Etude théorique des amplificateurs sensibles à la phase des fibres pourles applications

A theoretical investigation of fiber phase sensitive amplifiers for applications

• Auteur / Autrice : Debanuj Chatterjee
• Direction : Fabien Bretenaker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 27/01/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Lumière, matière et interfaces (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2020-...)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Ledoux-Rak
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Chartier, Arnaud Mussot, Ihsan Fsaifes, Christophe Finot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Chartier, Arnaud Mussot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optoélectronique hyperfréquence

Photonique

Gyroscopes optiques

Mots clés libres

Fibre optique.

Amplification paramétrique

Amplificateur sensible à la phase

Photonique hyperfréquence

Fiber optics

Parametric amplification

Phase sensitive amplifier

Microwave photonics

Résumé

Les amplificateurs paramétriques à fibre optique (FOPA) sont prometteurs pour les systèmes de communication de demain. En particulier, les amplificateurs sensibles à la phase des fibres offrent des fonctionnalités intéressantes comme un faible bruit et un gain élevé, ce qui en fait des candidats potentiels pour des applications dans les liaisons photoniques micro-ondes. Cette thèse propose une étude théorique de tels amplificateurs sensibles à la phase destinés à certaines applications.La première partie de la thèse est consacrée au développement d'un modèle analytique pour la propagation de sept ondes continues à travers un FOPA. Le système est résolu lorsque les effets non linéaires de la fibre ne sont pas trop forts. Le modèle développé révèle le rôle important des ondes d'ordre supérieur dans la détermination des performances d'amplification du FOPA. Des stratégies sont formulées pour améliorer l'amplification. La possibilité d'une conversion de fréquence sensible à la phase avec seulement deux ondes de pompe est également prédite.Dans la deuxième partie de cette thèse, la possibilité d'introduire un amplificateur sensible à la phase dans une liaison photonique hyperfréquence pour la distribution de signaux analogiques est étudiée. Un modèle numérique est utilisé pour simuler comment les non-linéarités RF dans une liaison photonique hyperfréquence sont amplifiées par le FOPA. Les performances de la liaison lorsque le FOPA atteint la saturation du gain sont également étudiées. L'étude révèle la possibilité d'une atténuation de la non-linéarité RF en utilisant la non-linéarité de la fibre. La mise en œuvre de telles techniques pourrait conduire à la réalisation de liaisons photoniques hyperfréquences à longue portée et hautement linéaires pour les applications de déport d'antenne.

Fiber optic parametric amplifiers (FOPA) are promising for tomorrow's communication systems. In particular, fiber phase sensitive amplifiers offer attractive functionalities like low noise and high gain which makes it a potential candidate for applications in microwave photonic links. This thesis provides a theoretical investigation of such fiber phase sensitive amplifiers aimed towards applications.The first part of the thesis is dedicated towards development of an analytical model for propagation of seven CW waves through a FOPA. The system was solved exactly when nonlinear effects of the fiber are not strong. The developed model unravelled the important role of the higher order waves in determining the amplification performance of the FOPA. Strategies were formulated to enhance the amplification and the possibility of a phase sensitive frequency conversion with just two pump waves was also predicted.In the second part of this thesis, the possibility of introducing a fiber phase sensitive amplifier in a microwave photonic link for analog signal distribution was investigated. A numerical model was utilized to simulate how the RF nonlinearities in a microwave photonic link are amplified by the FOPA. The performance of the link when the FOPA attains a gain saturation was also studied. The study revealed the possibility of RF nonlinearity mitigation using the fiber nonlinearity. Implementation of such techniques could lead to realization of long-range and highly linear microwave photonic links for antenna remoting applications.