Optoélectronique-hyperfréquence - Génération de signaux hyperfréquences par voie optique

De plus en plus, il se confirme, dans le domaine des interactions optique/micro-ondes, la forte dualité entre les technologies développées dans le secteur en expansion des télécommunications à très haut débit, et le traitement de signaux analogiques hyperfréquences pouvant intéresser le domaine militaire (radars, guerre électronique et communications) :

• dualité en termes de composants optiques actifs et surtout passifs (coupleurs, isolateurs…) ;

• dualité des problématiques de bruit et de linéarité des signaux à traiter ;

• dualité de certaines fonctions (multiplexage fréquentiel à forte diaphonie – ou diaphotie en optique –, amplifications optiques à faible bruit…).

Les fibres optiques sont aujourd'hui le support établi des liaisons numériques terrestres à très haut débit en raison de leur très grande bande passante (de l'ordre du THz), leur faible perte linéique, leur faible encombrement, leur faible poids et leur grande immunité aux rayonnements électromagnétiques.

La possibilité de multiplexer plusieurs dizaines de canaux portés par des couleurs différentes sur une même fibre optique, ainsi que la disponibilité d'amplificateurs optiques à fibre dopée en erbium, permettent aujourd'hui d'installer des liaisons transocéaniques d'une capacité de plusieurs dizaines de Gbit/s sans répéteur. Le domaine numérique est largement développé pour, et par les activités de télécommunications civiles.

Ces propriétés des liaisons optiques peuvent être avantageusement utilisées dans les systèmes hyperfréquences pour la transmission de signaux analogiques et numériques.

L'adéquation des performances des technologies développées pour les télécommunications et des besoins de performances des systèmes militaires reste à démontrer, mais la réduction des coûts liée au marché civil reste une bonne opportunité d'insertion de ces technologies dans les équipements militaires.

Il existe cependant des différences fondamentales entre la photonique hyperfréquence et les télécommunications optiques numériques liées à la nature des signaux à transmettre et à leur domaine d'applications. En effet, en photonique hyperfréquence, la nature analogique des signaux requiert pour leur transmission des fonctions de transfert les plus linéaires possibles, alors qu'en télé-communications numériques le signal étant codé binairement, la transmission sera beaucoup moins sensible aux non-linéarités de la fonction de transfert. Cette analyse aura des conséquences sur la définition des composants opto-électroniques.

Enfin, compte tenu de la disponibilité de composants optoélectroniques fonctionnant à des fréquences très élevées (> 20 GHz) il est maintenant possible d'envisager la génération directe de signaux hyperfréquences par battement de deux ondes optiques. Un tel mode de génération permet, en utilisant des photo-détecteurs dont la bande passante dépasse les 100 GHz, d'une part de s'affranchir des limitations des modulateurs d'intensité optique intégrée actuels (dépassant difficilement 40 GHz) et ainsi de couvrir le domaine des ondes millimétriques, voire submillimétriques, et d'autre part de générer directement (c'est-à-dire sans apport d'un signal électrique micro-onde extérieur de modulation) des signaux micro-ondes de grande pureté spectrale.

Après une brève introduction du principe de la génération par battement, nous présentons le principe original d'un laser émettant simultanément deux fréquences optiques, puis celui de translateurs de fréquences en optique intégrée permettant également la génération de faisceaux bifréquences. Enfin, nous abordons le principe des oscillateurs optoélectroniques ultra-stables ou largement accordables mettant en œuvre ces composants, mais également des composants plus classiques (par exemple, modulateurs d'intensité).