Echantillonnage Tout optique des signaux Hyperfréquence par une Approche Nanophotonique – ETHAN

Le projet ETHAN a pour objectif la réalisation d’un convertisseur analogique-numérique à hautes
performances grâce à l’utilisation d’un circuit photonique permettant l’entrelacement temporel de
plusieurs codeurs de dernière génération. L’objectif est de pouvoir dépasser les limitations associées au
produit bande-passante x nombre de bits et cela en reportant, grâce à l’entrelacement, une partie des
contraintes sur la partie optique. La motivation du projet repose sur les avancées récentes obtenues à TRT
démontrant le potentiel des nano-structures photoniques pour l’échantillonnage de signaux large bande.
Ainsi l’utilisation de cavités à cristaux photoniques sur matériaux III-V en configuration de portes optiques
rapides, associées à un laser à verrouillage de modes à faible gigue temporelle, a permis d’échantillonner
un signal hyper-fréquence (autour de 13GHz) sur porteuse optique, et ce avec une dynamique de plus de
50dB. La puissance moyenne de la commande optique se situe autour de 1 mW pour une cadence
d'échantillonnage de plusieurs GHz. Ce faible niveau de puissance est crucial en vue de l'intégration sur une
même puce d'un nombre important de ces portes optiques et de la possibilité de pouvoir les commander
par un laser à verrouillage de modes très compact.
Dans le cadre de ce projet nous proposons dans un premier temps de démontrer la numérisation
d’un signal échantillonné par une porte optique rapide et d'évaluer les performances de cette opération, en
particulier en termes de nombre de bits effectifs. Cela se fera avec un convertisseur analogique-numérique
existant sur le marché. Dans un deuxième temps, nous développerons le concept d'entrelacement optique,
c’est-à-dire, la mise en parallèle de quatre de ces échantillonneurs. La puce optique ainsi développée
effectuera à la fois l'opération d'échantillonnage et celle de conversion série-parallèle, afin de répartir le
débit d'échantillons sur plusieurs codeurs numériques. Pour cela nous intègrerons sur une même puce
plusieurs portes optiques ainsi que la circuiterie optique nécessaire à la synchronisation et à la distribution
des différents signaux de commande. La solution retenue est l’hybridation sur Silicium des portes optiques
réalisées en matériau III-V.
Cette technologie permettra de franchir la limitation actuelle sur la vitesse des codeurs à haute
précision (nombre de bit significatifs), utilisés dans le domaine de la défense, en particulier la guerre
électronique, mais aussi pour les applications civils, en particulier le domaine de l'imagerie médicale en
trois dimensions. La technologie utilisée dans ce projet est entièrement compatible avec le domaine
spectral des télécommunications (bande C, autour de 1,5 µm). Ce choix permet de bénéficier de
l'environnement technologique des composants télécoms, en particulier les lasers à verrouillage de modes
à faible gigue, ainsi que de l'instrumentation, avec un impact très favorable sur les coûts et les temps de
développement.