Coherent atomic processes applied to very wideband radio frequency spectrum analyser

Processus atomiques cohérents appliqués à l'analyse spectrale très large bande de signaux radio fréquence

Vincent Lavielle (1)

1 LAC - Laboratoire Aimé Cotton

In this thesis we apply spectral hole burning (SHB) in rare earth ion doped crystals (REIC) to optical signal processing. We present the first experimental demonstration of an instantaneous wideband radio frequency (RF) spectrum analyzer, taking advantage of REIC spectral selectivity. At low temperature, the SHB technology offers outstanding performances in terms of bandwidth and time-bandwidth product. The spectrometer concept relies on the angular separation of the optically carried RF signal spectral components. The analyzer operation is comprised of two steps. First, one engraves wavelength-multiplexed monochromatic gratings in the REIC. This engraving step shapes the spatial-spectral filter in the medium. The RF signal is then put on an optical carrier by means of an electro-optic modulator. This modulated beam is directed to the SHB crystal that achieves the angular separation of the different spectral components. SHB spectrum analysis has been demonstrated with 3.3GHz instantaneous bandwidth together with 100 channel capacity, and resolution as low as 500 kHz. The optical dynamic range is 35dB, limited by the detector. This architecture features dynamic zooming capability on a specific spectral region, which improves the resolution.

Dans cette thèse, nous appliquons le phénomène de "hole burning" spectral (SHB), dans des matrices cristallines dopées par des ions terres rares, au traitement optique de l'information. Nous présentons la première démonstration expérimentale d'un analyseur spectral de signaux radio fréquence (RF) à très large bande instantanée, exploitant la sélectivité spectrale de ces matériaux photosensibles. L'utilisation de la technologie SHB, à basse température, permet d'atteindre des performances remarquables en terme de largeur de bande et de produit temps×bande passante. Le principe du spectromètre repose sur la séparation angulaire des composantes spectrales du signal RF préalablement transposé sur une porteuse optique. On grave un ensemble de réseaux de diffraction monochromatiques, multiplexés en longueur d'onde, dans un cristal dopé par des ions terres rares. Le faisceau lumineux, porteur du signal RF, est dirigé vers le cristal. Les différentes composantes spectrales sont alors diffractées et simultanément séparées angulairement à la sortie du cristal. Nous avons ainsi pu démontrer expérimentalement l'analyse spectrale de signaux RF sur une bande passante instantanée de 3,3 GHz avec une capacité de 100 canaux spectraux et une résolution ultime de 500 kHz. Ce dispositif possède une dynamique de 35 dB optique, limitée par la détection. Nous montrons la capacité de zoom spectral dans une région spécifique du domaine total couvert, avec augmentation de la résolution spectrale.

Mots clés: Spectral analysis; optical processing of radio frequency signals; spectral hole burning; photon echo; optical coherent transient; rare earth ion doped crystals

Mots clés: Analyse spectrale; traitement optique de signaux radio fréquence; hole burning spectral; echo de photons; transitoires optiques cohérents; ions de terres rares

Domaines: Physique Atomique [physics.atom-ph]

Vincent Lavielle. Processus atomiques cohérents appliqués à l'analyse spectrale très large bande de signaux radio fréquence. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00007886⟩