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Introduzione
I servizi a larga banda come la televisione digitale interattiva sono realtà che si stanno gradualmente diffondendo e che pertanto spingono verso la ricerca di reti di comunicazione in grado di gestire elevati flussi di dati ad un costo che sia il più basso possibile.
In questa prospettiva assumono una rilevante importanza i sistemi di comunicazione basati su fibra ottica che sono in grado gestire un flusso di dati superiore al Terabit per secondo.
I sistemi di comunicazione attualmente impiegati utilizzano tecnologia WDM (Wavelength Division Multiplexing) che si basa sulla trasmissione simultanea di più canali a diverse lunghezze d’onda nella banda disponibile. L’aumento della capacità di tali sistemi ottenuto attraverso un aumento del numero di canali a lunghezze d’onda diverse è limitato dalla banda disponibile per la collocazione delle diverse portanti.
Una alternativa è rappresentata dall’aumento della velocità di trasmissione per ogni singola portante; ciò è reso possibile mediante la tecnica OTDM (Optical Time Division Multiplexing) nella quale diversi canali sono trasmessi alla stessa lunghezza d’onda ma in intervalli di tempo successivi. Al fine di aumentare il bit-rate limitando l’interferenza tra due canali OTDM adiacenti occorre diminuire la durata degli impulsi ottici modulati di ciascun canale limitando l’ampiezza delle loro code. Assume pertanto rilevante importanza lo studio di tecniche per la compressione degli impulsi ottici.
Le diverse tecniche presenti in letteratura sfruttano sia gli effetti lineari che gli effetti non lineari legati alla propagazione di un impulso in una fibra ottica; le tecniche più efficaci sono quelle legate alle proprietà dei solitoni. Un solitone è una particolare soluzione dell’equazione di Schrödinger che descrive la propagazione del campo in una fibra in cui l’attenuazione totale sia trascurabile; tale soluzione ha la proprietà di propagarsi inalterata (solitone fondamentale) oppure di evolvere periodicamente (solitone di ordine superiore).
La compressione basata sui solitoni di ordine superiore utilizza l’iniziale restringimento dei solitoni durante la propagazione. Tale tecnica permette di ottenere un elevato fattore di compressione (definito come il rapporto tra la durata dell’impulso
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di partenza e la durata dell’impulso compresso), presentando tuttavia l’impulso compresso un elevato piedistallo; si rende pertanto necessario l’impiego di tecniche di soppressione del piedistallo per migliorare la qualità dell’impulso.
La compressione basata sui solitoni fondamentali sfrutta la proprietà che hanno di diminuire la loro durata se fatti propagare in una fibra in cui subiscono una amplificazione Raman distribuita o la cui dispersione sia decrescente. Di particolare interesse risulta essere la tecnica che impiega fibra a dispersione decrescente in quanto rende il compressore interamente passivo ed elimina la necessità di un laser di pompa per l’amplificazione Raman. Tuttavia la filatura di fibre la cui dispersione decresca con la lunghezza risulta essere problematica in quanto il diametro del core della fibra stessa deve diminuire progressivamente. Per aggirare tale inconveniente è possibile costruire una fibra il cui profilo di dispersione media sia decrescente alternando spezzoni di fibra a bassa dispersione con spezzoni di fibra ad alta dispersione, variando in modo opportuno la lunghezza di ciascuno spezzone. Il tipo di fibra che si ottiene prende il nome di fibra “comb-like” a dispersione decrescente; l’espressione “comb- like” si riferisce al profilo di dispersione della fibra che è a pettine. Il vantaggio maggiore dell’utilizzo di questo tipo di fibra è che essa impiega fibre commerciali e quindi disponibili ad un costo relativamente basso.
Il fine di questo lavoro di tesi, sviluppato all’interno del Laboratorio Nazionale di Reti Fotoniche in Pisa del CNIT (Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni), è il progetto e la realizzazione di un compressore di impulsi basato su fibra “comb-like” a dispersione decrescente. Durante la prima fase si è realizzata una analisi numerica della propagazione di un impulso in una fibra “comb-like”
implementando un simulatore basato su un modello semplificato che considerasse unicamente gli effetti principali legati alla propagazione in fibra (Self phase modulation e dispersione della velocità di gruppo). Tale simulatore, i cui tempi di esecuzione sono ridotti, ha permesso il dimensionamento del compressore. Successivamente si è implementato un simulatore basato sulla tecnica split-step Beam Propagation Method che considera anche gli altri effetti legati alla propagazione in fibra (scattering stimolato di Raman, attenuazione, dispersione del terzo ordine). L’analisi effettuata mediante il modello completo ha permesso di verificare la correttezza del modello semplificato.
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Nella seconda fase si è effettivamente realizzato il compressore basato su fibra “comb- like” effettuandone la caratterizzazione, ovvero osservando lo spettro e l’autocorrelazione dell’impulso dopo ogni coppia di fibre.
Il primo dei quattro capitoli in cui è articolata la tesi offre una introduzione sui sistemi OTDM, mentre i fenomeni lineari e non lineari coinvolti nella compressione e le tecniche di compressione che sfruttano le proprietà dei solitoni vengono trattate nel secondo capitolo. In tale capitolo viene pertanto descritta anche la compressione basata su fibra “comb-like” a dispersione decrescente. Nel terzo capitolo è illustrato il modello semplificato utilizzato per dimensionare il compressore insieme ad i risultati dell’analisi numerica; nel medesimo capitolo è descritto anche il modello numerico completo basato su split-step Beam Propagation Method ed il confronto con i risultati ottenuti mediante il modello semplificato. Il quarto ed ultimo capitolo descrive la realizzazione sperimentale del compressore di impulsi; vengono in particolare illustrati i risultati della caratterizzazione relativa alla fibra “comb-like” e viene proposto il confronto con i risultati ottenuti mediante l’analisi numerica descritta nel capitolo terzo.
