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9 mai 2006 Olivier Jeannin 1 LisaPathfinder Nos travaux à lAPC.

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1 9 mai 2006 Olivier Jeannin 1 LisaPathfinder Nos travaux à lAPC

2 9 mai 2006Olivier Jeannin2 Introduction Lisa Pathfinder : mission technologique Phase C Participation avec lESA du choix de lindustriel : Contraves Participation avec lESA du choix de lindustriel : Contraves Suivi de réalisation du Laser Modulator Suivi de réalisation du Laser Modulator Mise au point de tests Mise au point de tests –Interférométrie à 1 laser –Mesure des bruits (phase, fréquence) de linterférence

3 9 mai 2006Olivier Jeannin3 Synoptique fonctionnel du LM

4 9 mai 2006Olivier Jeannin4 Interférométrie hétérodyne à 1 laser AOMLaser Nd-YAG Laser He-Ne Isolateur Optique 632 nm (visible) pour alignement 1064 nm (infrarouge) AOM Réglage du chemin optique Photodiode Signal à 80 MHz 80 MHz + f het 80 MHz Photodiode Signal à f het

5 9 mai 2006Olivier Jeannin5 Mesure du bruit de phase et de la pureté spectrale

6 9 mai 2006Olivier Jeannin6 Tests à effectuer TestsRequirements Reflection of optical signal from the Modulator Unit back into the laser head :< -18db Spectral purity in each optical beam. Side bands : Single side band noise floor : < -100dBc < -120dBc/Hz Single side band phase noise in each optical beam< rad/vHz Output power of the frequency-shifted optical signal at each output : (Assuming 25 mW input power) > 5 mW Difference of the optical output power between both channels :< 5 %. Variation range of the optical output power due to the AOM amplitude modulation method Control bandwidth.: < ± 20% > 50 kHz. Relative power stability of the laser radiation for each frequency (and) at the output : Ellipticity of the output optical signals : Polarization axis of the output optical signals : < 1:50 < ± 5 degrees Variation range of the optical pathlength difference by the OPDA : Control bandwidth : < ± 30 µm > 10 Hz Influence of OPDA stabilization on :-optical power variation -polarization: variation at the end of fiber (after a linear polarizer) for the full dynamic range of OPDA stabilization < 5 %

7 9 mai 2006Olivier Jeannin7 Mesure du bruit de phase Exigences : Exigences : –10 -6 radian/ Hz entre 500 Hz et 5000 Hz (-120 dBc/Hz) Méthode de mesure: Méthode de mesure: –Détection de linterférence entre le faisceau laser à f 0 (non shifté) et le faisceau de sortie dun AOM Détection dun signal à 80 MHz Diode large bande (> 80 MHz) Détection dun signal à 80 MHz Diode large bande (> 80 MHz) Appareil de mesure de bruit de phase dédié (aucun analyseur de spectre nest assez précis) Appareil de mesure de bruit de phase dédié (aucun analyseur de spectre nest assez précis) Source RF avec un bruit de phase au moins équivalent: Source RF avec un bruit de phase au moins équivalent: –Utilisation dun oscillateur et de multiplicateurs ultra-faible bruit de phase

8 9 mai 2006Olivier Jeannin8 Mesure du bruit de phase : matériel Analyseur de bruit de phase : PN8000 de chez AEROFLEX Analyseur de bruit de phase : PN8000 de chez AEROFLEX –Plancher de bruit de phase : 1 kHz: -150 dBc/Hz 1 kHz: -150 dBc/Hz Synthétiseur RF : 2023 de chez AEROFLEX avec option haute stabilité Synthétiseur RF : 2023 de chez AEROFLEX avec option haute stabilité –Bruit de phase mesuré avec PN8000 (typique): 1 kHz: -140 dBc/Hz 1 kHz: -140 dBc/Hz Oscillateur ultra faible bruit de phase Wenzel : 10 MHz-SC Blue top Oscillateur ultra faible bruit de phase Wenzel : 10 MHz-SC Blue top Doubleur et quadrupleur Wenzel ultra faible bruit de phase Doubleur et quadrupleur Wenzel ultra faible bruit de phase Performance globale de bruit de Phase (typique) : Performance globale de bruit de Phase (typique) : –1 KHz -151 dBc/Hz

