Σχεδιασμός Και Υλοποίηση Αμιγώς Οπτικών Ολοκληρωμένων Διατάξεων Αναγέννησης Πολλαπλών Σχημάτων Διαμόρφωσης

Abstract

Η αμιγώς οπτική αναγέννηση και η μετατροπή μήκους κύματος αποτελούν θεμελιώδεις προϋποθέσεις για την υλοποίηση οπτικών συστημάτων μετάδοσης νέας γενιάς, τα οποία πρόκειται να επιτρέψουν την επέκταση της διαφάνειας των οπτικών δικτύων και την πλήρη αξιοποίηση του τεράστιου εύρους ζώνης που παρέχει η οπτική ίνα ως φυσικό μέσο μετάδοσης, καθιστώντας εφικτούς πολύ υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων. Λαμβάνοντας αυτό υπ’όψιν, στα πλαίσια της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας μελετήθηκαν θεωρητικά και προσομοιώθηκαν με τη βοήθεια κατάλληλου λογισμικού διατάξεις για αμιγώς οπτική 2R αναγέννηση σημάτων πολλαπλών σχημάτων διαμόρφωσης (OOK, DPSK, DQPSK) και ρυθμών μετάδοσης (22Gbaud, 44Gbaud) οι οποίες βασίζονται στη χρήση συμβολομετρικής διάταξης Mach-Zehnder (ΜΖΙ) με ενεργά στοιχεία Οπτικούς Ενισχυτές Ημιαγωγού (SOA). Το πρότυπο των διατάξεων προσομοίωσης ήταν το οπτικό chip αναγεννητή που κατασκεύασε η εταιρία CIP για λογαριασμό του Εργαστηρίου Φωτονικών Επικοινωνιών. Στόχος της εργασίας ήταν να προσδιοριστούν οι βέλτιστες τιμές παραμέτρων λειτουργίας των διατάξεων, δηλαδή οι τιμές που εξασφαλίζουν τη μεγαλύτερη βελτίωση ως προς τον παράγοντα ποιότητας (Quality factor)και τον λόγο σβέσης (Extinction Ratio) του σήματος εξόδου της διάταξης στην περίπτωση που το σήμα εισόδου είναι OOK,και στην περίπτωση που το σήμα εισόδου είναι DPSK ή DQPSK οι τιμές για τις οποίες το σήμα εξόδου παρουσιάζει μικρότερο amplitude jitter και phase variation και άρα, μετά την αποκωδικοποίησή του, καλύτερο Quality factor και Extinction Ratio. Επίσης προσδιορίστηκαν χαρακτηριστικά λειτουργίας των διατάξεων όπως το εύρος τιμών του Q factor σήματος εισόδου για τις οποίες παρατηρείται αναγέννηση και η τιμή του Q factor σήματος εισόδου για την οποία η αναγέννηση είναι εντονότερη. Επιπλέον, εξετάσθηκε θεωρητικά και προσομοιωτικά το ενδεχόμενο βελτίωσης της διάταξης αναγεννητή DQPSK μέσω της χρήσης σύμφωνου σχήματος (ενός 90o optical hybrid) για την παραγωγή των σημάτων ελέγχου των SOA-MZIs. Τέλος, παρουσιάστηκαν τα αποτελέσματα από την πειραματική αξιολόγηση του chip της CIP που πραγματοποιήθηκε από το Εργαστήριο Φωτονικών Επικοινωνιών.