Academic literature on the topic 'Génération de fréquence'

Le déploiement à grande échelle de l’internet des objets nécessite le développement de systèmes de radiocommunication plus économes en énergie, dont le circuit de génération de fréquences est connu pour être particulièrement énergivore. L’objectif de ce travail de thèse est donc d’une part de développer une synthèse de fréquences très faible consommation et d’autre part de démontrer les performances de la technologie FDSOI pour des applications analogiques et radiofréquences. Dans le premier chapitre sont présentées les spécifications du standard choisi -le BLE-, les spécificités de la technologie FDSOI et l'état de l’art des architectures de transmetteurs radiofréquences à faible consommation. Nous avons retenue de cette comparaison l'architecture à division par phases. Le deuxième chapitre présente les résultats de trois types de modélisation système de l’architecture ; 1 - le fonctionnement de ses composants et les points clés à respecter pour son implémentation, 2 - le comportement en bruit de phase pour la définition des spécifications, et 3 - l’impact de l’architecture sur la génération de raies spectrales parasites. Cette étude nous a permis de fixer le cahier des charges du VCRO développé au chapitre suivant. Le troisième chapitre est consacré à la conception, la réalisation et le test de 4 topologies de VCROs en technologie FDSOI 28nm et d'un circuit de test. Les premiers résultats de mesure sont encourageants mais nécessitent d’être complétés par des mesures avec PLL fractionnaire intégrée. En effet, la sensibilité des circuits à la tension d’alimentation (pushing de l’ordre de 5 GHz/V) a rendu les mesures du bruit de phase très délicates<br>The large-scale deployment of IoT requires the development of more efficient energy radio systems, within which the frequency generation circuit is known to be particularly energy-consuming. The objective of this thesis is firstly to develop a very low consumption frequency synthesis and secondly to demonstrate the performance of the FDSOI technology for analog and RF applications.In the first chapter are the specifications of the chosen standard -the BLE-, the specifications of the FDSOI technology and state of the art of low power radio frequency synthesizers architecture. We have chosen from this comparison the Fractional Phase Divider architecture. The second chapter presents the results of three types of system simulations of the PLL; 1 - the operation of its components and the key points to be respected for its implementation, 2 - the phase noise behavior for the definition of specifications, and 3 - the impact of architecture on the generation of spurious. This study allowed us to set the specifications of VCROs developed in the next chapter. The third chapter is dedicated to the design, implementation and testing of four topologies of VCROs and a test circuit in FDSOI 28nm technology. The first measurement results are encouraging but they need to be complemented by an integrated fractional PLL measurement. Indeed, the sensitivity of the circuits to the supply voltage (pushing of about 5 GHz/V) made measurements of phase noise very delicate. The measured consumption is less than 0.8 mA and the surface of the circuits is of the order of 600 µm².In the fourth and final chapter we present the implementation at circuit-level of a phase synchronization PLL

Des applications telles que la spectroscopie des gaz ou l’imagerie médicale nécessitent des sources de lumières émettant dans l’infrarouge moyen et lointain (10 µm&lt;λ &lt; 28 µm) ainsi que dans le THz (λ &gt; 60µm). Des composants à émission mono-fréquence, fonctionnant en régie continu (CW) et performants sont primordiales pour ce type d’applications. Les lasers à cascade quantiques (LCQs) sont les uniques sources pouvant couvrir cette large gamme de longueur d’onde grâce à leurs transitions inter-sous bandes. Toutefois les performances des LCQs dans cette gamme de longueur d’onde sont souvent limitées par les transitions non radiatives. Ces derniers génèrent des mécanismes tel que l’absorption des photons par les phonons TO où la relaxation des électrons par les phonons LO. Par conséquent, l’émission laser en CW et à température ambiante devient particulièrement