Συμβολή στη μελέτη διατάξεων και υποσυστημάτων αμιγώς οπτικής επεξεργασίας σήματος για ευρυζωνικά οπτικά δίκτυα

Abstract

In this thesis, all-optical processing for the functionalities of second and third generation optical networks is studied by means of parametric processes in optical fibers. Parametric processes are nonlinear effects which arise in optical fibers when highpowered waves are properly placed at proper spectral positions. The properties of parametric processes are defined by the optical fiber characteristics, the power and the wavelength position of the pump waves that are employed. Through the first part of this thesis an analytical study on the noise characteristics of parametric amplifiers operating at the linear regime is provided. A useful theoretical model for the noise figure estimation is derived, and a comparative study on the noise properties of various schemes of parametric amplifiers is carried out. The second part of this thesis includes theoretical, numerical and experimental results on all-optical functionalities such as wavelength conversion, all-optical regeneration and all-optical label swapping solely based on single-pump and dual-pump parametric amplifiers. Two novel reshaping schemes accompanied by wavelength conversion are proposed and their advanced characteristics in terms of high bit-rate operation are highlighted. Finally, in the last chapter of this thesis, the potential of parametric amplification for the implementation of all-optical label swapping for photonic packet switching is proposed and numerically demonstrated for the first time up to the author’s knowledge.

Σε αυτή τη διατριβή μελετούμε νέες τεχνικές αμιγώς οπτικής επεξεργασίας σήματος για οπτικά δεύτερης και τρίτης γενιάς που βασίζονται σε παραμετρικές διατάξεις σε οπτικές ίνες. Οι παραμετρικές διατάξεις σε οπτικές ίνες βασίζονται σε μη-γραμμικά φαινόμενα που μπορούν να εγερθούν εφόσον κύματα κατάλληλης ισχύος και φασματικής θέσης τοποθετηθούν σε αυτές. Οι ιδιότητες των παραμετρικών διατάξεων καθορίζονται από τα χαρακτηριστικά της οπτικής ίνας, την ισχύ και τη φασματική τοποθέτηση των κυμάτων άντλησης που χρησιμοποιούνται. Στο πρώτο σκέλος της εργασίας αυτής παρέχεται μία θεωρητική ανάλυση των ιδιοτήτων θορύβου των παραμετρικών διατάξεων όταν εργάζονται στη γραμμική περιοχή. Ένα εύχρηστο θεωρητικό μοντέλο εξάγεται και παρέχονται συγκριτικά αποτελέσματα χαρακτηριστικών θορύβου μεταξύ διαφόρων τοπολογιών παραμετρικών ενισχυτών. Στο δεύτερο σκέλος της εργασίας αυτής μελετώνται θεωρητικά, αριθμητικά και πειραματικά αμιγώς οπτικές λειτουργίες δικτυακών κόμβων όπως μετατροπή μήκους κύματος, αναγέννηση και μορφοποίηση ετικέτας που βασίζονται εξολοκλήρου σε παραμετρικούς ενισχυτές που χρησιμοποιούν ένα ή δύο κύματα άντλησης. Στην εργασία αυτή προτείνονται δύο νέες τεχνικές αμιγώς οπτικής αναγέννησης που αξιοποιούν τις ιδιότητες του κύματος άντλησης σε κορεσμένη παραμετρική διεργασία. Οι δύο νέες τεχνικές αναγέννησης αποκρίνονται σε υπερυψηλούς ρυθμούς (>40Gbps) και συνοδεύονται από μετατροπή μήκους κύματος. Στο τελευταίο κεφάλαιο προτείνεται για πρώτη φορά η λειτουργία των παραμετρικών ενισχυτών ως μορφοποιητών ετικέτας για τη φωτονική μεταγωγή πακέτων των δικτύων της τρίτης γενιάς. Η τεχνική αυτή αξιοποιεί το κύμα άντλησης και κυρίως τις ιδιότητες φάσης που αυτό επιδεικνύει.