Πειραματικός Χαρακτηρισμός Dilute-nitride Ημιαγώγιμων Οπτικών Ενισχυτών (soas) Και Εφαρμογές Σε Οπτικά Δικτυα Πρόσβασης

Abstract

Στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι ο πειραματικός χαρακτηρισμός των dilute-nitride SOAs τεχνολογίας GaInNAs(Sb)/GaAs και οι διερεύνηση της δυνατότητας τους να αποτελέσουν ενεργά στοιχεία σε ολοκληρωμένα φωτονικά κυκλώματα, μέσω της αξιολόγησης τους σε περιβάλλον πραγματικής μετάδοσης πληροφορίας.H εργασία περιέχει μία εκτενή περιγραφή των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα στους ημιαγωγούς όταν αυτοί αλληλοεπιδρούν με το φως, καθώς και τον τρόπο με τον οποίο η εξαναγκασμένη εκπομπή (Stimulated Emission) γίνεται το κυρίαρχο φαινόμενο στην ενεργό περιοχή νοθευμένων ημιαγωγών. Ακολουθεί εκτενείς παρουσίαση των ιδιοτήτων των SOAs ως στοιχεία ενίσχυσης, αλλά και ως μέρη ενός οπτικού κυκλώματος, με ιδιαίτερο βάρος στα χαρακτηριστικά εκείνα που τους καθιστούν ικανούς για περισσότερες λειτουργίες, όπως η Ετεροδιαμόρφωση κέρδους και φάσης (Cross-Gain Modulation-XGM, Cross-Phase Modulation-XPM). Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται στην φωτονική ολοκλήρωση με πλατφόρμες III-V ημιαγωγών, που μπορούν να αποτελέσουν την πλέον αξιόλογη λύση για την ολοκλήρωση ενεργών δομών σε φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα (Photonic Integrated Circuits-PICs). Ιδίως οι dilute-nitride ημιαγωγοί, λόγω της σχετικής ανεξαρτησίας των χαρακτηριστικών εκπομπής τους από τη θερμοκρασία, πράγμα που απαλλάσσει από την ανάγκη για ενεργοβόρους μηχανισμούς ψύξης, καθώς και του μικρού ανηγμένου κόστους ολοκλήρωσης για της πλατφόρμες GaAs-, αποτελούν ένα πολλά υποσχόμενο υλικό, πάνω στο οποίο επικεντρώνεται η εργασία.Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η διαδικασία και τα αποτελέσματα του χαρακτηρισμού των dilute-nitride SOAs που έλαβε χώρα στο Εργαστήριο Φωτονικών Επικοινωνιών (ΕΦΕ). Αξιολογήθηκαν τα φάσματα αυθόρμητης εκπομπής, οι φασματικές ιδιότητες του κέρδους, η στατική και δυναμική του συμπεριφορά, καθώς και η δυνατότητα τους για τη διέγερση του φαινομένου τεσσάρων φωτονίων (Four-Wave Mixing-FWM). Συνολικά, τα αποτελέσματα έδειξαν πολύ καλά χαρακτηριστικά και επιβεβαίωσαν την αναισθησία της λειτουργίας όσον αφορά τις εναλλαγές θερμοκρασίας.Το επόμενο στάδιο ήταν η αξιολόγηση της λειτουργίας των SOAs σε περιβάλλον μετάδοσης πληροφορίας. Αξιολογήθηκε η δυνατότητα των SOAs να εκτελέσουν αμιγώς οπτική μετατροπή μήκους κύματος, εκμεταλλευόμενοι την ιδιότητα του Cross-Gain Modulation. Οι μετρήσεις έδειξαν λειτουργία χωρίς λάθη στα 5 Gb/s και 10 Gb/s, και ανέδειξαν τη δυνατότητα των dilute-nitride SOAs να λειτουργήσουν ακόμη και σε υπέρ-υψηλές ταχύτητες. Τέλος, παρουσιάστηκαν προτάσεις για εφαρμογή σε τοπολογίες οπτικών δικτύων πρόσβασης. Τα παθητικά οπτικά δίκτυα (Passive Optical Networks-PONs) μπορούν να αποτελέσουν μια σημαντική λύση στην επικοινωνία, καθώς μπορούν να εξυπηρετήσουν με αξιοπιστία μεγάλο αριθμό χρηστών με πολύ μικρό κόστος εξοπλισμού. Οι προτεινόμενες εφαρμογές για τη χρήση ανακλαστικών SOAs (Reflective SOAs) για της λειτουργίες στο τερματικό ONU αποτελούν ενδιαφέρουσες λύσεις για απλή και φθηνή σχεδίαση του.