02modulateur électro-optiqueetmodulation électro-optiquepeigne de fréquences optiques
L'effet électro-optique désigne la variation de l'indice de réfraction d'un matériau sous l'effet d'un champ électrique. Il existe deux principaux types d'effets électro-optiques : l'effet électro-optique primaire, également appelé effet Pokels, qui correspond à une variation linéaire de l'indice de réfraction du matériau en fonction du champ électrique appliqué ; et l'effet électro-optique secondaire, aussi appelé effet Kerr, où la variation de l'indice de réfraction est proportionnelle au carré du champ électrique. La plupart des modulateurs électro-optiques sont basés sur l'effet Pokels. Grâce à un modulateur électro-optique, il est possible de moduler la phase de la lumière incidente et, par une conversion appropriée, d'en moduler également l'intensité ou la polarisation.
Il existe plusieurs structures classiques différentes, comme illustré sur la figure 2. Les structures (a), (b) et (c) sont toutes à modulateur unique et de conception simple, mais la largeur de raie du peigne de fréquences optiques généré est limitée par la bande passante électro-optique. Si un peigne de fréquences optiques à haute fréquence de répétition est requis, deux modulateurs ou plus sont nécessaires en cascade, comme illustré sur la figure 2(d) et (e). Le dernier type de structure générant un peigne de fréquences optiques est appelé résonateur électro-optique ; il s’agit soit d’un modulateur électro-optique placé à l’intérieur du résonateur, soit d’un résonateur produisant lui-même un effet électro-optique, comme illustré sur la figure 3.
FIG. 2 Plusieurs dispositifs expérimentaux pour la génération de peignes de fréquences optiques basés surmodulateurs électro-optiques
FIG. 3 Structures de plusieurs cavités électro-optiques
03 Caractéristiques du peigne de fréquences optiques à modulation électro-optique
Premier avantage : la possibilité de réglage
Puisque la source lumineuse est un laser à large spectre accordable et que le modulateur électro-optique possède également une certaine bande passante de fonctionnement, le peigne de fréquences optiques issu de la modulation électro-optique est lui aussi accordable en fréquence. De plus, la génération du signal par le modulateur étant accordable, la fréquence de répétition du peigne de fréquences optiques résultant l'est également. Il s'agit d'un avantage dont ne disposent pas les peignes de fréquences optiques produits par des lasers à modes verrouillés et des microrésonateurs.
Deuxième avantage : la fréquence de répétition
La fréquence de répétition est non seulement flexible, mais elle peut également être obtenue sans modifier l'équipement expérimental. La largeur de raie du peigne de fréquences optiques à modulation électro-optique est approximativement équivalente à la bande passante de modulation. La bande passante des modulateurs électro-optiques commerciaux courants est de 40 GHz, et la fréquence de répétition du peigne de fréquences optiques à modulation électro-optique peut dépasser la bande passante des peignes de fréquences optiques générés par toutes les autres méthodes, à l'exception du microrésonateur (qui peut atteindre 100 GHz).
Avantage 3 : mise en forme spectrale
Comparée au peigne optique produit par d'autres moyens, la forme du disque optique du peigne optique modulé électro-optiquement est déterminée par un certain nombre de degrés de liberté, tels que le signal radiofréquence, la tension de polarisation, la polarisation incidente, etc., qui peuvent être utilisés pour contrôler l'intensité des différents peignes afin d'atteindre l'objectif de mise en forme spectrale.
04 Application du peigne de fréquences optiques à modulateur électro-optique
Dans les applications pratiques des peignes de fréquences optiques à modulateur électro-optique, on distingue les spectres à peigne simple et à peigne double. L'espacement interréticulaire d'un peigne simple est très faible, ce qui permet d'atteindre une grande précision. De plus, comparé aux peignes de fréquences optiques produits par laser à modes verrouillés, le dispositif à peigne de fréquences optiques à modulateur électro-optique est plus compact et offre une meilleure accordabilité. Le spectromètre à peigne double résulte de l'interférence de deux peignes simples cohérents présentant des fréquences de répétition légèrement différentes ; cette différence de fréquence de répétition détermine l'espacement interréticulaire du nouveau spectre du peigne d'interférence. La technologie des peignes de fréquences optiques trouve des applications en imagerie optique, télémétrie, mesure d'épaisseur, étalonnage d'instruments, mise en forme de spectres à formes d'onde arbitraires, photonique radiofréquence, communication à distance, furtivité optique, etc.
Figure 4. Scénario d'application d'un peigne de fréquences optiques : exemple de la mesure du profil d'une balle à grande vitesse
Date de publication : 19 décembre 2023