Dans l'article précédent (CONECtrónica n° 93, janvier 2006, p. 12-14), la procédure de caractérisation optoélectronique d'une diode laser, à l'aide d'un système de test LIV, a été expliquée. Ce test est essentiel pour détecter d'éventuels dysfonctionnements des dispositifs et obtenir leurs courbes de modulation.Cet article étendra ensuite l'analyse aux paramètres spectraux des sources optiques, à l'aide d'un analyseur de spectre optique (OSA). La précision des mesures dépendant largement d'un étalonnage correct de l'instrument, une des procédures d'étalonnage des analyseurs de spectre optique sera également brièvement présentée.
Caractérisation spectrale d'une source optique
Comme mentionné précédemment, un analyseur de spectre optique est utilisé pour la caractérisation spectrale d'une source optique. Cet instrument de mesure permet de déterminer de nombreux paramètres de la source, tels que la longueur d'onde centrale, la puissance crête, la densité spectrale de bruit, la bande passante, la séparation des modes, etc. La quasi-totalité des analyseurs couvrent une large gamme de longueurs d'onde (par exemple, de 600 à 1700 nm), ce qui permet de mesurer n'importe quelle source optique utilisée dans les émetteurs des systèmes de communication (première, deuxième et troisième fenêtres de transmission). Selon le type de source, les mesures requises peuvent varier considérablement, car des caractéristiques spécifiques doivent être prises en compte dans chaque cas. Certaines de ces caractéristiques sont résumées ci-dessous.
Lasers DFB.
Dans les lasers DFB, les principaux paramètres à mesurer sont : la longueur d’onde de crête, l’amplitude/puissance de crête, la suppression de la bande passante (A), le décalage du centre (B), le décalage de mode (C), la bande passante, la suppression de la bande passante et le taux de suppression de mode (D) ou SMSR (taux de suppression des modes latéraux). La figure 1 présente, à titre d’exemple, le spectre d’un laser DFB ainsi que ses paramètres caractéristiques mesurés à l’aide d’un analyseur de spectre optique. Certains de ces paramètres sont également représentés graphiquement sur cette même figure.
Lasers Fabry-Perot.
Contrairement au laser DFB, le spectre d'un laser Fabry-Perot est composé d'une série de modes longitudinaux. Les paramètres généralement mesurés sont : les longueurs d'onde de crête et moyenne, l'amplitude/puissance de crête, la puissance totale, l'espacement modal (A), la largeur à mi-hauteur (FWHM) (B) et l'écart-type (σ). L'écart-type est défini comme la valeur efficace de la largeur spectrale et est donné par : FWHM = 2,355 × σ. La figure 2 illustre un exemple de mesure pour un laser Fabry-Perot typique.
LED.
Enfin, la LED est un autre type de source optique très caractéristique. Ses principaux paramètres spectraux sont : la longueur d'onde de crête, la FWHM, l'écart-type (σ), la puissance totale ou la densité spectrale de puissance de crête. La figure 3 présente le spectre d'une LED ainsi que la mesure de ses paramètres caractéristiques. Lors de la mesure d'une LED sur un analyseur de spectre optique, la largeur spectrale de la source est bien supérieure à la bande passante de résolution (RBW) de l'analyseur. Par conséquent, les points de la courbe représentent les valeurs de densité spectrale de puissance (mW/nm) et non les puissances absolues. Dans le cas des mesures de la figure 3, la densité de puissance de crête a été spécifiée pour une bande passante de 0,1 nm.
Étalonnage d'un analyseur de spectre :
Pour effectuer des mesures de précision telles que celles décrites précédemment, il est essentiel que l'analyseur soit parfaitement étalonné. Cet étalonnage est systématiquement réalisé avant l'achat, bien qu'un étalonnage périodique soit souvent recommandé. Une procédure courante consiste à utiliser des cellules à gaz comme sources de référence de longueur d'onde. Une cellule à gaz est constituée d'un tube rempli d'un gaz ou d'un mélange de gaz de pureté et de pression connues. Des fibres optiques sont généralement connectées à ce tube, et un signal optique à large bande (généralement issu d'une source de bruit ASE) y est injecté. Les molécules de gaz étant caractérisées par une série de raies d'absorption situées à des longueurs d'onde spécifiques et connues, le spectre optique de sortie de la cellule à gaz peut servir de référence pour l'étalonnage d'un analyseur de spectre optique. De plus, ces raies d'absorption présentent l'avantage d'être très stables face aux variations des conditions environnementales, telles que les variations de température et de pression ou la présence de champs électromagnétiques.
La cellule d'acétylène (C₂H₂) est l'une des principales références de longueur d'onde pour la bande C, son spectre d'absorption couvrant la gamme de 1510 à 1540 nm. Le NIST (National Institute of Standards and Technology), l'agence de normalisation du gouvernement américain, propose une série de notes de référence (SRM, matériaux de référence standard) qui définissent les caractéristiques que doivent respecter les cellules à gaz pour être certifiées comme sources de référence pour l'étalonnage des instruments optiques. Par exemple, la SRM2517 est utilisée pour la cellule d'acétylène. Le spectre d'absorption de l'une de ces cellules est présenté sur la figure 4 (Fabricant : Wavelength References). Comme on peut le constater, cette figure présente plusieurs pics d'absorption à des longueurs d'onde spécifiques. La précision de la longueur d'onde est d'environ 0,3 pm, et sa variation avec la température est inférieure à 0,01 pm/°C. C'est précisément grâce à ces caractéristiques, et également à leur faible coût, que les cellules d'acétylène constituent un dispositif particulièrement adapté à l'étalonnage des analyseurs de spectre optique.
Pour plus d'informations ou un devis
Auteur:
Francisco Ramos Pascual. Docteur en ingénierie des télécommunications
Professeur titulaire à l'Université polytechnique de Valence
