Causes du chirp optique et comment le réduire

Un chirp optique est un changement soudain de la longueur d'onde centrale d'un laser, causé par l'instabilité du laser. Un chirp est une fréquence de signal qui augmente avec le temps, appelée « up-chirp », ou diminue, appelée « down-chirp ». Dans certaines sources, le terme chirp est utilisé de manière interchangeable avec le signal de balayage.

Le chirp se produit lorsque le front montant d'une impulsion a une fréquence légèrement différente de celle du front descendant. Lorsque des impulsions sont générées à l'extrémité transmise, la modulation d'intensité provoque une modulation de phase en raison du changement induit par la porteuse dans l'indice de réfraction. Ce changement est intrinsèquement dû à la largeur de raie laser. L'effet de chirp peut être réduit en utilisant des modulateurs externes.

Lorsque le modulateur envoie des impulsions au laser, une différence d'indice de réfraction de la sortie laser peut provoquer un chirp dans un système WDM (multiplexage par répartition en longueur d'onde). WDM combine divers signaux sur des faisceaux laser à différentes longueurs d'onde infrarouges (IR) pour la transmission sur des supports à fibre optique. Chaque laser est modulé par un ensemble indépendant de signaux. La modulation peut être obtenue en superposant un flux de données série sur un signal porteur en modifiant l'un des paramètres du signal porteur. Dans un réseau optique, les données sont modulées sur la lumière émise par un laser.

Le terme chirp est également utilisé familièrement pour désigner le décalage de fréquence obtenu avec certaines sources laser lorsque leur intensité est modifiée. Dans un système optique à dispersion chromatique, cela provoque des changements de vitesse de propagation pour différentes parties d'un signal modulé en amplitude.

Un exemple de chirp optique est une diode laser à semi-conducteur. L'indice de réfraction du matériau semi-conducteur dépend du courant traversant le matériau. Ainsi, lorsque le laser est modulé, la densité de courant change, ce qui modifie la longueur optique (longueur physique × indice de réfraction) de la cavité, décalant ainsi la fréquence centrale de la diode laser.

Les signaux chirp sont observés dans de nombreuses applications différentes allant du radar, du sonar, du spectre étalé, de la communication optique, du traitement d'image, de l'effet Doppler, de la modulation FM ou des ondes de gravitation. Le chirp de fréquence peut limiter les performances d'un système à fibre optique car lorsqu'un laser à semi-conducteur est modulé directement, il s'accompagne généralement d'une modulation de phase. Le spectre d'une impulsion optique est considérablement élargi du fait du chirp de fréquence. L'utilisation d'un modulateur externe tel qu'un laser à rétroaction distribuée (DFB) supprimera le chirp de fréquence car il est allumé en continu ; il n'y a pas d'activation et de désactivation, ce qui peut provoquer le problème. 

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