difficile. L’objectif de cette thèse est le développement des LCQs InAs/AlSb au-delà de 10 µm pour l’émission mono-fréquence et la génération du THz par différence de fréquence. Un point clé dans ce travail est l’utilisation du système de matériaux InAs/AlSb. Son avantage repose sur la faible masse effective. Elle est de 0,023m0 pour l’InAs contre 0,041m0 pour l’InGaAs et 0,067m0 dans le GaAs. En premier lieu, la mise au point de régions actives LCQs à base d’InAs/AlSb émettant à 11µm a été effectuée. Ce travail a permis la réalisation de sources DFB mono-fréquence émettant en continu à 295K et qui ont été employées dans la spectroscopie QEPAS de l’éthylène. Ce LCQ transféré sur un substrat Silicium (Si), a démontré de très hautes performances. La gamme de longueur d’onde ≥ 11µm a également été exploitée. Tout d’abord en employant un guide d’onde diélectrique où cette étude a permis de réaliser des dessins de régions actives à 20µm dont les performances dépassent l’état de l’art mondial avec un fonctionnement en continu jusqu’à 240K. Ensuite, ces technologies ont aussi été exploitées en employant des guides d’onde métal-métal. Dans cette partie, les limites des guides métal-métal ont été exploités. Ceci a permis de réaliser un LCQ DFB bi-fréquence à guide métal-métal émettant deux longueurs d’ondes dans le lointain infrarouge pour la génération du THz par différence de fréquence. Dans ce contexte, la non-linéarité de ce type de région active a été optimisée. L’extraction de l’onde THz a également été étudiée<br>Applications such as gas spectroscopy or medical imaging require light sources emitting in the mid- and far infrared (10 µm&lt;λ &lt; 28 µm) as well as in the THz (λ &gt; 60µm). High-performance, continuous wave regime (CW) and single-frequency emission components are essential for this type of application. Quantum cascade lasers (QCLs) are the only sources that can cover this wide range of wavelengths thanks to their inter-sub-band transitions. However, the performance of LCQs in this wavelength range is often limited by non-radiative transitions. The latter generate mechanisms such as photon absorption by TO phonons or electron relaxation by LO phonons. As a result, laser emission in CW and at room temperature becomes particularly difficult. The objective of this thesis is the development of InAs/AlSb LCQs above 10 µm for single-frequency emission and THz generation by frequency difference. A key point in this work is the use of the InAs/AlSb material system. Their advantage is based on the low effective mass. It is 0.023m0 for InAs compared to 0.041m0 for InGaAs and 0.067m0 in GaAs.First, the development of LCQ active regions based on InAs/AlSb emitting at 11µm was carried out. This work made it possible to produce single-frequency DFB sources emitting continuously at 295K and which were used in QEPAS spectroscopy for ethylene sensing. This LCQ has also been transferred to Silicon (Si) substrate. He has demonstrated the world's most efficient LCQ grown directly on Si substrate. The wavelength range ≥ 11µm was also explored. First, by using a dielectric waveguide where this study leads to an active region design at 20µm whose performances exceed the state of the art in the world with continuous operation up to 240K. Then, these technologies were also exploited by using metal-metal waveguides. In this part, the limits of this waveguide were tested. This made it possible to produce a dual-frequency DFB CQL with a metal-metal waveguide emitting two wavelengths in the far infrared for the generation of THz by difference frequency. In this context, the non-linearity of this type of active region has been optimized. The extraction of the THz wave was also studied

