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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes

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290documents trouvés

16477
15/12/2016

Microwave sources based on high quality factor optical resonators; Modeling, optimization and metrology

Z.ABDALLAH

MOST

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 15 Décembre 2016, 150p., Président: V.GIORDANO, Rapporteurs: M.VALLET, A.L.BILLABERT, Examinateurs: G.CIBIEL, Directeurs de thèse: O.LLOPIS, A.FERNANDEZ , N° 16477

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01445614

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Résumé

La technologie photonique-RF offre une alternative intéressante à l’approche purement électronique dans différents systèmes micro-ondes pour des applications militaires, spatiales et civiles. Un composant original, l’oscillateur optoélectronique (OEO), permet la génération de signaux RF stables et à haute pureté spectrale. Il est basé sur une liaison photonique micro-onde utilisée comme boucle de rétroaction et comportant soit une fibre longue, soit un résonateur à fort coefficient de qualité. Différentes études ont été menées au cours de cette thèse afin d’optimiser et d’améliorer la performance en termes de stabilité et de bruit de phase pour le cas de l’OEO à résonateur. La caractérisation fine et la modélisation des résonateurs est une première étape de la conception globale du système. La métrologie du résonateur optique est réalisée par une technique originale, dite de spectroscopie RF. Les résultats expérimentaux ont révélé que cette technique permet d’une part d’identifier le régime de couplage du résonateur et d’autre part de déterminer avec une grande précision tous les paramètres d’un dispositif résonant, comme les facteurs de qualité interne et externe ou les facteurs de couplage. Une deuxième étude a été orientée vers l’implémentation d’un modèle non-linéaire fiable du dispositif. Dans un tel modèle, la photodiode rapide nécessitait une description plus précise, dans le but de contrôler la conversion du bruit d’amplitude optique en bruit de phase de l’OEO. Un nouveau modèle non-linéaire d’une photodiode hyperfréquence a été développé sous un logiciel commercial: Agilent ADS. Ce nouveau modèle rend effectivement compte de cette conversion de bruit. Une puissance optique optimale à l’entrée de la photodiode a été déterminée, pour laquelle la contribution de 𝑅𝐼𝑁 du laser au bruit de phase RF pourrait être négligeable. La performance de l’OEO est affectée par diverses perturbations entrainant un décalage en fréquence entre la fréquence du laser et la fréquence de résonance du résonateur. Il est donc important d’utiliser un système de stabilisation pour contrôler cette différence de fréquence. Des séries d’expériences et de tests ont été menées pour étudier la possibilité, d’une part, de remplacer l’électronique commerciale utilisée auparavant pour le système de verrouillage en fréquence (boucle de Pound-Drever-Hall) par une électronique faible bruit et, d’autre part, d’utiliser un laser à semi-conducteur. Un bilan de ces approches est présenté.

Abstract

RF photonics technology offers an attractive alternative to classical electronic approaches in several microwave systems for military, space and civil applications. One specific original architecture dubbed as optoelectronic oscillator (OEO) allows the generation of spectrally pure microwave reference frequencies, when the microwave photonic link is used as a feedback loop. Various studies have been conducted during this thesis on the OEO, especially the one that is based on fiber ring resonators, in order to optimize and improve its phase noise performance and its long-term stability. Precise characterization and modeling of the optical resonator are the first step towards overall system design. The resonator metrology is performed using an original approach, known as RF spectral characterization. The experimental results have demonstrated that this technique is helpful for the identification of the resonator’s coupling regime and the accurate determination of the main resonator parameters such as the intrinsic and extrinsic quality factors or the coupling coefficients. A second study was directed toward implementing a reliable nonlinear model of the system. In such a model, the fast photodiode require an accurate description, in order to reduce the conversion of the optical amplitude noise into RF noise. A new nonlinear equivalent circuit model of a fast photodiode has been implemented in a microwave circuit simulator: Agilent ADS. This new model is able to describe the conversion of the laser relative intensity noise (𝑅𝐼𝑁) into microwave phase noise at the photodiode output. An optimal optical power at the photodiode’s input has been identified, at which the contribution of the laser 𝑅𝐼𝑁 in RF phase noise is negligible. When it comes to practical applications, the desired performance of an OEO is threatened by various disturbances that may result in a frequency shift of both the laser frequency and the transmission peak of the resonator, which causes a malfunction of the OEO. Therefore it is desirable to use a stabilization system to control the difference between the laser frequency and the resonator frequency. A series of tests and experiments have been carried out to investigate the possibility, on one hand, to replace the commercial servo controller that was used up until now in the Pound-Drever-Hall loop, with a low noise homemade one and, on the other hand, to use a semiconductor laser to reduce the system size. A detailed review of these approaches is presented.

