Μεταγωγη Πακετων Με Ινες Υψηλης Μη Γραμμικοτητας Και Οπτικες Πυλες Υψηλου Βαθμου Ολοκληρωσης

Abstract

Το βασικό κίνητρο της παρούσας διατριβής, ήταν η αξιοποίηση νέων, ισχυρά μηγραμμικών οπτικών ινών και πρόσφατα αναπτυγμένων τεχνολογιών οπτικήςολοκλήρωσης ευρείας κλίμακας για τη σχεδίαση και την υλοποίηση πολύπλοκων αμιγώςοπτικών υποσυστήματων που επιτελούν βασικές δικτυακές λειτουργίες ενός κόμβουμεταγωγής πακέτων. Στα επιδειχθέντα υποσυστήματα χρησιμοποιήθηκαν τεχνικέςαμιγούς οπτικής επεξεργασίας σήματος και η πειραματική τους υλοποίηση έγινεχρησιμοποιώντας ως δομικά στοιχεία οπτικές πύλες, τις οποίες αποτέλεσαν είτε οπτικέςίνες εμποτισμένες με οξείδιο του Βισμουθίου, είτε συμβολομετρικοί διακόπτες τύπουMach-Zehnder, υβριδικά ολοκληρωμένοι σε τετραπλές συστοιχίες πάνω σε υπόστρωμαδιοξειδίου του πυριτίου. Τα αμιγώς οπτικά υποσυστήματα που υλοποιήθηκαν πειραματικάεπιτελούν λειτουργικές διεργασίες επιπέδων OSI 2 και 3 και περιγράφονται περιληπτικάστη συνέχεια.Έτσι, χρησιμοποιώντας αρχικά τον οπτικό συμβολομετρικό διακόπτη Μη ΓραμμικόΣυμβολόμετρο Υπερυψηλών Ταχυτήτων (UNI) και σαν μη-γραμμικό μέσο 0.8 m από μιαισχυρά μη γραμμική ίνα Οξειδίου του Βισμουθίου σχεδιάστηκε και προσομοιώθηκε έναςαμιγώς οπτικός 2x2 διακόπτης μεταγωγής. Το κύκλωμα προσομοιώθηκε με σήμα εισόδουοπτικά δεδομένα σε ταχύτητα μετάδοσης 40 Gb/s ενώ η χρήση μιας ισχυρά μη-γραμμικής ίνας για την διέγερση του μη-γραμμικού φαινομένου δίδει στο διακόπτηπλεονέκτημα έναντι εκείνων των διακοπτών που χρησιμοποιούν ημιαγωγούς αφού οχρόνος απόκρισης που επιτυγχάνεται είναι μόλις μερικά fsec. Στη συνέχεια της διατριβήςχρησιμοποιήθηκαν ολοκληρωμένοι οπτικοί διακόπτες ΜΖΙ τελευταίας τεχνολογίας για τοσχεδιασμό και την υλοποίηση ενός αμιγώς οπτικού κυκλώματος αντιμετάθεσηςχρονοσχισμών στα 10 Gb/s και ενός αμιγώς οπτικού κυκλώματος ανίχνευσης πακέτωνδεδομένων στα 40 Gb/s. Το κύκλωμα αντιμετάθεσης χρονοσχισμών αποτελείται απόσειριακά συνδεδεμένα στάδια καθυστέρησης, τα οποία αποτελούνται από έναρυθμιζόμενο μετατροπέας μήκους κύματος και γραμμές καθυστέρησης σταθερούμήκους. Για την πειραματική του υλοποίηση χρησιμοποιήθηκε μια τετραπλή συστοιχίαοπτικών διακοπτών ΜΖΙ ολοκληρωμένων πάνω σε μια κοινή υβριδική πλατφόρμα. Τοκύκλωμα πραγματοποίησε αντιμετάθεση τεσσάρων χρονοσχισμών και επέδειξεαλάνθαστη λειτουργία με σήμα εισόδου οπτικά πακέτα δεδομένων στα 40 Gb/s. Τέλος,το αμιγώς οπτικό κύκλωμα ανίχνευσης δεδομένων που υλοποιήθηκε πειραματικά επιτελείταυτόχρονα ανάκτηση ρολογιού και ανίχνευση πακέτων δεδομένων στα 40Gb/s.Πειραματικά αποτελέσματα αυτού του κυκλώματος, περιλαμβάνουν την εξαγωγής τουπροπορευόμενου παλμού από πακέτα δεδομένων διαφορετικού μήκους και καταπίεσητων υπολοίπων παλμών κατά 8.7 dB.Τα κυκλώματα που υλοποιήθηκαν παρουσιάζουν χαρακτηριστικά όπως ηδιαφάνεια της λειτουργίας τους στο είδος των εισερχόμενων δεδομένων, το μειωμένοκόστος των στοιχείων που τα αποτελούν αλλά και η σταθερότητα στη λειτουργία τους, ηοποία εξασφαλίζεται από το γεγονός ότι αποτελούνται από ολοκληρωμένους οπτικούςδιακόπτες και μικρά μήκη οπτικών ινών. Με βάση αυτά τα χαρακτηριστικά, ταπροτεινόμενα κυκλώματα αποδεικνύεται ότι μπορούν να αποτελέσουν αξιόπιστη καιαποδοτική λύση για την υλοποίηση ζωτικών λειτουργικών διεργασιών στα οπτικά δίκτυαμεταγωγής πακέτων.Η διατριβή ολοκληρώνεται κάνοντας μία σύνοψη των αποτελεσμάτων της καιπαρουσιάζοντας κάποιες προσπάθειες που γίνονται για την ολοκλήρωση πιο σύνθετωνοπτικών κυκλωμάτων τα οποία περιλαμβάνουν γραμμές καθυστέρησης όπως εκείνες πουχρησιμοποιήθηκαν στο κύκλωμα αντιμετάθεσης χρονοσχισμών. Τέλος, γίνεται μιαεκτίμηση για το μέλλον των αμιγώς οπτικών συστημάτων στις τηλεπικοινωνίες καιγίνεται μια αποτίμηση της συνεισφοράς της παρούσας διατριβής προς την κατεύθυνσηαυτή.