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le développement de références de fréquence optique, ou lasers ultra-stables. Ceux-ci sont obtenus en asservissant la fréquence d’un laser sur une cavité Fabry-Perot de haute finesse. Un premier laser est asservi sur une cavité commerciale en verre ULE et une stabilité relative de fréquence de 1; 9x 10-15 est obtenue à1 s. Ce signal optique est transféré dans le domaine des fréquences micro-ondes par un laser femto-seconde.Le signal obtenu à10 GHz dispose d’un bruit de phase de -104 dBc=Hz à1 Hz. Dans un second temps, une cavité ultra-compacte de 25 mm est développée. Des simulations par éléments finispoussées ont conduit à la fabrication d’une nouvelle géométrie de cavité, dotée de coefficients de sensibilité accélérométriques simulés inférieurs à10-12=(m=s2) selon toutes les directions. Une enceinte à vide compacte, munie d’un banc optique embarqué, a été réalisée de façon à limiter le volume du système complet à environ 40 L. Enfin, une cavité cryogénique en silicium a été conçue. Régulée à une température de 17 K, elle sera limitée par son bruit thermique à un palier de stabilité relative de fréquence de 3x10-17. Un cryogénérateur à faibles vibrations est utilisé pour atteindre cette température. Des modélisations par éléments finis de la cavité ont permis d’obtenir une sensibilité accélérométrique simulée de 4:5 x10-12=(m=s2)<br>The work described in this document deals with optical frequency references, or ultrastable lasers. They are obtained from the frequency locking of a laser on a high finesse Fabry-Perot cavity. A first laser is stabilized on a commercial ULE Fabry-Perot cavity and exhibits a 1:9 x10-15 fractional frequency instability at 1 s. A femtosecond laser is phased lock to this ultrastable laser and allows generating an ultra-pure microwave signal. At 10 GHz, the signal exhibits a -104 dBc/Hz phase noise at 1 Hz. In a second project, we design a 25 mm ultra-compact cavity. Extensive finite element modeling led to a new spacer geometry, with simulated acceleration sensitivities below 10-12=(m=s2) in all directions. A compact vacuum chamber with embedded optical set-up has been developed to reduce the size of the system. Finally, a cryogenic silicon cavity has been designed. It will be cooled down to 17 K. At this temperature, its thermal noise would limit its fractional frequency instability to3 x 10-17. A low vibration cryogenerator is used to reach this temperature. Finite element modeling led to 4:5x 10-12=(m=s2) acceleration sensitivity

Le travail présenté dans ce mémoire a pour objet l'analyse du bruit basse fréquence dans les dispositifs hypérfrequences de diverses technologies SiGe (transistors à effet de champ n-HFET et p-MOSFET, transistors bipolaires TBH et diodes IMPATT). Le bruit basse fréquence joue un rôle important dans les performances des fonctions analogiques telles que les oscillateurs ou les mélangeurs de fréquence. Ce mémoire est divisé en cinq parties. La première partie expose la mise en œuvre du banc de mesure de bruit basse fréquence automatisé. La seconde partie traite du bruit dans les n-HFET à canal Si contraint en fonction du type de substrat virtuel SiGe, de ses dimensions et de la température. La troisième partie est consacrée au p-MOSFET à puits quantique SiGe afin de montrer le bénéfice de la réduction des dispertions par les impuretés et la rugosité de surface. La quatrième partie aborde le cas du TBH SiGe en fonction du niveau de dopage de base et du type de recuit, enfin la dernière partie étude le bruit de diodes IMPATT de longueur de zone intrinséque et de fraction de germanium variable. Les spectres de bruit obtenus présentent des composants de bruit en 1/f, de bruit thermique, de bruit de grenaille et parfois de bruit de génération-recombinaison. Chaque composante de bruit est analysée, en nous appuyant aussi sur l'analyse des caractéristiques statiques des composants, nous permettant de suggérer l'origine ainsi que la localisation des diverses sources de bruit<br>Present work investigates the low frequency noise in microwave devices using SiGe technology (field effect transistors n-HFET, p-MOSFET, heterojunction bipolar transistors HBT and IMPATT diode). The low frequency noise can limit or degrade the performance of non-linear microwave circuits such as oscillators or mixers. The organisation of this memory is as follows. Part I describes the automated measurement set-up developed and used for noise characterisation. Part II deals with noise in Si strained channel n-HFET grown on different virtual SiGe substrate, versus size and temperature. Part III is oriented to p-MOSFET (SiGe quantum wells) in order to observe the benefit in lower hole scattering on surface roughness and on ionized impurities. Part IV presents the noise of SiGe HBT as function of base doping level and activation annealing condition. The last part gives the noise of IMPATT diode; this noise is observed for several intrinsic lengths and several germanium fractions. The noise components observed were 1/f noise, thermal noise, shot noise and sometimes generation-recombination noise. Analysis of these noise components in conjuntion with static characterization, had allowed identification of the different noise sources and their supposed origin

