Προς Το Οπτικό Vlsi Με Υβριδική Ολοκλήρωση Φωτονικών Κυκλωμάτων Για Εφαρμογή Στα Μελλοντικά Δίκτυα Πολυπλεξίας Μήκους Κύματος

Abstract

Το ερευνητικό έργο της παρούσας διατριβής, έχει σαν στόχο την αξιοποίηση της φωτονικής τεχνολογίας ολοκλήρωσης για την ανάπτυξη αμιγώς οπτικών κυκλωμάτων, βασισμένα σε υβριδικά ολοκληρωμένα στοιχεία, για την επεξεργασία και τη δρομολόγηση οπτικών δεδομένων στα μελλοντικά WDM δίκτυα υψηλής χωρητικότητας. Τα βασικά δομικά στοιχείο όλων των κυκλωμάτων που υλοποιήθηκαν ήταν ο ολοκληρωμένος οπτικός διακόπτης Μach-Zehnder (MΖΙ), ο ολοκληρωμένος οπτικός μανδαλωτής και τετραπλές συστοιχίες ολοκληρωμένων διακοπτών MZI. Οι διατάξεις που υλοποιήθηκαν εκμεταλλεύονται πλήρως τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των φωτονικών στοιχείων από τα οποία αποτελούνται, προφέροντας διαφάνεια στο ρυθμό και την μορφή του εισερχόμενου σήματος δεδομένων. Ακόμα, παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των αντίστοιχων ηλεκτρονικών υλοποιήσεων, όπως υψηλή ταχύτητα επεξεργασίας, ανεξαρτησία της κατανάλωσης ισχύος από το ρυθμό μετάδοσης και απουσία ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής στην περίπτωση ολοκλήρωσης τους σε συστήματα στο δίκτυο. Η ανάπτυξη τέτοιου είδους κυκλωμάτων συντελεί σε μεγάλο βαθμό στην ώθηση των τεχνολογικών εξελίξεων προς την υλοποίηση αμιγώς οπτικών δικτύων. Το πρώτο σημαντικό πρόβλημα, που αντιμετωπίστηκε στα πλαίσια αυτής της διατριβής ήταν η αμιγώς οπτική επίλυση συγκρούσεων πακέτων, η οποία πραγματοποιήθηκε με την διασύνδεση δύο οπτικών διακοπτών, ενός οπτικού μανδαλωτή, ενός κυκλώματος ανίχνευσης περιβάλλουσας πακέτων και ενός μετατροπέα μήκους κύματος υπερυψηλής ταχύτητας σε ένα πολύπλοκο φωτονικό κύκλωμα. Στην συνέχεια ένα μεγάλο μέρος της παρούσας διατριβής εστιάστηκε στην αμιγώς οπτική αναγέννηση δεδομένων με τη χρήση ολοκληρωμένων διακοπτών Mach-Zehnder. Συγκεκριμένα παρουσιάζεται ένας αμιγώς οπτικός πολυκυματικός 3R αναγεννητής δεδομένων εκρηκτικής ροής και αναγεννητές για οπτικά σήματα διαμορφωμένα στο πεδίο του πλάτους και της φάσης. Τέλος, στα πλαίσια της παρούσας διατριβής παρουσιάσαμε ένα υβριδικό σύστημα άμεσης διόρθωσης σφαλμάτων (FEC), με σκοπό την αναβάθμιση της λειτουργίας των παραπάνω φωτονικών κυκλωμάτων.