Boucles à verrouillage de phase optique pour la génération de signaux hyperfréquences en bande 5G

L’un des principaux verrous technologiques inhérents au développement des nouvelles technologies de communications sans-fil, comme la 5G, est la transition des fréquences radios classiques, inférieures à 6 GHz, vers le domaine des ondes millimétriques, au-delà de 30 GHz. En effet, les sources électroniques permettant de générer de telles ondes ne sont pas compatibles avec les applications visées, notamment le déploiement au sein d’unités déportées, car trop volumineuses, coûteuses et gourmandes en énergie. Pour les remplacer, les technologies optiques cohérentes font office de favorites car elles permettent de bénéficier des infrastructures déjà déployées en fibre optique tout en minimisant les éléments nécessaires au niveau des antennes. Par ailleurs, la maturité des circuits photoniques intégrés arrive à un point décisif aujourd’hui ce qui permet d’envisager leur usage massif dans les futurs dispositifs de transmissions cohérentes. L’association de ces technologies avec la réduction de la taille des antennes dans le domaine millimétrique débloque également l’accès à des solutions comme la formation de faisceaux et le multiplexage spatial, dont les utilisations dans ce contexte étaient jusqu’ici limitées. Parmi les techniques de génération d’ondes millimétriques par voie optique nous avons décidé d’étudier dans ces travaux la boucle à verrouillage de phase optique, ainsi que sa compatibilité avec les technologies de fonderies commerciales pour la réalisation de circuits intégrés. Le principe repose sur l’asservissement, à l’aide de correcteurs électroniques, des variations de phase de deux lasers dans le but de les rendre artificiellement cohérents. Le battement de ces deux lasers peut alors être facilement utilisé pour effectuer une montée en fréquence de la bande de base vers le domaine millimétrique. Les avantages de cette technique reposent sur une forte puissance optique disponible alliée à une grande flexibilité d’architecture, ce qui convient particulièrement bien à une utilisation au sein de circuits photoniques de traitement de plus en plus complexes. Dans ces travaux nous avons d’abord développé une boucle à base de composants télécoms fibrés commerciaux afin de montrer la viabilité de l’utilisation des lasers à semi-conducteurs au sein de ce genre de dispositif. Cette boucle a été ensuite implémentée dans diverses expériences de transmissions en bande K (20-30 GHz) au sein du démonstrateur du projet européen blueSPACE sur la 5G, ce qui nous a p