Ce mémoire présente la caractérisation et l'étude de différents microrésonateurs optiques ainsi que leur utilisation pour la génération d'effets non linéaires. Avec leur capacité à confiner très efficacement la lumière, les microrésonateurs optiques sont des candidats intéressants à la génération non linéaire de micropeignes de fréquences grâce au principe de mélange à quatre ondes en cascade. Leur petite taille permet des espacements entre les fréquences générées pouvant aisément se situer de 10 à 1000 GHz, des taux de répétitions difficilement accessibles pour les lasers à mode bloqués conventionnels. Depuis plusieurs années, la communauté scientifique s'intéresse à cette alternative miniaturisée afin d'obtenir des peignes de fréquences avec des propriétés particulières. Le mémoire présentera la caractérisation de différents types de microrésonateurs optiques, microsphères de SiO2 et de GTZN (germano-tellurites), microtige de SiO₂ et microdisque de SiO₂ afin de déterminer des candidats potentiels à la génération d'effets non linéaires. Les candidats retenus seront ensuite utilisés afin de générer des fréquences par mélange à quatre ondes en cascade. Une étude préliminaire des fréquences générées sera ensuite décrite.<br>This master thesis presents the characterization and study of optical microresonators and their utilization for non linear effects generation. With the capacity to efficiently confine light, optical microresonators are promising candidates to generate microcombs via cascaded fourwave mixing. Their small size allows easy access to mode spacing ranging from 10 to 1000 GHz. Such repetition rates are hardly reachable with usual mode locked lasers. For many years, the scientific community has been interested into this miniaturized alternative in order to obtain frequency combs with peculiar properties. The master thesis will hence present the characterization of differents types of microresonators to determine their non linear effects generation potential. Best candidates will be used to generate cascaded four-wave mixing. A preliminary study about the generated frequencies will then be described.

Ces travaux de thèse portent principalement sur la génération de signal d'horloge haute fréquence. Dans un premier temps, la faisabilité d'un oscillateur à base de BAW y est démontrée par la conception d'un circuit en technologie CMOS 65 nm. Les deux principales innovations sont les performances en terme de stabilité (bruit de phase de -128dBc/Hz à 100kHz de la porteuse) et en précision (implémentation d'une banque de capacités ayant un pas de 0.4ppm) de l'oscillateur. Sa consommation est optimisée (0.9mW). Il est suivi d'un diviseur faible bruit (-140dBc/Hz à 100kHz de la porteuse) délivrant un signal à 500MHz. Dans un second temps, les imperfections des résonateurs BAW sont analysées. Une procédure de calibration comprenant une calibration initiale et une calibration en boucle ouverte est alors proposée. Cette dernière repose sur l'identification et l'utilisation d'un modèle comportemental du dispositif, régulièrement mis à jour grâce à un filtre de Kalman. Une précision de 0.4 ppm est atteinte<br>This thesis deals with the gigahertz range reference frequency generation. In a first part, this document presents the design of a 500 MHz oscillator in a 65 nm CMOS process using a 2 GHz Bulk Acoustic Wave resonator. A digital frequency control is implemented using a switched capacitor bank in parallel to the resonator. The tuning range is up to 500 kHz with a minimum step of 200 Hz. The oscillator core uses a differential topology and is designed for low phase noise (-128 dBc/Hz at 100 kHz offset) at low power consumption (0.9 mW). It is followed by a low noise divider which provides a 500 MHz output with a phase noise of -139 dBc/Hz at 100 kHz offset from the carrier. In a second part, we consider a method for the calibration of a BAW based frequency reference. In fact, the frequency variations of a BAW oscillator against process, supply, temperature and aging effects make difficult its use as a frequency reference. We propose here a method based on Kalman filtering to identify with high precision a behavioral model of this BAW reference, thus enabling its use in an open loop frequency tuning. A precision of 0.4 ppm is achieved

