Synchro esculap (PHIL laseriX) Synchro Phil LaseriX Mars 2017 Campagne de mesure après stabilisation de l’oscillateur LaseriX mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) Système de synchronisation des lasers par coïncidences. Les deux 75MHz des oscillateurs laser sont mélangés. (la sortie du Quartz phil n’est pas directement utilisée car les battements de fréquence Phil laseriX perturbe l’asservissement de phase de Phil) La résultante (environ 1KHz 150mV rms) est envoyé dans le stanford pour générer un 20Hz. (Trig ext et holdoff de 50ms). (le stanford est utilisé car le niveau du signal 1KHz n’est pas suffisant pour trigger directement le masterclock) Le 20Hz stanford est envoyé dans le trigger externe du masterclock. Le masterclock renvoie les gates 10Hz (ou 5Hz) vers les lasers ou le timing de Phil. Les impulsions lasers uniques sont envoyées sur des photodiodes rapides (rise time 50ps amplitude 1à2V) Le jitter entre les deux impulsions est mesuré à l’oscilloscope 40GS/s , signaux plein écran. (seuil de mesure fixe égal au niveau du trigger du scope sur les deux voies) . Le trigger 10Hz du laser de Phil est retardé de 880.42µs pour compenser le retard de l’amplificateur LaseriX mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Schéma de la synchro Phil LaseriX Quartz PHIL 75MHz Oscillateur Laser PHIL Ampli laser Photodiode Rapide Oscilloscope 40GS/s Stanford Masterclock CH2 clk CH3 75MHz 10HZ 20HZ Oscilateur LaseriX Ampli laser Photodiode Rapide Δf Oscillateur PHIl Oscillateur LaseriX Environ 1KHz ‘150mV rms Picoseconde laser pulse

Synchro esculap (PHIL laseriX) (pendant les mesures asservissement de phase PHIL 2.3ps RMS sur le software laser) Trig ext laseriX asservissement de fréquence OFF jitter 7ps RMS sur 30s (Im1)(sur un temps plus long on observe la dérive en fréquence de L’oscillateur de LaseriX) Trig ext laseriX asservissement de fréquence ON jitter 7.8ps RMS sur 250 s, 7.7ps RMS sur 400s (Im2) Trig ext laseriX asservissement de fréquen OFF piezzo OFF jitter 7.2ps RMS sur 30 s (Im4) Influence du retard des pulses laser par rapport à la synchro ext 1KHz (Im5) On ajoute un retard de 800µs sur la déclenche des deux pulses (10Hz) jitter 7.8ps RMS : l’accroissement du retard n’a pas d’influence sur le jitter. mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) (Im2) (Im1) (Im4) (Im5) mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) Mesure 1: jitter scope 1.2ps RMS, affichage software laser 1200fsRMS (Im6) On mesure le jitter entre le pulse laser à 5Hz et la RF 3GHz Quartz PHIL 75MHz Oscillateur Laser PHIL Ampli laser Photodiode Rapide Oscilloscope 40GS/s PLL *40 CH2 CH3 75MHz 3GHz Picoseconde laser pulse mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) Mesure 5: jitter scope 1.6ps RMS, sur 250s (Im11) On mesure le jitter entre le pulse laser à 10Hz et la RF 3GHz C’est le jitter de la chaine d’ampli optique laseriX Oscillateur Laser laseriX Ampli laser Photodiode Rapide Oscilloscope 40GS/s CH2 CH3 PLL *40 75MHz 3GHz Picoseconde laser pulse mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) (Im6) (Im11) mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) Mesures Oscilateur PHIL Photodiode Rapide Quartz PHIL 75MHz Att 10dB diviseur Ampli laser Oscilloscope 40GS/s diviseur Ampli +filtre PLL *40 Ampli CH2 CH3 Stanford Masterclock Filtre PB 75MHz 10HZ Oscilateur LaseriX Ampli laser Photodiode Rapide 3GHz Picoseconde laser pulse 1KHz 20Hz mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) Une optimisation de cablage a été faite pour augmenter l’isolation entre les deux voies de 75MHz Les mesures ont été faites en faisant varier l’amplitude du signal de sortie du mélangeur pour obtenir une meilleure détection du passage à « 0 » L’asservissement du laser de PHIl (Crlcmd) affiche entre 1.2 et 1.6ps de jitter Les niveaux d’entrée de 75MHz sont de 400mV eff sur le mélangeur La mesure de référence est effectuée avec un filtre passe bas à 2MHz en sortie mélangeur Mesure référence: sortie mélangeur 360mVcc jitter LaseriX 3GHz 6psRMS Filtre passe bas 5KHz sortie mélangeur 310mVcc jitter LaseriX 3GHz 4.5psRMS(100sec) 4ps(10s) (Im15) sortie mélangeur 237mVcc (3db att) jitter LaseriX 3GHz 5.5psRMS(160sec) (Im16) sortie