirp » .
8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'on utilise une composante périodique qui a une amplitude crête à crête inférieure à la tension demi-onde Vπ du modulateur, et, de préférence inférieure ou égale à 60%> de Vπ.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8 caractérisé en ce que l'on fait varier la composante périodique entre une fréquence basse Ωb et une fréquence haute Ωh grâce au moyen de commande et de calcul, et que l'on fait des mesures et calculs pour chacune desdites fréquences entre Ωb et Ωh.
10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'on détermine le « chirp » pour chacune des fréquences de la composante périodique variable en fréquence.
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