Ces travaux de thèse portent principalement sur la génération de signal d'horloge haute fréquence. Dans un premier temps, la faisabilité d'un oscillateur à base de BAW y est démontrée par la conception d'un circuit en technologie CMOS 65 nm. Les deux principales innovations sont les performances en terme de stabilité (bruit de phase de -128dBc/Hz à 100kHz de la porteuse) et en précision (implémentation d'une banque de capacités ayant un pas de 0.4ppm) de l'oscillateur. Sa consommation est optimisée (0.9mW). Il est suivi d'un diviseur faible bruit (-140dBc/Hz à 100kHz de la porteuse) délivrant un signal à 500MHz. Dans un second temps, les imperfections des résonateurs BAW sont analysées. Une procédure de calibration comprenant une calibration initiale et une calibration en boucle ouverte est alors proposée. Cette dernière repose sur l'identification et l'utilisation d'un modèle comportemental du dispositif, régulièrement mis à jour grâce à un filtre de Kalman. Une précision de 0.4 ppm est atteinte

Neutral silver atom has a thin natural atomic transition  ~ 0,8 Hz (4d10 5s 2S1/2  4d9 5s2 2D5/2) which can be probe by two photon at 661,325 nm. Realizing an optical frequency standard based on silver atom needs a preliminary piece of work of building two red single-modes solid state laser sources: a first one at 656,324 nm is required to generate U. V. Beam for cooling and trapping silver atom. A second red source at 661,325 nm must be set up for probing the two-photon clock transition. The work presented in these Ph. D thesis concern the way adopted to run those two red laser sources in respect to the specifications imposed by their using in terms of power, single-mode characteristics, time stability and M². Designing those red sources consists in intra-cavity frequency doubling of cw single-mode infrared bow-tie ring cavities at 1,3 µm based on Nd:YLF. Then, this Ph. D thesis first details work’s steps for carrying out cavities at 1312,648 nm and 1322,651 nm. In a second time, this Ph. D thesis reports measures on single-pass frequency doubling at 1,3 µm for testing several non-linear crystals (LBO, BiBO and ppKTP). Recorded results from single-pass tests lead to full characterization of second harmonic generation capability at 1,3 µm of such crystals and allow forecasting dynamic behavior of red sources building within them. The last part of this Ph. D thesis displays results recorded about red sources: Red source intended for probing the clock transition is tunable over a 2,15 nm range with 530 mW output red power at 661,325 nm. Red source for cooling silver atom is tunable over a 1,75 nm range with a single-frequency red power of 420 mW at 656,324 nm<br>L’atome d’argent (Ag) possède une transition (4d10 5s 2S1/2  4d9 5s2 2D5/2) de faible largeur naturelle  ~ 0,8 Hz pouvant être excitée par 2 photons vers 661,325 nm. Cet atome est donc un candidat pour réaliser un étalon de fréquence optique d’exactitude supérieure à celle donnée par l’horloge atomique de 133Cs. Sa réalisation nécessite un travail amont de conception d’une première source rouge à 656,324 nm, préliminaire à l’acquisition d’une source U. V. à 328,162 nm pour le refroidissement des atomes d’argent et d’une seconde source à 661,325 nm pour sonder la transition d’horloge. Ce mémoire de thèse rapporte ce travail de réalisation dans le respect des exigences du cahier des charges en termes de puissance, de caractère monomode, d’accordabilité, de qualité de faisceau M² et de stabilité. Chacune des sources consiste en une cavité en anneau monomode vers 1,3 µm basé sur un cristal Nd :YLF avec doublage de fréquence intra-cavité. Ce mémoire détaille d’abord les étapes de construction des cavités infrarouges à 1312,648 nm et 1322,651 nm. Puis, ce manuscrit expose des travaux de doublage de fréquence en simple passage par des cristaux de LBO, BiBO et ppKTP permettant, outre une caractérisation précise de la génération de seconde harmonique à 1,3 µm de ces cristaux, d’appréhender la dynamique des sources rouges conçues avec ces derniers. La dernière partie expose les performances des sources rouges : la source pour sonder la transition d’horloge est accordable sur 2,15 nm et délivre 530 mW à 661,325 nm. La source dédiée au refroidissement des atomes d’argent est accordable sur 1,75 nm et émet 420 mW à 656,324 nm

