Μελέτη Οπτικού Δέκτη με Ενεργό Έλεγχο Φάσης και Πόλωσης για Χρήση σε Οπτικά Μητροπολιτικά Δίκτυα και Κέντρα Δεδομένων

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάμε ποιοτικά τις επιδόσεις και τις αντοχές ενός συστήματος βασισμένο στις υπάρχουσες coherent τεχνολογίες. Πιο συγκεκριμένα, εστιάζουμε στην απόδοση αυτού όσον αφορά την αντιμετώπιση του φαινομένου της Διασποράς Τρόπων Πόλωσης (Polarization Mode Dispersion – PMD) μέσω της ψηφιακής επεξεργασίας σήματος. Στη συνέχεια παρουσιάζεται ένας τρόπος ώστε να αποκτήσουμε μια εποπτεία της διαδικασίας μεταβολής της κατάστασης της πόλωσης που δέχεται το σήμα, με τη βοήθεια των διανυσμάτων Stokes και της σφαίρας Poincare. Τα παραπάνω λαμβάνουν χώρα υπό το πρίσμα ενός προτεινόμενου καινοτόμου κυκλώματος coherent δέκτη, το οποίο θα είναι σε θέση να αντιμετωπίσει τις αλλοιώσεις του σήματος όσον αφορά το PMD, την ολίσθηση της συχνότητας και το θόρυβο φάσης, μέσω της οπτικής επεξεργασίας σήματος, ώστε να μειωθεί η συνολική κατανάλωση ισχύος και το κόστος σε σχέση με τις υπάρχουσες coherent τεχνολογίες. Παράγοντας κλειδί στην υλοποίηση του συγκεκριμένου κυκλώματος και της οπτικής επεξεργασίας σήματος είναι η μονολιθική φωτονική ολοκλήρωση παθητικών και ενεργών στοιχείων, η οποία προσφέρεται από την γενικευμένη τεχνολογική πλατφόρμα ολοκλήρωσης του Indium Phosphide (InP). Αφορμή για την ανάπτυξη του προτεινόμενου κυκλώματος είναι η σταδιακή αδυναμία των ΙΜ/DD τεχνολογιών να ανταπεξέλθουν στις μελλοντικές ανάγκες της εποχής πέρα από τα 400 G στο πεδίο των διασυνδέσεων μεταξύ κέντρων δεδομένων Όσον αφορά τη δομή της εργασίας, στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε την παρούσα κατάσταση όσον αφορά την κίνηση του διαδικτύου, μελετάμε τις IM/DD λύσεις που χρησιμοποιούνται σήμερα και γίνεται μια σύγκριση μεταξύ αυτών και των coherent τεχνολογιών με αφορμή την πρόσφατη επικύρωση του 400ZR IA. Στο δεύτερο κεφάλαιο ασχολούμαστε με τη φωτονική ολοκλήρωση, εισάγουμε την έννοια των γενικευμένων τεχνολογικών πλατφορμών ολοκλήρωσης, όπου παρουσιάζουμε τις πιο βασικές και στεκόμαστε σε αυτήν του InP. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύουμε τη δομή και τη λειτουργία ενός παραδοσιακού ψηφιακού coherent δέκτη και έπειτα παρουσιάζουμε τον προτεινόμενο καινοτόμο coherent δέκτη εξηγώντας τη συνολική λειτουργία αυτού αλλά και των ξεχωριστών building blocks από τα οποία αποτελείται, κάνοντας τέλος μια σύγκριση ισχύος και κόστους μεταξύ των δύο δεκτών. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε τη διαδικασία που ακολουθήθηκε για την υλοποίηση των προσομοιώσεων, τα συμπεράσματα που προκύπτουν και τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο προτείνουμε ιδέες για μελλοντική έρευνα.