Περιορισμοί μετάδοσης στα αμιγώς οπτικά δίκτυα λόγω μη γραμμικών φαινομένων

Abstract

In this thesis, transmission limitations in all-optical networks due to nonlinear effects and especially Four-Wave Mixing (FWM) are studied. An accurate analysis of the statistical nature of the FWM noise was carried out using Monte Carlo (MC) and Multicanonical MC (MCMC) simulations. Such an analysis is of great importance in network design and modeling since FWM is an important source of noise in dense wavelength-division multiplexing (DWDM) networks that employ nonzero-dispersion fibers (NZDF). In these systems, FWM causes the dominant nonlinear distortion, especially if high input powers, narrow channel spacing and dispersion compensation are used. The MCMC method was also applied to study the impact of IP traffic burstiness on the performance of an IP over ΜΡλS-based DWDM network limited by FWM and ln-band crosstalk. Furthermore, two new methods based on a hybrid amplitude-/frequency-shift keying (ASK/FSK) modulation and pulse prechirping are proposed for the suppression of the FWM effect The next chapter addresses the issue of the choice of optical modulation format in a multispan WDM system using G 655 fiber. Finally, in the last chapter of this thesis, an optical delay line based on the propagation of optical slow light solitons in Coupled Resonator Optical Waveguides (CROWs) is proposed.

Στη παρούσα διδακτορική διατριβή μελετώνται οι περιορισμοί μετάδοσης λόγω μη γραμμικών φαινομένων και ιδιαίτερα λόγω της μίξης τεσσάρων κυμάτων (Four-Wave Mixing - FWM). Αρχικά έγινε ακριβής ανάλυση της στατιστικής φύσης του θορύβου FWM χρησιμοποιώντας την μέθοδο Monte Carlo (MC) και για πρώτη φορά σε οπτικούς θορύβους τη μέθοδο Multicanonical Monte Carlo (MCMC). Η ανάλυση αυτή είναι εξαιρετικής σημασίας για τη σχεδίαση και μοντελοποίηση οπτικών δικτύων. Σε αυτά τα συστήματα, ο θόρυβος FWM αποτελεί την κυρία πηγή μη γραμμικής παραμόρφωσης ιδιαίτερα όταν χρησιμοποιούνται ίνες μη μηδενικής διασποράς (NZDF), υψηλή ισχύς εισόδου, μικρή απόσταση μεταξύ των καναλιών και αντιστάθμιση διασποράς. Η μέθοδος MCMC χρησιμοποιήθηκε επίσης για την μελέτη της επίδρασης της κίνησης IP κατά ριπάς στις επιδόσεις ενός δικτύου IP πάνω από ΜΡλS-DWDM που περιορίζεται από τους θορύβους FWM και ενδοκαναλικής διαφωνίας. Στη συνέχεια, προτάθηκαν δυο νέες μέθοδοι για την αντιμετώπιση του θορύβου FWM η υβριδική διαμόρφωση ASK/FSK και η επιβολή οπτικού τρυλλίσματος στον πομπό. Επίσης μελετήθηκε το θέμα της επιλογής του καταλληλότερου σχήματος οπτικής διαμόρφωσης σε συστήματα WDM με πολλά τμήματα ίνας και ίνες χαμηλής διασποράς (G 655). Τέλος, προτάθηκε και μελετήθηκε μια γραμμή καθυστέρησης που βασίζεται στη διάδοση σολιτονίων αργού φωτός μέσα σε έναν κυματοδηγό συζευγμένων αντηχείων (Coupled Resonator Optical Waveguide - CROW).