Campionamento di impulsi a 320 Gb/s

Il set-up per il campionamento di impulsi a 320 Gb/s è identico a quello per gli impulsi a 10 Gb/s tranne che, ovviamente, per la generazione degli impulsi stessi, operata come mostra la figura 4.31.

Come in precedenza, vengono di seguito riportate le tracce relative alle misure effettuate in laboratorio.

La correlazione degli impulsi di segnale compressi si attesta intorno a 1.56 ps, raggiunta in corrispondenza di 24 dB di guadagno per l’EDFA a valle dell’ interleaver.

In figura 4.32 sono mostrati gli impulsi ricostruiti attaccando un solo ramo del campionatore.

Fig. 4.32: Impulsi ricostruiti su un solo ramo.

La figura 4.33 invece mostra la ricostruzione solo sull’altro ramo.

In entrambe le misure si è cercato di settare la polarizzazione in ingresso in modo da avere circa metà potenza su un ramo e metà sull’altro.

Fig 4.33: Impulsi ricostruiti sull’altro ramo.

La ricostruzione degli impulsi effettuata su entrambi i rami è mostrata in figura 4.34.

Fig. 4.34: Impulsi ricostruiti.

L’aggiunta di un polarizzatore a valle della fibra non lineare utilizzata per la compressione del segnale permette di ridurre leggermente il valore dell’autocorrelazione, ottenendo impulsi modellati leggermente meglio, come mostra la figura 4.35.

Risultati sperimentali

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Questo perché le code presenti nell’autocorrelazione del segnale possono presentare una polarizzazione diversa, dunque il polarizzatore le eliminerebbe.

Fig. 4.35: Impulsi ricostruiti con l’aggiunta di un polarizzatore

In realtà il miglioramento dovuto al polarizzatore è quasi totalmente perso a causa dell’aliquota di dispersione che esso introduce. Dunque le due soluzioni, con e senza polarizzatore, risultano avere prestazioni pressoché identiche.

Infine in figura 4.36 è mostrata l’enorme perdita di accuratezza che si verifica se si diminuisce la compressione degli impulsi.

Fig. 4.36: Ricostruzione di impulsi non compressi.

Come si può intuire dalle figure, la misura risulta essere rumorosa. I motivi sono sostanzialmente l’elevata “insertion loss” dell’interleaver e quindi l’elevata rumorosità dell’amplificatore ottico utilizzato successivamente per ottenere potenza adeguata per l’interazione non lineare (FWM) in fibra e per la compressione del segnale.

Non è stata fatta alcuna misura a 640 Gb/s (cioè prendendo l’uscita del quarto stadio dell’interleaver) perché la compressione raggiunta per gli impulsi di campionamento non era sufficiente e questi risultavano essere troppo larghi per descrivere correttamente una trama di impulsi a 640 Gb/s.

CONCLUSIONI

In generale la necessità di creare dispositivi di elaborazione completamente ottica nasce dalla convivenza forzata tra ottica ed elettronica all’interno delle attuali reti di comunicazione. In particolare le tecniche ottiche di multiplazione ampiamente sviluppate hanno permesso un aumento vertiginoso delle velocità di trasmissione di dati, affidata a segnali ottici detti ultra-veloci, caratterizzati da tempi di bit inferiori al picosecondo. Le sorgenti ottiche sfruttano avanzate tecniche di generazione di impulsi ultra-corti che è possibile modellare e comprimere ulteriormente con tecniche di compressione d’impulso. L’elettronica degli attuali strumenti di misura ha comunque .prestazioni insufficienti per trattare questo tipo di segnali, le cui dinamiche sono di gran lunga più veloci rispetto alla banda analogica di tali strumenti. In questo lavoro di tesi è’ stato illustrato come tale limite sia superabile utilizzando tecniche di campionamento completamente ottico.

I dispositivi dedicati a tali operazioni sfruttano effetti di propagazione non lineare, in fibra ottica (o in altri dispositivi come ad esempio gli amplificatori ottici a semiconduttore). I fenomeni di propagazione non lineare hanno un ruolo fondamentale in quasi tutte le operazioni di elaborazione ottica. molte tra le operazioni che è possibile effettuare su di un segnale ottico infatti sono possibili

sfruttando un fenomeno non lineare. Basti pensare all’amplificazione tramite amplificatori Raman o Brillouin, alla rigenerazione, alla conversione di lunghezza d’onda, all’implementazione di porte logiche, alla generazione di super continuum e, per quanto riguarda i segnali dati ultra-veloci, la compressione, la sagomatura ed il campionamento di impulsi ottici.

