Υλοποίηση Αμιγώς Οπτικού Ημιαθροιστή Για Οπτική Επεξεργασία Σήματος

Abstract

Σκοπός της εργασίας αυτής ήταν η σχεδίαση και κατασκευή μιας αμιγώς οπτικής διάταξης η οποία υλοποιεί τις λογικές πύλες ΚΑΙ, Ή και ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΟ-Ή μεταξύ δύο οπτικών σημάτων και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως Ημιαθροιστής.Κύρια υποσυστήματα της διάταξης είναι το Μη Γραμμικό Συμβολόμετρο Υπερύψηλων Ταχυτήτων (UNI) και o 2×2 Διακόπτης Εναλλαγής / Μεταγωγής (X/B) που βασίζεται σε αυτό. Τα υποσυστήματα αυτά χρησιμοποιούν ως ενεργό στοιχείο έναν Οπτικό Ενισχυτή Ημιαγωγού (SOA) και η λειτουργία τους βασίζεται σε μη γραμμικά φαινόμενα (ετεροδιαμόρφωση φάσης). Στο UNI το σήμα εισόδου (σήμα δεδομένων) οδηγείται στη μία ή την άλλη έξοδο ανάλογα με την παρουσία ή μη σήματος ελέγχου μέσα στο SOA. Στον Διακόπτη X/B η παρουσία σήματος ελέγχου μετάγει τα δύο σήματα δεδομένων στις αντίθετες εξόδους από αυτές στις οποίες οδηγούνται όταν αυτό απουσιάζει.Στο πείραμα που περιγράφεται το πρώτο στάδιο είναι ένας Διακόπτης X/B, το σήμα ελέγχου του οποίου ταυτίζεται λογικά με ένα από τα δύο σήματα δεδομένων. Τότε τα σήματα στις εξόδους ικανοποιούν τις λογικές πράξεις ΚΑΙ και Ή μεταξύ των σημάτων δεδομένων. Αυτά τα σήματα εξόδου οδηγούνται σε ένα UNI (δεύτερο στάδιο του πειράματος) ως σήμα ελέγχου και σήμα δεδομένων αντίστοιχα. Τα σήματα στις εξόδους αυτού του UNI ικανοποιούν τις λογικές πράξεις ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΟ-Ή και ΚΑΙ μεταξύ των αρχικών σημάτων δεδομένων. Οι λογικές αυτές πράξεις δίνουν αντίστοιχα το Άθροισμα και το Κρατούμενο σε έναν Ημιαθροιστή, δηλαδή σε μια διάταξη που προσθέτει δύο δυαδικά ψηφία.Η πειραματική διάταξη πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας οπτικές ίνες διαφόρων τύπων και διακριτά οπτικά στοιχεία όπως απομονωτές, συζεύκτες, φίλτρα, πολωτικούς διαχωριστές δέσμης κ.ά. Σε κάθε στάδιο περιγράφεται η λειτουργία του, η εργαστηριακή του υλοποίηση και ο τρόπος λήψης των αποτελεσμάτων που παρατίθενται. Επιπλέον, γίνεται αναλυτική περιγραφή της διάταξης που έδωσε τα σήματα εισόδου, με μορφή ψευδό-τυχαίας ακολουθίας οπτικών παλμών μήκους κύματος 1545.3nm και 1549.2nm σε ρυθμό μετάδοσης 10.326Gb/s.Η αξία της διάταξης έγκειται στην πραγματοποίηση τριών λογικών πράξεων (οι δύο από τις οποίες συναποτελούν τη λειτουργία του ημιαθροιστη) με χρήση δύο μόνο ενεργών στοιχείων. Επιπλέον, για τη λειτουργία της αρκούν μόνο τα σήματα εισόδου, χωρίς την ανάγκη ύπαρξης ρολογιού. Το πείραμα εντάσσεται στα πλαίσια της έρευνας για αμιγώς οπτική επεξεργασία σήματος, που σε πρώτη φάση αναμένεται να επιταχύνει τη διαδικασία δρομολόγησης πακέτων δεδομένων στους κόμβους των επικοινωνιακών δικτύων και μακροπρόθεσμα ίσως οδηγήσει στην κατασκευή υπολογιστικών συστημάτων πλήρως ή μερικώς βασισμένων στην οπτική.