Traitement de signaux radiofréquence large bande sur porteuse
optique dans les ions de terre rare en matrice cristalline
Les ions de terre rare en matrice cristalline (REIC), bien connus comme matériaux à gain pour les
lasers, offrent, lorsqu’ils sont refroidis à la température de l’hélium liquide, des propriétés originales
pour le traitement d’information classique ou quantique transposée sur porteuse optique.
Combinant une largeur inhomogène de plusieurs dizaines de GHz et une résolution spectrale proche
du kHz, capables par ailleurs de mémoriser un profil spectral pendant des temps qui parfois atteignent
plusieurs jours, ces matériaux peuvent être utilisés comme processeurs optiques programmables pour
une grande variété d’applications. Un des intérêts pour de tels processeurs analogiques est né des
limites rencontrées par le traitement tout-numérique en régime très large bande. En raison des
nombreuses étapes de transposition, amplification, filtrage, multiplexage requises par la conversion
analogique numérique, celle-ci agit en effet souvent comme un goulot d'étranglement et limite le débit
des données. Des pré-traitements analogiques chargés de fonctions spécifiques peuvent soulager le
convertisseur et augmenter considérablement le débit des informations pertinentes.
Plusieurs fonctions de traitement RF utilisant ces techniques ont déjà été expérimentalement
démontrées : analyse spectrale RF à large bande instantanée [1,2], retournement temporel de
signaux RF jusqu’à la microseconde [3]. Actuellement un cristal REIC (Tm3+ :YAG) constitue
l’élément actif d’un analyseur de spectre RF à très large bande instantanée développé par THALES
Research & Technology (TRT) et le Laboratoire Aimé Cotton. L’ensemble des travaux expérimentaux
et théoriques [4,5,6] qui ont permis la réalisation de ce démonstrateur laissent envisager de nouvelles
fonctions de traitement de signal par cette technologie en photonique micro-onde, et qui feront l’objet
d’étude de cette thèse.
La possibilité d’inscrire des trous spectraux (spectral hole burning) dans la bande d’absorption des
ions cristaux REIC a été étudiée pour le filtrage ultrafin de signaux optiques pour la tomographie [7],
mais n’a pas encore été explorée pour le filtrage des signaux micro-onde, qui est un sujet de
recherche très actif en photonique micro-onde [8]. Des expériences préliminaires conduites
récemment à TRT sont très prometteuses et soulèvent de nouvelles problématiques théoriques et
expérimentales.
L’ajout de l’information de la direction d’arrivée à l’analyse spectrale est un autre enjeu majeur. Des
travaux ont été réalisés avec une architecture photographique [9], mais n’ont pas encore été
démontrés sur une architecture arc-en-ciel multivoies, ce qui permettrait d’obtenir la direction d’arrivée
des signaux impulsionnels avec une résolution temporelle inégalée.
Enfin, le dernier axe de la thèse portera sur l’optimisation de l’analyse spectrale, en particulier la
résolution fréquentielle ou la dynamique, afin de permettre de traiter par exemple des signaux de
communication. Pour cela de nouveaux cristaux dopés aux terres rares pourraient être exploités, soit
dans l’architecture actuelle ou dans des architectures différentes telles que le photographique [10].
Ces travaux originaux pourraient nécessiter des conversions en longueur d’onde ou amplification
paramétrique des signaux portés optiquement, qui ont été récemment étudiées pour les applications
quantiques [11] afin d’optimiser la dynamique du système. Un travail sur les asservissements
communs à l’ensemble des expériences (filtrage, analyse spectrale ou goniométrie) sera aussi mené
et pourra faire intervenir des techniques de stabilisation de longueur d’onde inspirées des techniques
actuellement étudiées pour la métrologie [12,13].
Pour plus de détails, contacter :
Loic Morvan
loic.morvan@thalesgroup.com
Perrine Berger
perrine.berger@thalesgroup.com