L'optique non-linéaire étudie des phénomènes capables de modifier la fréquence de la lumière incidente en s'appuyant sur la symétrie intrinsèque de certains matériaux. Le défi actuel de la miniaturisation des composants va de paire avec une perte d'efficacité à l'échelle sub-micrométrique. Pour résoudre ce problème, l'idée explorée au cours de cette thèse consiste à utiliser un phénomène d'oscillation collective des électrons libres d'une nanostructure en métal, appelé résonance plasmon de surface localisé. Cet effet est associé à une exaltation du champ au voisinage immédiat d'une structure plasmonique, une propriété adaptée pour augmenter l'efficacité non-linéaire d'un matériau placé non loin. Les objectifs principaux de ma thèse consistaient à fabriquer ces objets hybrides, à développer une plate-forme expérimentale polyvalente capable de réaliser différents types d'observation à l'échelle de la particule unique, puis à analyser leur génération de second harmonique (SHG). Ces travaux ont abouti à l'obtention de structures hybrides non-linéaires efficaces, dont l'intensité SHG atteint jusqu'à 100 fois celle d'une antenne plasmonique isolée et jusqu'à plus de 1000 fois celle d'un nanocristal non-linéaire unique, confirmant l'intérêt de ces structures. Nous avons aussi tenté d'observer de la fluorescence paramétrique (SPDC) dans une nanostructure individuelle, une prouesse encore inachevée dans le monde; si nos études n'ont pas davantage abouti, elles esquissent des pistes d'amélioration pour y parvenir, et un modèle numérique innovant développé dans l'équipe annonce un rendement compatible avec des observations. Enfin, une source de photons intriqués a été développée dans le cadre d'une collaboration sur l'intelligence artificielle dans des systèmes physiques et constitue une perspective envisageable d'application pour les travaux précédents. Ces résultats ouvrent potentiellement la voie à l'amélioration de l'éfficacité et de la fiabilité des algorithmes IA actuels<br>Nonlinear optics study phenomena able to modify the frequency of incoming light by using intrinsic symmetry properties of some materials. The current challenge of component miniaturization goes with an efficiency drop at the sub-micrometer scale. To solve this issue, the idea we have explored during my PhD consists in using a collective oscillation phenomenon from free electrons in a metal structure called localized surface plasmon resonance. This effect is indeed linked to an enhancement of the electromagnetic field near a plasmonic structure, a property well suited to increase the nonlinear efficiency of a material placed beside. The main objectives of my PhD consisted in fabricating these hybrid objects, developing a versatile experimental platform able to make different kinds of observations at the single particle level, and finally analyzing their second harmonic generation (SHG). This work has managed to produce efficient nonlinear hybrid structures, whose SHG intensity is up to 100 times that of an isolated plasmonic antenna and up to 1000 times that of a single nonlinear nanocrystal, confirming the potential of this type of structures. We have also tried to detect spontaneous parametric down conversion (SPDC) in a single nanostructure, a never-achieved feat that has yet to be done; although our study wasn't successful, it gives hints to improve experiments, even more since a cutting edge numerical model developed in our team has predicted intensities compatible with observations. Finally, an entangled photon source has been developed in the framework of a collaboration on artificial intelligence in physical systems and is a reachable perspective for potential applications of our work. These results pave the way to improving efficiency and liability of current AI algorithms