Le prestazioni di un sistema di campionamento sono caratterizzate attraverso la definizione di un set di parametri più o meno universalmente riconosciuti. Molti di questi parametri risultano essere influenzati direttamente, in maniera più o meno pesante, da alcuni precisi blocchi costituenti del sistema.
Dunque di ogni parametro, oltre alla definizione si riporta anche quali blocchi hanno il potere di influenzarlo e in che modo. In fase di progettazione è di fondamentale importanza tenere in considerazione il modo in cui le prestazioni di un singolo blocco possano influire sul funzionamento dell’intero sistema: sia prendendo le dovute precauzioni, sia, se necessario, cambiando l’impostazione o i componenti di parti del sistema [10,11].
Risoluzione temporale
Questo parametro è una delle più importanti figure di merito, essendo il campionamento, in fin dei conti, una misura ed essendo interessati appunto alla risoluzione con la quale tale misura può essere effettuata.
finestra di campionamento, τGW. Essa è legata alla banda del sistema che, sotto l’ipotesi che la finestra di campionamento abbia andamento Gaussiano, ha un valore (calcolabile usando la trasformata di Fourier) pari a:
GW B τ 44 . 0 = (3.2)
Dunque un sistema di campionamento avente una finestra di campionamento Gaussiana di durata 1.5 ps possiede una banda di 300 GHz.
In molti sistemi, la durata della finestra di gating dipende da quella degli impulsi di campionamento, dunque la risoluzione è direttamente influenzata, oltre che dalle prestazioni del gate, anche da quelle della sorgente degli impulsi.
Jitter temporale
Al fine di visualizzare correttamente il diagramma ad occhio di un segnale dati ad alto bit rate è necessario che il campionatore abbia un basso jitter oltre che un’elevata risoluzione. Dunque il jitter temporale è un parametro importante almeno quanto la risoluzione.
Esso è definito in termini di valor quadratico medio (RMS) del suo valore misurato in femtosecondi.
Spesso è misurato direttamente dal diagramma ad occhio risolto dal campionatore quando in ingresso è posto un segnale di jitter noto e ben determinato ∆τs. In tal caso si assume che il jitter del segnale e quello introdotto dal campionatore siano variabili aleatorie Gaussiane ed indipendenti e, se il jitter misurato vale ∆τm, allora quello introdotto vale:
2 2 s m τ τ τ = ∆ −∆ ∆ (3.3)
Tecniche di campionamento ottico
75 configurazione.
Nel campionamento sincrono, ad esempio, è influenzato dalla sorgente degli impulsi e dal blocco di recupero del sincronismo (come anche nel quasi – sincrono). In quello casuale è l’accuratezza della misura dell’istante di arrivo degli impulsi, operata al convertitore O/E che, se non elevata, porta ad un jitter elevato.
Range di lunghezza d’onda
Ci dice in quale range può cadere la lunghezza d’onda del segnale da campionare per essere accettato dal sistema. Essa viene specificata come banda a 3 dB in nanometri.
In generale è limitata dal gate in quanto mezzo, ma anche dal suo funzionamento, e dal blocco di clock recovery, in quanto sono i blocchi che trattano direttamente con il segnale.
Idealmente il range di lunghezze d’onda dovrebbe essere il più vasto possibile. Praticamente è bene che copra almeno un’intera banda di comunicazione come, ad esempio, la banda C che va da 1530 a 1570 nm.
Sensitivity
Serve a esprimere la sensibilità dello strumento visto, di nuovo, come uno strumento di misura.
In questo caso però non esiste una definizione comunemente accettata. Qualcuno usa il prodotto tra la potenza media degli impulsi di campionamento e la potenza di picco del segnale.
Altri la intendono come la potenza di picco dei segnali di campionamento necessaria per ottenere un rapporto segnale rumore (SNR) superiore ad una certa soglia, ad esempio: SNR=20 dB.
Altri ancora suggeriscono di specificare semplicemente la potenza di picco e del segnale e degli impulsi di campionamento che garantiscono la
visualizzazione di un diagramma ad occhio “abbastanza aperto”.
Si capisce come tutte le definizioni proposte siano poco adatte a comparare diversi sistemi in relazione alla loro sensibilità nella misura.
Eppure la sensitivity è un parametro di importanza non trascurabile in quanto fornisce delle preziose indicazioni sia sulle potenze che i segnali in gioco devono avere sia su come il sistema reagisce anche a potenze basse.
Il suo valore è influenzato da tutti i blocchi del sistema. In primo luogo dall’efficienza con cui il gate fornisce alla sua uscita i campioni, che poi è l’efficienza del fenomeno non lineare impiegato nel gate, che in ultima analisi, dipende dal valore della potenza di entrambi i segnali al suo interno. La quantità di rumore presente al convertitore O/E determina, a parità di efficienza, il rapporto SNR. Infine anche il recupero del sincronismo deve funzionare correttamente anche per basse potenze del segnale ricevuto.
Range dinamico
Tale parametro indica in quale range può cadere l’ampiezza (potenza) del segnale in ingresso e d è espresso in dB.
Il suo limite superiore è limitato dalla perdita di linearità che la funzione di trasferimento del sistema può presentare a causa delle elevate potenze in ingresso o a danni che il sistema può subire, soprattutto il gate.
