Πειραματική Μελέτη Και Αξιολόγηση Ταχύρυθμων Laser Κάθετης Κοιλότητας Για Υλοποίηση Οπτικών Διασυνδέσεων Σε Υπολογιστικά Συστήματα

Abstract

Η Φωτονική είναι ένας πολλά υποσχόμενος κλάδος των επικοινωνιών, με πολλές δυνατότητες ανάπτυξης και έρευνας. Το laser αποτελεί μία μέθοδο με την οποία μπορούμε να αξιοποιήσουμε, όσο το δυνατόν καλύτερα, αυτές τις δυνατότητες και κυρίως το μεγάλο εύρος ζώνης που προσφέρει η οπτική ίνα. Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά ένα συγκεκριμένο είδος laser, το Laser ΕπιφανειακήςΕκπομπής Κάθετης Κοιλότητας (Vertical Cavity Surface Emitting Laser - VCSEL) και πώς αυτό συμπεριφέρεται σαν κομμάτι μίας μεγαλύτερης οπτικής διάταξης. Σκοπόςτης διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και η κατανόηση των βασικών αρχών που διέπουν τα VCSELs μέσω της αξιολόγησης και του χαρακτηρισμού τους στοεργαστήριο, με στόχο την υλοποίηση οπτικών διασυνδέσεων σε υπολογιστικά συστήματα. Επιπλέον στόχος της διπλωματικής είναι η επισκόπηση και η κατανόηση της βασικής λειτουργίας και χρήσης του Διανυσματικού Αναλυτή Δικτύου (VNA). Πριν την παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων γίνεται μία εισαγωγή σε όλες έννοιες που σχετίζονται με την Οπτική, τα laser και τις διασυνδέσεις. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το γενικό θεωρητικό υπόβαθρο που αφοράπληροφορίες για τον τομέα της φωτονικής, πώς η αύξηση της τηλεπικοινωνιακής κίνησης οδηγεί σε μεγαλύτερες απαιτήσεις για εύρος ζώνης, την οπτική ολοκλήρωση και τα κέντρα δεδομένων. Στη συνέχεια, στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι βασικές αρχές λειτουργίας των laser, με έμφαση στα χαρακτηριστικά και στον τρόπο λειτουργίας τους με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας. Το τρίτο κεφάλαιο αφιερώνεται στη μεγαλύτερη έκτασή του στα VCSEL. Αναφέρονται εκτενώς η δομή τους, τα χαρακτηριστικά τους, τα είδη τους και τα πλεονεκτήματά τους έναντι άλλων τύπων laser. Επίσης γίνεται αναφορά στις οπτικές διασυνδέσεις και τη φωτοδίοδο. Το τέταρτο κεφάλαιο αναπτύσσονται οιβασικές αρχές λειτουργίας των οργάνων που χρησιμοποιήθηκαν στο εργαστήριο. Περιγράφεται ο Διανυσματικός Αναλυτής Δικτύου (Vector Network Analyzer - VNA) και η διαδικασία βαθμονόμησής του, το Probe Station και γίνεται ανάλυση των S-παραμέτρων τις οποίες μετράει ο αναλυτής δικτύου. Αφού αναλύσουμε όλες τις θεωρητικές έννοιες, συνεχίζουμε στο πειραματικό κομμάτι που αναλύεται στο πέμπτο κεφάλαιο. Εκεί περιγράφεται λεπτομερώς η πειραματική διαδικασία καιπαρουσιάζονται τα αποτελέσματά της, ενώ στο έκτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μία προσομοίωση στο υπολογιστικό περιβάλλον VPI (Virtual Photonics Integrated)με σκοπό να επαληθευθούν οι πειραματικές μετρήσεις. Τέλος, στο έβδομο κεφάλαιο παρατίθεται η ανάλυση των αποτελεσμάτων καθώς και προτάσεις για μελλοντική έρευνα.