Dopo aver visto come, tramite il campionamento ottico, è possibile superare l’empasse dovuta ai limiti prestazionali degli attuali strumenti di misura elettronici, sono state presentate le diverse soluzioni tecnologiche proposte negli anni. Infatti, oltre che per gli effetti non lineari sfruttati ed i mezzi in cui hanno luogo, i sistemi di campionamento ottico possono differire anche nel modo in cui sono sincronizzati ai segnali dati. Infine sono stati mostrati i diversi parametri attraverso i quali è possibile classificarli, confrontarli e valutarne le prestazioni.

Sono infine stati riportati risultati ottenuti negli esperimenti su un set-up di laboratorio che implementa un particolare campionatore ottico reso insensibile alla polarizzazione attraverso un sistema di disaccoppiamento delle componenti

di polarizzazione del segnale, e che sfrutta il fenomeno di FWM in fibra

altamente non lineare, in configurazione contro propagante.

Il set-up prevedeva uno stadio di generazione dei treni di impulsi di segnale e di campionamento; due stadi dedicati alla compressione degli impulsi; la finestra di campionamento vera e propria; infine un blocco di visualizzazione costituito da un fotodiodo e da un oscilloscopio (la cui banda, una volta effettuata l’operazione di campionamento, può non essere elevata). Sono stati inoltre utilizzati un polarimetro per la misura dello stato di polarizzazione dei segnali ed un auto correlatore per la misura indiretta della durata temporale degli impulsi.

La prima parte degli esperimenti ha trattato la misura della sensibilità alla polarizzazione. Quest’ultima si è rivelata estremamente bassa ed in linea con le

Conclusioni

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La seconda fase ha riguardato il campionamento di un segnale a 10 Gb/s, in modo da dimostrare il funzionamento del dispositivo.

I risultati ottenuti in questa seconda fase confermano la validità dello schema in diversità e possono essere considerati più che soddisfacenti in quanto il campionatore ha tenuto un comportamento eccellente anche dal punto di vista dell’ accuratezza, come mostrato dalle tracce riportate.

La terza fase degli esperimenti ha riguardato il campionamento di impulsi a frequenza di ripetizione più elevata, pari a 320 Gb/s.

Al fine di raggiungere tale frequenza è stato utilizzato un interleaver 40:640 realizzato tramite la tecnica “split and delay” integrato su. una basetta di silicio dalle dimensioni ridotte.

L’utilizzazione del dispositivo ha implicato una fase preliminare di allineamento ottico in cui sono stati utilizzati strumenti a precisione micrometrica.

Il comportamento del dispositivo a 320 Gb/s, pur confermando la validità dello schema in diversità di polarizzazione, ha messo in evidenza alcuni limiti del campionatore implementato in laboratorio. La ricostruzione degli impulsi, in questa fase, ha perso di accuratezza.

Le ragioni di ciò possono essere considerate di duplice natura.

Da un lato l’interleaver utilizzato per accrescere il rate del segnale di sorgente introduce delle disequalizzazioni dovute sia alla non perfetta identità delle attenuazioni nei singoli stadi, sia al fatto che si comporta in modo leggermente diverso sulle diverse componenti di polarizzazione del segnale in ingresso; dall’altro lato l’accuratezza e la sensibilità del gate sono state inficiate dal fatto che non si è riusciti ad ottenere una compressione degli impulsi (sia di segnale che di campionamento) sufficientemente spinta.

Questa seconda questione è quella che che contribuisce maggiormente alla perdita di accuratezza della misura e che interessa lo sviluppo del campionatore.

In conclusione è possibile affermare che le esperienze fatte hanno dimostrato la validità dello schema in diversità di polarizzazione e hanno posto le basi per una sua successiva fase di sviluppo.

Infine hanno indicato come la strada dello sviluppo futuro non può non passare attraverso lo studio di un sistema di compressione degli impulsi con prestazioni spinte, che infatti è già in corso d’opera, oppure di generazione diretta di impulsi ottici ultra-corti.

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