Οπτικά κυκλώματα υψηλής ολοκλήρωσης στην εφαρμογή προηγμένων σχημάτων διαμόρφωσης για σύνθετες διαδικασίες επεξεργασίας και μετάδοσης σήματος σε οπτικά δίκτυα επικοινωνιών

Abstract

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 significantincrease of functionality and efficiency in combination with the very small size thatthey can provide. The use of the photonic integrated implementations intransmission scenarios of mixed traffic and the support of advanced modulationformats lead to the exploitation of the huge bandwidth, being available in an opticalnetwork, and the evolution of the today’s WDM networks providing a first view ofthe next generation optical networks abilities.Within this framework, the thesis focuses on the study, development andexperimental demonstration of novel photonic integrated circuits, hybridtransmission scenarios and optical transmission systems, which can support bothconventional and advanced modulation formats. In this sense, the present doctoralthesis aims at the combination, in a common direction, of photonic integration andadvanced modulation formats, which are advancing the current state-of-the-art inphotonic technology, in order to provide a more straightforward transition to nextgeneration optical networks.Within the framework of the thesis, a large-scale photonic integrated circuit capableto provide regeneration of OOK and DPSK signals and wavelength conversion ofDQPSK signals, as well as a photonic integrated transceiver array capable toaccommodate OOK signals were studied and experimentally demonstrated for thefirst time. In addition, optical transmission systems were developed for the study ofhybrid DWDM scenarios of OOK, DPSK and DQPSK traffic and the transmissionperformance evaluation of high-rate D8PSK signals over very long distances.

Η ανάπτυξη οπτικών κυκλωμάτων υψηλής ολοκλήρωσης για το σχηματισμό, τη λήψηκαι την επεξεργασία σημάτων έχει προκαλέσει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον καθώςοδηγεί στην επέκταση της διαφάνειας των οπτικών δικτύων και προσφέρει αυξημένηλειτουργικότητα και αποδοτικότητα σε πολύ μικρές διαστάσεις. Η εφαρμογή τωνολοκληρωμένων οπτικών κυκλωμάτων σε σύνθετα σενάρια μετάδοσης και η υποστήριξηπροηγμένων σχημάτων διαμόρφωσης προσφέρει την πλήρη αξιοποίηση του διαθέσιμουεύρους ζώνης και εξελίσσει τα σημερινά WDM δίκτυα δίνοντας μία πρώτη εικόνα τωνδυνατοτήτων των οπτικών δικτύων νέας γενιάς.Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, η διατριβή εστιάζει στη μελέτη, ανάπτυξη και πειραματικήαξιολόγηση πρωτότυπων ολοκληρωμένων οπτικών κυκλωμάτων, υβριδικών σεναρίωντηλεπικοινωνιακής κίνησης και συστημάτων μετάδοσης που αφορούν τόσο συμβατικάόσο και προηγμένα σχήματα διαμόρφωσης. Υπό αυτήν την έννοια, η παρούσα διατριβήαναφέρεται στις δύο πιο σημαντικές τάσεις εξέλιξης των οπτικών επικοινωνιών καιγενικότερα της φωτονικής τεχνολογίας, δηλαδή της φωτονικής ολοκλήρωσης και τωνπροηγμένων σχημάτων διαμόρφωσης, και καταφέρνει την τομή και την κοινήεφαρμογή τους σε σύνθετα οπτικά συστήματα μετάδοσης. Με αυτόν τον τρόπο,επιτυγχάνεται μία κοινή συνισταμένη για άμεση μετάβαση στα οπτικά δίκτυα επόμενηςγενιάς.Στα πλαίσια της διατριβής, μελετήθηκε και αξιολογήθηκε οπτικό κύκλωμα υψηλήςολοκλήρωσης για την αναγέννηση OOK και DPSK σημάτων και μετατροπή μήκουςκύματος DQPSK σημάτων καθώς και οπτική πολυκαναλική διάταξη ολοκληρωμένωνκυκλωμάτων για την παραγωγή και λήψη σημάτων OOK. Παράλληλα, αναπτύχθηκανοπτικά συστήματα μετάδοσης που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη υβριδικών σεναρίωντηλεπικοινωνιακής κίνησης μέσω DWDM μετάδοσης ΟΟΚ, DPSK και DQPSKσημάτων και στην αξιολόγηση της απόδοσης μετάδοσης υψίρρυθμων D8PSK σημάτωνσε αποστάσεις εκατοντάδων χιλιομέτρων.