Mots-Clés / Keywords
RF photonics; Optical resonator; Microwave sources; Phase noise; Modeling; Optique hyperfréquence; Résonateurs optiques; Sources micro-ondes; Bruit de phase; Modélisation;

138575
16435
31/10/2016

A 3U cubesat to investigate erbium doped fiber degradation at low earth orbit

A.FERNANDEZ , O.LLOPIS, N.NOLHIER, C.VIALLON, A.RISSONS, F.DESTIC, S.Lizy-Destrez

MOST, ESE, ISAE

Manifestation avec acte : Avionics and Vehicle Fiber-Optics and Photonics Conference ( AVFOP ) 2016 du 31 octobre au 03 novembre 2016, Long Beach (USA), Octobre 2016, 3p. , N° 16435

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01396269

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Abstract

The next generation of telecommunication satellites operating in the Ku and Ka bands consider radio over optical fiber (RoF) technologies as a good candidate for the future flexible payloads. In this context we have started a 3U nanosatellite dedicated to the qualification of an erbium doped fiber by using an optoelectronic metrology technique. This educational project called NIMPH (Nanosatellite to Investigate Microwave Photonics Hardware) aims to quantify the gain and noise figure degradation due to cosmic ray exposure of this type of fiber during a two years mission at a low earth orbit (LEO).

138349
16416
31/10/2016

Ultra-low phase noise 10 GHz dual loop optoelectronic oscillator

O.LELIEVRE, V.CROZATIER, G.BAILI, P.BERGER, G.PILLET, D.DOLFI, L.MORVAN, F.GOLDFARB, F.BRETENAKER, O.LLOPIS

Thales R&T, LAC, MOST

Manifestation avec acte : International Topical Meeting on Microwave Photonics ( MWP ) 2016 du 31 octobre au 03 novembre 2016, Long Beach (USA), Octobre 2016, pp.106-109 , N° 16416

Non disponible

138300
16370
07/10/2016

Conception, réalisation et caractérisation d’inductances et de transformateurs tridimensionnels pour applications RF et microondes

O.BUSHUEVA

MOST

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 7 Octobre 2016, 135p., Président: J.B.BEGUERET, Rapporteurs: E.RIUS, J.M.LAHEURTE, Examinateurs: A.GHANNAM, Directeurs de thèse: T.PARRA, C.VIALLON , N° 16370

Lien : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01492916

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Abstract

The miniaturization, fabrication and integration of RF passive components are current major challenges, also taking into account the fabrication cost which is very important especially for consumer applications. Passive components such as inductors and transformers are subject to an ongoing development to improve their performance and reduce the area occupied. The work described in this manuscript is part of that context and target the development of a new technological process allowing the production of low-cost threedimensional high-performance inductive components. The work presented in this paper is divided into four chapters. The first chapter describes the state of the art of integrated inductors and transformers by addressing the main topologies used fabrication technologies and applications. In the second chapter, the study and optimization of solenoid inductors and transformers is discussed after describing the origins of performance limiting losses. For this, we use the 3D electromagnetic simulation. In the third chapter, the problem concerning the characterization of inductive components with high Q factor is raised. After finding that the measurement environment artificially reduces performance, some solutions are proposed and experimentally verified. Finally, the last chapter discusses the fabrication and characterization of developed components. The best measured performance corresponds to a quality factor of 61 to 5.4 GHz for an inductance value of 2.5 nH and a maximum available gain from -0.5 dB to 0.39 dB over the range from 3.8 to 6.5 GHz for a 2:2 transformer. These results place these components among the best current achievements.