Il limite inferiore è determinato di nuovo riferendosi all’apertura più o meno buona del diagramma ad occhio, questa volta senza riferimento alla potenza degli impulsi di campionamento.
Anche il range dinamico è influenzato da praticamente tutti i blocchi costituenti, in quanto lo è anche la funzione di trasferimento del sistema.
Tecniche di campionamento ottico
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stato di polarizzazione del segnale in ingresso. Viene spesso specificata in unità percentuali di dB.
Se il segnale da campionare è un segnale dati che ha attraversato lunghe tratte di fibra (e altri dispositivi) non a mantenimento, è molto probabile che il suo stato di polarizzazione sia ignoto e completamente aleatorio. In tal caso è bene che il campionatore sia il meno sensibile possibile ad essa, cioè che abbia una sensibilità molto bassa, o al più, nulla, in modo da accettare il segnale indipendentemente dalla sua polarizzazione.
D’altra parte, però, si potrebbero presentare situazioni in cui si sia interessati solo ad una componente di polarizzazione ed in tal caso sarebbe utile un campionatore molto sensibile, dunque molto selettivo. Un caso del genere si presenta quando si vogliono enfatizzare fenomeni come il Polarizzation Mode Dispersion (PMD).
La sensibilità alla polarizzazione è, in generale, direttamente influenzata dal gate e dal blocco di recupero del sincronismo.
Il gate oggetto di studio in questa attività di tesi è specificamente studiato per essere totalmente insensibile alla polarizzazione. Tale caratteristica però viene raggiunta attraverso l’aggiunta di un particolare blocco separatore che fa in modo che il campionamento sia effettuato separatamente sulle componenti di polarizzazione ortogonali del segnale. Dunque, in tal caso, e nei casi in cui il campionatore è esplicitamente progettato per essere insensibile alla polarizzazione, la sensibilità non è dettata dai blocchi di recupero del sincronismo o di gating.
Bit rate
Più che una figura di merito del sistema di campionamento è riportato come bit rate al quale viene utilizzato il sistema in fase di sperimentazione. Molti autori lo intendono come parametro definendolo come il massimo bit rate che il
segnale in ingresso può raggiungere per avere un diagramma ad occhio “sufficientemente aperto”. Ma oltre alla sua imprecisione, questa definizione in realtà ci da indicazioni sulla risoluzione del sistema, dunque è del tutto superficiale.
D’altra parte, in un sistema completo, il massimo bit rate applicabile dipende dal tipo di sincronizzazione usata (se usata), dato che il blocco di recupero del sincronismo deve essere in grado di gestirla. Dunque il massimo bit rate applicabile, comunque lo si intenda, dipende in generale dal gate, dalla sorgente d’impulsi di campionamento (in quanto coincidente con la risoluzione temporale) e dal blocco di recupero del sincronismo.
Nella tabella 3.2 vengono riassunte le corrispondenze tra blocchi costituenti e parametri globali, mentre la tabella 3.3 mostra un confronto di massima tra le più riuscite soluzioni.
Tecniche di campionamento ottico 79 Temporal Resolution T. jitter
λ range Sensitivity Pol. sensitivity Applicable Bit-rate Sampling Technique FWM Optical Fiber
500 fs 80 fs Part of C-band Sampling Peak 1W Yes 640 Gbit/s Quasi – Asynch. XPM Optical Fiber
700 fs 150 fs Whole C-band Sampling peak 9W, Signal peak 200mW Yes 500 Gbit/s - SFG Crystals and Waveguide 280 fs 3.6 ps 80 fs - 60 nm Conv. Eff. 6 10-4 W-1 Conv. Eff. 1.7 10-2 W-1 Yes 640Gbit/s 160 Gbit/s Quasi – Asynch. FWM SOA
1.7 ps Whole C-band Sampling peak 400mW
No 160 Gbit/s Quasi – Asynch.
GT-UNI 1.2 ps > 40 nm Sampling energy 25fJ.
Signal Peak 3mW
Yes 320 Gbit/s Quasi – Asynch. TPA in semiconductor 500 fs 2 ps 5 nm (cavity resonance) Sensitivity 0.009mW2 Sensitivity 0.1mW2 No 160 Gbit/s 100 Gbit/s Sync
IV - RISULTATI SPERIMENTALI
Il presente capitolo tratta dei risultati ottenuti negli esperimenti su un set- up di laboratorio che implementa un campionatore ottico reso insensibile alla polarizzazione attraverso un sistema che divide il segnale nelle sue componenti lineari orizzontale e verticale.
Nei successivi paragrafi sarà illustrato il set-up nelle sue parti e il principio di funzionamento.
La prima parte degli esperimenti è atta a dimostrare la validità dello schema in diversità misurando le fluttuazioni di ampiezza dei campioni al variare della polarizzazione del segnale in ingresso.
La seconda parte tratta un segnale a 10 Gb/s, in modo da dimostrare il funzionamento del dispositivo a basso bit rate.
Una terza fase utilizza un segnale a 320 Gb/s ottenuto tramite un interleaver ottico split and delay..
Infine verranno analizzati ed interpretati i risultati ottenuti e saranno discusse le ulteriori esperienze che essi suggeriscono.