mélangeur 340mVcc (changement cablage photodiode laseriX) jitter LaseriX 3GHz 6psRMS(100sec) jitter LaseriX Laser PHIL 6.6psRMS(100sec) (Im17) mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) (Im15) (Im16) (Im17) mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) Incertitude liée au jitter de déclenchement de la porte 10Hz Dans le schéma ci-dessous on considère uniquement un décalage en fréquence entre le 75MHz laseriX et le 75MHz du laser PHIL. On voit apparaitre que la position d’ouverture de la porte entraine mécaniquement un jitter relatif du au déphasage progressif des deux laser. Position potentiel de la porte du au jitter déclenche du passage à « 0 » D’après les calculs (merci Ronic): δt0 jitter temporel entre les deux lasers δφ0 jitter en phase entre les deux lasers δt jitter de la détection deux passage à « 0 » Pour notre cas nous obtenons pour un jitter δt0 de 10ps, un δt jitter de la détection du passage à « 0 » de 720ns. Equivalent à un bruit d’amplitude de 2.4mV sur un signal de 1Vpp mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) Mesure du jitter de déclenche (10Hz) du masterclock et les signaux 75MHz en entrée du mélangeur 75MHz voie1 Div/2 Oscilloscope 40GS/s Filtre PB 2MHz Stanford Masterclock CH1 CH2 75MHz voie2 CH3 Div/2 Le scope est trigger sur le voies CH2 et CH3 en coïncidence, le jitter est mesuré entre la voie CH1 et la déclenche du scope. Delta f (KHz) Jitter (ns) porte mesuré Jitter laser (ps) Calcul théorique (pour un jitter de 10ps) (ns) 1 420 5,60 750 2 240 6,40 375 5 100 6,67 150 10 50 75 9,6 15 4,6 6,13 7,5 mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) On a montré la limite de la sensibilité du système de coïncidence. Le filtrage du signal de sortie mélangeur et l’amélioration du S/B nous permet d’atteindre au mieux 4.5ps de jitter RMS (IM15). source potentielle du jitter (la source 1 est la source planché actuellement) Précision de déclenche sur le 1KHz (jitter 1ps équivaut à 75ns de jitter ou 0,24mV.sur le 1KHz) Asservissement en fréquence de laseriX Retard de LaseriX par rapport à la déclenche Solutions d’amélioration envisageables: Changement de fréquence de mélange (passage à 3GHz) Trigger hors séquence de l’asservissement fréquence laseriX (voire nécessité de l’asservissement) Amélioration du ratio S/B en sortie de mélangeur Asservissement de la cavité LaseriX en phase Réduction de retard de LaseriX (en cours...) mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) Mesure 6: jitter scope 9ps RMS !!!! Trop grand!!! (Im12) On mesure le jitter entre le pulse laser à 10Hz et la RF 3GHz C’est le jitter de la chaine d’ampli optique PHIL Oscillateur Laser PHIL Ampli laser Photodiode Rapide Oscilloscope 40GS/s CH2 CH3 PLL *40 75MHz 3GHz Picoseconde laser pulse mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) Mesure 6bis: jitter scope 4ps RMS !!!! Trop grand!!! (Im13) Asservissement phase on 950fs RMS On mesure le jitter entre le pulse laser à 10Hz et la RF 3GHz C’est le jitter de la chaine d’ampli optique PHIL Oscillateur Laser PHIL Quartz PHIL 75MHz Ampli laser Photodiode Rapide Oscilloscope 40GS/s CH2 CH3 Filtre 75MHz PLL *40 75MHz 3GHz Picoseconde laser pulse mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) (Im12) (Im13) mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) jitter 18ps RMS retard masterclock 0s, jitter 17ps RMS retard maserclock 1000µs Pour cette mesure l’oscillateur PHIL est en mode propre (asservissement OFF) PLL *40 Quartz PHIL 75MHz Oscilloscope 40GS/s Stanford Masterclock CH2 CH3 75MHz Oscilateur PHIL Ampli laser Photodiode Rapide 10HZ 3GHz Picoseconde laser pulse mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)

Synchro esculap (PHIL laseriX) jitter 18ps RMS retard masterclock 0s, Pour cette mesure l’oscillateur PHIL est asservi sur le 75MHz du tektronix (asservissement PHIL 4500fs RMS) Le tektronix est remplacé par le 75MHz de laseriX. L’asservissement de phase n’accroche pas! (à refaire Delta freq des deux oscillateurs trop éloignées?) PLL *40 Quartz PHIL 75MHz Oscilloscope 40GS/s Stanford Masterclock CH2 CH3 75MHz Oscilateur PHIL Ampli laser Photodiode Rapide 10HZ 3GHz Picoseconde laser pulse Tektronix 75MHz mars 2017 Synchro esculap (PHIL laseriX)