Résumé

La miniaturisation, la fabrication et l’intégration des composants passifs RF constituent des enjeux majeurs actuels, sans oublier le critère du coût de fabrication, très important notamment pour les applications grand public. Les composants passifs tels que les inductances et les transformateurs font l’objet d’un effort de développement permanent pour accroitre leurs performances et réduire la surface occupée. Les travaux décrits dans ce manuscrit s’inscrivent dans ce contexte et visent le développement d’une nouvelle filière technologique permettant la réalisation à faible coût de composants inductifs tridimensionnels à hautes performances. Le travail présenté dans ce mémoire s’articule en quatre chapitres. Le premier chapitre dresse un état de l’art des inductances et des transformateurs intégrés en abordant les principales topologies utilisées, les technologies de fabrication et les applications. Dans le deuxième chapitre, l’étude et l’optimisation des inductances et des transformateurs solénoïdaux est abordée après avoir décrit les origines des pertes limitant les performances. Pour cela, nous avons recours à la simulation électromagnétiques 3D. Dans le troisième chapitre, un problème de caractérisation des composants inductifs à forts coefficients de surtension est soulevé. Après avoir constaté que l’environnement de mesure réduisait artificiellement les performances, quelques solutions sont proposées et vérifiées expérimentalement. Enfin, le dernier chapitre traite de la fabrication et de la caractérisation des composants mis au point. Les meilleures performances mesurées correspondent à un facteur de qualité de 61 à 5,4 GHz pour une inductance de 2,5 nH et un gain maximum disponible de -0,5 dB à -0,39 dB sur la plage 3,8 - 6,5 GHz pour un transformateur 2:2. Ces résultats placent ces composants parmi les meilleures réalisations actuelles.

Mots-Clés / Keywords
Solénoïde; Inductance à fort coefficient de qualité Q; Transformateur; Substrat à haute résistivité; SU8; Pointe RF; Couplage électromagnétique; Radiation; Solenoid; High-Q-Inductor; Transformer; High-resistivity substrate; RF probe; Electromagnetic coupling;

137999
16303
01/09/2016

On-wafer measurement errors due to unwanted radiations on high-Q inductors

O.BUSHUEVA, C.VIALLON, A.GHANNAM, T.PARRA

MOST

Revue Scientifique : IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.64, N°9, pp.2905-2911, Septembre 2016 , N° 16303

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01370500

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Abstract

This paper investigates the disagreements that may occur between on-wafer measurements and electromagnetic (EM) simulations of high-Q inductive devices. Such disagreements are highlighted on a planar spiral inductor and a 3-D solenoid which exhibit measured maximum Q-factors of 27 and 35, respectively, while 42 and 45 were expected from EM simulations. Both devices are fabricated on high-resistivity substrates. A radiative interaction is identified between RF probe and inductive device under test. By using EM simulations, extra-losses associated with this parasitic effect are fully modeled through the calculation of radiation and dissipation related Q-factors. Adjustments of on-wafer probe setup are proposed to reduce this parasitic effect. Finally, the 3-D solenoid inductor is characterized using a new experimental fixture, and the maximum Q of 45 predicted by EM simulation is retrieved.

137593
16206
04/07/2016

Modélisation et caractérisation d'un laser à modes vérouillés fibre pour la génération très haute fréquence

V.AUROUX, A.FERNANDEZ , O.LLOPIS

MOST

Manifestation avec acte : Journées Nationales d'Optique Guidée ( JNOG ) 2016 du 04 juillet au 07 juillet 2016, Bordeaux (France), Juillet 2016, 3p. , N° 16206

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01348824

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Abstract

Un laser à modes verrouillés est réalisé dans un objectif de multiplication de fréquence RF. La modélisation de ce laser permet, à partir des spectres optiques et RF, d’optimiser le système pour la génération d’une harmonique donnée.

137131
16176
10/06/2016

Comparaison de performances d'oscillateurs optoélectroniques couplés à 10 GHz et 30 GHz

V.AUROUX, A.FERNANDEZ , O.LLOPIS, A.VOUZELAUD

MOST, OSAT

Manifestation avec acte : Journée du Club Optique Micro-onde ( JCOM ) 2016 du 10 juin au 10 juin 2016, Nice (France), Juin 2016, 2p. , N° 16176

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01329454

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Résumé

Etude théorique et expérimentale d'oscillateurs optoélectroniques couplés. Deux oscillateurs ont été réalisés et comparés vis à vis de leurs performances, l'un à 10 GHz et l'autre à 30 GHz. Le choix des composants, et en particulier de l'amplificateur optique, est discuté.