9 9 mai 2006Olivier Jeannin9 Mesure de la pureté spectrale Exigences: Exigences: –Les bandes latérales doivent être atténuées de -100 dBc Bandes centrées autour de 80 MHz et 160 MHz (ordres de diffraction) Bandes centrées autour de 80 MHz et 160 MHz (ordres de diffraction) Bandes BF à n x f h Bandes BF à n x f h « Sidebands mixing »

10 9 mai 2006Olivier Jeannin10 Mesure de la pureté spectrale Exigences: Exigences: –Les bandes latérales doivent être atténuées de -100 dBc Bandes centrées autour de 80 MHz et 160 MHz (ordres de diffraction) Bandes centrées autour de 80 MHz et 160 MHz (ordres de diffraction) Bandes BF à n x f h Bandes BF à n x f h –Le plancher de bruit doit être inférieur à -120 dB/Hz « Sidebands noise floor »

11 9 mai 2006Olivier Jeannin11 Mesure de la pureté spectrale Exigences: Exigences: –Les bandes latérales doivent être atténuées de -100 dBc Bandes centrées autour de 80 MHz et 160 MHz (ordres de diffraction) Bandes centrées autour de 80 MHz et 160 MHz (ordres de diffraction) Bandes BF à n x f h Bandes BF à n x f h –Le plancher de bruit doit être inférieur à -120 dB/Hz Principe de la mesure: Principe de la mesure: –Détection dun faisceau sur une photodiode large bande (> 160 MHz) –Mesure de la RF : analyseur de spectre –Mesure de la BF : analyseur FFT

12 9 mai 2006Olivier Jeannin12 Mesure de la pureté spectrale : matériel analyseur FFT : SR770 de chez STANFORD-Research (le groupe Cosmologie en possède un) analyseur FFT : SR770 de chez STANFORD-Research (le groupe Cosmologie en possède un) Analyseur de spectre : E4402B de chez AGILENT avec options dextension (préamplificateur, gamme danalyse, résolution) Analyseur de spectre : E4402B de chez AGILENT avec options dextension (préamplificateur, gamme danalyse, résolution) –Gamme de fréquence danalyse: 30 Hz – 3 GHz –Résolution : 1Hz à 5 MHz –Plancher de bruit (DANL): (atténuation: 0 – VBW: 1 Hz - typique) 30 Hz – 1 kHz: -130dBm/Hz 30 Hz – 1 kHz: -130dBm/Hz 9 kHz : 149 dBm/Hz 9 kHz : 149 dBm/Hz 100 kHz – 10Mhz: -162 dBm/Hz 100 kHz – 10Mhz: -162 dBm/Hz 10 MHz – 1 GHz: dBm/Hz 10 MHz – 1 GHz: dBm/Hz

13 9 mai 2006Olivier Jeannin13 Etude des AOM : bruits et temps de propagation Comparaison dAOM : Comparaison dAOM : –AA vs Gooch & Housego –transverses vs longitudinaux Mesure des temps de propagation et temps de montée Mesure des temps de propagation et temps de montée –Nécessaire pour asservissement en puissance (BP>50kHz) –Variation suivant type dAOM, distance du transducteur et diamètre du faisceau

14 9 mai 2006Olivier Jeannin14 Temps de propagation Gooch & Housego, mode transverse : Gooch & Housego, mode transverse : 6,43 μs (BP=20 kHz) AA, mode transverse : AA, mode transverse : Environ 4 μs

15 9 mai 2006Olivier Jeannin15 Comparaison dAOM Mode transverse Mode longitudinal Bande passante -+ Puissance électrique +- Pureté spectrale +- Efficacité+-

16 9 mai 2006Olivier Jeannin16 Fin Travaux futurs : Travaux futurs : –Mesure de phase –Interférométrie multi-lasers Bientôt : meilleure installation Bientôt : meilleure installation

17 9 mai 2006Olivier Jeannin17 Mesure de phase : matériel Mesure de phase: 53132A de chez AGILENT avec option ultra haute stabilité: Mesure de phase: 53132A de chez AGILENT avec option ultra haute stabilité: –Résolution temporelle : 150 ps –Résolution de mesure de phase: f = 1 kHz –Stabilité: Par jour: <1x Par jour: <1x10 -10


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