Μελέτη της οπτικής παραμετρικής ενίσχυσης και της εγκλείδωσης φάσης με έμφαση σε εφαρμογές υψίρρυθμων συστημάτων οπτικών επικοινωνιών

Abstract

In this dissertation, the properties of the all-optical processes of phase sensitive parametric amplification and injection locking, are thoroughly investigated, through numerical simulations and experiments, in order to design integrated optical devices that can improve the performance of coherenct optical communications. Exploiting the phase noise suppression that the phase sensitive parametric amplifier can provide, a novel 40 Gb/s RZ-DPSK regenerator based on the single pump topology is proposed, which adops a realistic solution for the all-optical generation of an idler wave identical to the signal, dealing with the unresolved problem of the practical implementation of the specific devices. Taking into consideration the amplitude noise suppression and the phase replication properties of the injection locked semiconductor laser, we propose the use of the specific device as an alternative solution for (D)PSK and (D)QPSK signal regeneration. From the above properties, the injection locked semiconductor laser is also proposed as an additional unit in a DPSK/ASK receiver in order to provide better discrimination of the two different data streams and improve the performance of the specific modulation format.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετώνται διεξοδικά, με τη βοήθεια προσομοιώσεων και πειραματικών μετρήσεων, οι ιδιότητες των διαδικασιών της ευαίσθητης στη φάση παραμετρικής ενίσχυσης και της εγκλείδωσης φάσης με έγχυση οπτικής ισχύος, με σκοπό τον σχεδιασμό ολοκληρωμένων οπτικών διατάξεων, οι οποίες θα προσφέρουν βελτίωση των επιδόσεων των σύμφωνων συστημάτων επικοινωνιών. Εκμεταλλευόμενοι την ιδιότητα της συμπίεσης του θορύβου φάσης που προσφέρει ο ευαίσθητος στη φάση παραμετρικός ενισχυτής προτείνεται και μελετάται ως προς τις επιδόσεις του, με τη βοήθεια προσομοιώσεων, ένας πρωτότυπος αναγεννητής 40 Gb/s RZ-DPSK σημάτων, βασισμένος στην τοπολογία μονής άντλησης, ο οποίος υιοθετεί μία ρεαλιστική τεχνική για την αμιγώς οπτική παραγωγή συμφασικού, ως προς το σήμα, συζυγούς κύματος, επιλύοντας έτσι το πρόβλημα της πρακτικής υλοποίησης τέτοιων διατάξεων. Λαμβάνοντας υπ’ όψιν τις ιδιότητες της συμπίεσης θορύβου πλάτους και της αναπαραγωγής των χαρακτηριστικών φάσης του εγχεόμενου πεδίου που προσδίδει η εγκλείδωση φάσης σε ένα ημιαγωγικό laser, προτείνεται η χρήση του τελευταίου ως μία εναλλακτική διάταξη για την αναγέννηση (D)PSK και (D)QPSK σημάτων. Από τις ιδιότητες αυτές προέκυψε και η εναλλακτική χρήση του εγκλειδωμένου ημιαγωγικού laser ως μία επιπρόσθετη βαθμίδα στον δέκτη DPSK/ASK σημάτων για τον καλύτερο διαχωρισμό των δύο διαφορετικών ροών πληροφορίας και τη βελτιστοποίηση των επιδόσεων του συγκεκριμένου συστήματος μετάδοσης.