Οπτικά κυκλώματα υψηλής ολοκλήρωσης στην εφαρμογή προηγμένων σχημάτων διαμόρφωσης για σύνθετες διαδικασίες επεξεργασίας και μετάδοσης σήματος σε Οπτικά Δκτυα Επικοινωνιών

Abstract

Η ανάπτυξη οπτικών κυκλωμάτων υψηλής ολοκλήρωσης για το σχηματισμό, τη λήψη και την επεξεργασία σημάτων έχει προκαλέσει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον καθώς οδηγεί στην επέκταση της διαφάνειας των οπτικών δικτύων και προσφέρει αυξημένη λειτουργικότητα και αποδοτικότητα σε πολύ μικρές διαστάσεις. Η εφαρμογή των ολοκληρωμένων οπτικών κυκλωμάτων σε σύνθετα σενάρια μετάδοσης και η υποστήριξη προηγμένων σχημάτων διαμόρφωσης προσφέρει την πλήρη αξιοποίηση του διαθέσιμου εύρους ζώνης και εξελίσσει τα σημερινά WDM δίκτυα δίνοντας μία πρώτη εικόνα των δυνατοτήτων των οπτικών δικτύων νέας γενιάς. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, η διατριβή εστιάζει στη μελέτη, ανάπτυξη και πειραματική αξιολόγηση πρωτότυπων ολοκληρωμένων οπτικών κυκλωμάτων, υβριδικών σεναρίων τηλεπικοινωνιακής κίνησης και συστημάτων μετάδοσης που αφορούν τόσο συμβατικά όσο και προηγμένα σχήματα διαμόρφωσης. Υπό αυτήν την έννοια, η παρούσα διατριβή αναφέρεται στις δύο πιο σημαντικές τάσεις εξέλιξης των οπτικών επικοινωνιών και γενικότερα της φωτονικής τεχνολογίας, δηλαδή της φωτονικής ολοκλήρωσης και των προηγμένων σχημάτων διαμόρφωσης, και καταφέρνει την τομή και την κοινή εφαρμογή τους σε σύνθετα οπτικά συστήματα μετάδοσης. Με αυτόν τον τρόπο, επιτυγχάνεται μία κοινή συνισταμένη για άμεση μετάβαση στα οπτικά δίκτυα επόμενης γενιάς. Στα πλαίσια της διατριβής, μελετήθηκε και αξιολογήθηκε οπτικό κύκλωμα υψηλής ολοκλήρωσης για την αναγέννηση OOK και DPSK σημάτων και μετατροπή μήκους κύματος DQPSK σημάτων καθώς και οπτική πολυκαναλική διάταξη ολοκληρωμένων κυκλωμάτων για την παραγωγή και λήψη σημάτων OOK. Παράλληλα, αναπτύχθηκαν οπτικά συστήματα μετάδοσης που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη υβριδικών σεναρίων τηλεπικοινωνιακής κίνησης μέσω DWDM μετάδοσης ΟΟΚ, DPSK και DQPSK σημάτων και στην αξιολόγηση της απόδοσης μετάδοσης υψίρρυθμων D8PSK σημάτων σε αποστάσεις εκατοντάδων χιλιομέτρων.

The development of large-scale photonic integrated circuits for signal generation, processing and detection has attracted particular interest over the last decades, aiming at the enhancement of optical networks transparency and the significant increase of functionality and efficiency in combination with the very small size that they can provide. The use of the photonic integrated implementations in transmission scenarios of mixed traffic and the support of advanced modulation formats lead to the exploitation of the huge bandwidth, being available in an optical network, and the evolution of the today’s WDM networks providing a first view of the next generation optical networks abilities. Within this framework, the thesis focuses on the study, development and experimental demonstration of novel photonic integrated circuits, hybrid transmission scenarios and optical transmission systems, which can support both conventional and advanced modulation formats. In this sense, the present doctoral thesis aims at the combination, in a common direction, of photonic integration and advanced modulation formats, which are advancing the current state-of-the-art in photonic technology, in order to provide a more straightforward transition to next generation optical networks. Within the framework of the thesis, a large-scale photonic integrated circuit capable to provide regeneration of OOK and DPSK signals and wavelength conversion of DQPSK signals, as well as a photonic integrated transceiver array capable to accommodate OOK signals were studied and experimentally demonstrated for the first time. In addition, optical transmission systems were developed for the study of hybrid DWDM scenarios of OOK, DPSK and DQPSK traffic and the transmission performance evaluation of high-rate D8PSK signals over very long distances.