137057
16301
03/06/2016

Contribution à l’intégration des circuits micro-ondes et millimétriques pour les télécommunications

C.VIALLON

MOST

Habilitation à diriger des recherches : 6 Juin 2016, 98p., Président: N.NOLHIER, Rapporteurs: P.FERRARI, C.GAQUIERE, J.GAUBERT, Garant: T.PARRA , N° 16301

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01393201

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Résumé

Les travaux présentés dans cette habilitation traitent de l'intégration des circuits micro-ondes et millimétriques en visant principalement le domaine des télécommunications. Durant plus d'une décennie, notre activité de recherche s'est structurée autour de deux thèmes principaux menés en parallèle et qui sont la conversion de fréquence et le développement d'une nouvelle filière tridimensionnelle de composants passifs inductifs RF. La tendance actuelle vers des architectures radio flexibles et reconfigurables nous a amené à étudier le mélangeur passif à transistors MOS comme possible solution. Malgré ses avantages (linéarité, bruit), ce circuit présente quelques inconvénients que nous avons cherché à corriger qui sont, une difficile montée vers les fréquences millimétriques et des pertes de conversions. Les solutions que nous avons envisagées sont présentées. Les efforts ont été porté à la fois sur des optimisations au niveau du composant (géométrie du transistor MOS) et sur un travail de fond au niveau des topologies des circuits (mélangeur à échantillonnage). Les derniers résultats obtenus sur un mélangeur passif à sous-échantillonnage laissent entrevoir quelques perspectives intéressantes pour les futures architectures de récepteurs millimétriques. Depuis son apparition, la microélectronique fonctionne essentiellement à deux dimensions en procédant à un empilement de couches métalliques. Depuis quelque années, nous étudions une approche originale qui vise à dégager un degré de liberté supplémentaire en permettant la métallisation des flancs d’un pilier de résine. Cette innovation, qui a été breveté, autorise la fabrication de composants passifs en trois dimensions (3D) tels que des solénoïdes et des transformateurs RF. Les améliorations successives du procédé ont permis d'aboutir à des composants extrêmement compacts avec des performances qui se situent actuellement au niveau de l'état de l'art.

137556
16187
01/06/2016

Radio frequency spectral characterization and model parameters extraction of high Q optical resonators

Z.ABDALLAH, Y.BOUCHER, A.FERNANDEZ , S.BALAC, O.LLOPIS

MOST, FOTON

Revue Scientifique : Scientific Reports, Vol.6, id 27208p., Juin 2016 , N° 16187

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01348833

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Abstract

A microwave domain characterization approach is proposed to determine the properties of high quality factor optical resonators. This approach features a very high precision in frequency and aims to acquire a full knowledge of the complex transfer function (amplitude and phase) characterizing an optical resonator using a microwave vector network analyzer. It is able to discriminate between the different coupling regimes, from the under-coupling to the selective amplification, and it is used together with a model from which the main resonator parameters are extracted, i.e. coupling factor, intrinsic losses, phase slope, intrinsic and external quality factor.

137084
16248
09/05/2016

Ultra-low-noise 10 GHz dual loop optoelectronic oscillator: experimental results and simple model

O.LELIEVRE, V.CROZATIER, G.BAILI, P.BERGER, G.PILLET, D.DOLFI, L.MORVAN, F.GOLDFARB, F.BRETENAKER, O.LLOPIS

Thales R&T, LAC, MOST

Manifestation avec acte : IEEE International Frequency Control Symposium ( IFCS ) 2016 du 09 mai au 12 mai 2016, Nouvelle Orleans (USA), Mai 2016, pp.25-29 , N° 16248

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Abstract

We present a 10 GHz dual loop optoelectronic oscillator (OEO), with very low phase noise (−144.7 dBc/Hz at 10 kHz) and low spur level (−145 dBc/Hz), despite using short fibers (1 km/100 m). The OEO is designed thanks to a simple model, which shows good agreement both with single and dual loop configurations.

137335
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