Επισκόπηση Θεωρίας Των Mode-locked Lasers Και Πειραματική Επίδειξη Τους Σε Otdm Σύστημα Στα 160gb/s

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία περιέχει την παρουσίαση των φυσικών αρχών που διέπουν τη λειτουργία των Mode Locked Lasers (MLL). Στο πρώτο κεφάλαιο εισάγονται οι βασικές αρχές που επιτρέπουν τη λειτουργία μιας κοιλότητας (cavity) η οποία περιέχει ένα ενεργό μέσο (gain medium) δίνοντας στην έξοδο της ένα ενισχυμένο οπτικό σήμα μέσα από το μηχανισμό της εξαναγκασμένης εκπομπής (stimulated emission). Η βασική ιδέα που παρουσιάζεται είναι το πώς καταφέρνουμε από τους υποστηριζόμενους ρυθμούς της κοιλότητας (αρμονικές ταλαντώσεις) να καταφέρουμε μέσω ενός κλειδώματος της φάσης τους να διαπιστώσουμε από την υπέρθεση τους ένα αποτέλεσμα πολύ στενών οπτικών παλμών στο πεδίο του χρόνου. Η εγκλείδωση ρυθμών που είναι και η αρχή λειτουργίας του MLL μπορεί να επιτευχθεί με αρκετές τεχνικές, τις οποίες συνοπτικά παρουσιάζουμε μέσα από τη χρήση βιβλιογραφικών αναφορών. Συγκεκριμένα παρουσιάζεται η τεχνική του passive mode-locking που βασίζεται στη χρήση ενός κορέσιμου απορροφητή (saturable absorber) στη διάταξη της κοιλότητας και του active mode-locking που βασίζεται στη διαμόρφωση - κλείδωμα της φάσης των αρμονικών που ενισχύονται μέσα στην κοιλότητα κάνοντας χρήση ενός ηλεκτρικού σήματος (RF) στη συχνότητα που επιθυμούμε να ορίσουμε το ρυθμό επαναληψιμότητας (repetition rate) του MLL.Τα φωτονικά δίκτυα έρχονται να δώσουν λύση στην αύξηση της χωρητικότητας των τηλεπικοινωνιακών δικτύων δίνοντας μας τη δυνατότητα να εκμεταλλευτούμε ένα μέσο (οπτική ίνα) η οποία έχει ασύγκριτα μεγαλύτερο bandwidth συγκριτικά με τα εργαλεία του ηλεκτρονικού κόσμου. Στη βάση αυτή παρουσιάζουμε μια από τις πιο βασικές εφαρμογές των MLL στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα. Συγκεκριμένα, το πώς η έξοδος του MLL μπορεί να αποτελέσει το «όχημα» - φέρον πάνω στο οποίο μπορεί μεταφέρεται η ψηφιακή πληροφορία. Σε όλα τα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα (ασύρματα, μικρο-κυματικά, φωτονικά) η τεχνική της πολυπλεξίας είναι αυτή που επιτρέπει να αυξήσουμε τη χωρητικότητα του διαύλου μας. Εκμεταλλευόμενοι τις ιδιότητες εκπομπής των MLL που έχουν δυνατότητα να παράγουν παλμο-σειρές που περιέχουν στενούς οπτικούς παλμούς η τεχνική της οπτικής πολυπλεξίας στο χρόνο (OTDM) είναι αυτή που παρουσιάζεται στο επόμενο κεφάλαιο παράλληλα με τις βασικές διατάξεις που χρησιμοποιούμε για τον πομπό και το δέκτη σε μια τέτοια ζέυξη. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα πείραμα το οποίο στήθηκε στο Εργαστήριο Φωτονικών Επικοινωνιών (ΕΦΕ) και σκοπό είχε να αξιολογήσει την κατασκευή στον πομπό (Transmitter) ενός σήματος στα 160Gbps με τη μέθοδο της χρονικής πολυπλεξίας αλλά και τη μελέτη της επιβάρυνσης του μέσα από τη διάδοση του από έναν κυματοδηγό. Σκοπός του πειράματος αυτού ήταν να παρουσιαστούν όλα τα βασικά συστατικά που απαιτούνται για τη δημιουργία ενός υπερ-υψηλού ρυθμού μετάδοσης σήματος στον πομπό το οποίο δίνοντας έμφαση στη χρήση ενός MLL με repetition rate στα 10GHz παράλληλα με τη χρήση ενός οπτικού πολυπλέκτη (OMUX) μέσω του οποίου μπορώ να καταφέρω να αποκτήσω στην έξοδο του συστήματος του πομπού ένα οπτικό φέρον το οποίο έχει διαμορφωθεί - μεταφέρει πληροφορία (data) στα 160Gbps. Στην πλευρά του δέκτη (receiver) παρουσιάζονται οι τεχνικές από-πολυπλεξίας για να υποβιβάσω το σήμα των 160Gbps στοn αρχικό ρυθμό των 10Gbps. Αρχικά η από-πολυπλεξία από τα 160Gbps στα 40Gbps με χρήση ενός οπτικού συμβολόμετρου Sagnac και στη συνέχεια στο δεύτερο στάδιο από τα 40Gbps στα 10Gbps με χρήση ενός EAM (Electro Absorption Modulator). Τέλος επειδή βασικό στοιχείο στην απόδοση ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος εκτός από τη χωρητικότητα του αποτελεί και η υποβάθμιση που εισάγει στη μεταδιδόμενη πληροφορία παρουσιάζονται πειραματικά αποτελέσματα που σχετίζονται με τη σύγκριση της ποιότητας του οπτικού σήματος στα 160Gbps σε διαφορετικά σημεία του συστήματος με χρήση εργαλείων όπως φάσματα του σήματος στον OSA (optical spectrum analyzer), διαγράμματα οφθαλμού (eye diagrams) στον παλμογράφο αλλά και η ποσοτικοποίηση της υποβάθμισης μέσα από τις καμπύλες των μετρήσεων για το ρυθμό σφαλμάτων (BER measurements).