Εφαρμογές της ολοκληρωμένης οπτικής τεχνολογίας σε αμιγώς οπτικά συστήματα δρομολόγησης και αναγέννησης δεδομένων
Authors: Πετραντωνάκης Δημήτριος 
Published: August 2021

Ο κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη αμιγώς οπτικών κυκλωμάτων δρομολόγησης και αναγέννησης δεδομένων, βασισμένα στην χρήση ολοκληρωμένων οπτικών στοιχείων. Δια μέσω των κυκλωμάτων αυτών γίνεται ταυτόχρονα αξιολόγηση των τελευταίων τεχνικών ολοκλήρωσης οι οποίες προωθούν την φωτονική τεχνολογία σε πορεία αντίστοιχη της ηλεκτρονικής για περαιτέρω ανάπτυξη των οπτικών τηλεπικοινωνιών. Βασικά δομικά στοιχεία των υπό μελέτη κυκλωμάτων αποτέλεσαν το συμβολόμετρο Mach-Zehnder (ΜΖΙ) καθώς και ένας αναδιατάξιμος οπτικός add-drop πολυπλέκτης (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer-ROADM), ο οποίος αποτελείται από συστοιχίες φίλτρων μικροδακτυλίου. Οι διατάξεις που υλοποιήθηκαν εκμεταλλεύονται πλήρως τα ιδιαίτερα, χαρακτηριστικά των φωτονικών στοιχείων από τα οποία αποτελούνται, προσφέροντας διαφάνεια στο ρυθμό και την μορφή των εισερχόμενων δεδομένων, υψηλή ταχύτητα λειτουργίας, μειωμένη κατανάλωση ενέργειας, και εκλυόμενης θερμότητας αλλά και απλούστευση στην αρχιτεκτονική τους και επομένως στο συνολικό τους μέγεθος και κόστος κατασκευής. Απόρροια των άνωθι είναι τα υπό μελέτη κυκλώματα που αναλύονται στην παρούσα διατριβή να αποτελούν το θεμέλιο λίθο για περαιτέρω ώθηση των τεχνολογικών εξελίξεων προς πλέον εξελιγμένα οπτικά δίκτυα επόμενης γενιάς. Το πρώτο σημαντικό θέμα που αντιμετωπίσαμε στα πλαίσια της διατριβής ήταν η αμιγώς οπτική ανίχνευση των εισερχόμενων πακέτων δεδομένων σε ρυθμό μετάδοσης 10 Gb/s. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική επιτελεί ταυτόχρονα και ανάκτηση ρολογιού προκειμένου να επιτυγχάνεται συγχρονισμός τόσο εσωτερικά του κόμβου όσο και μεταξύ του κόμβου και των εισερχόμενων πακέτων. Το σύστημα μας μελετήθηκε τόσο για σύγχρονες όσο και για ασύγχρονες ροές δεδομένων παρουσιάζοντας αλάνθαστη λειτουργία και για τις δυο περιπτώσεις καθώς και καλύτερα αποτελέσματα από ήδη υπάρχουσες αρχιτεκτονικές. Το δεύτερο σημαντικό θέμα στο οποίο εστιάσαμε ήταν η αμιγώς οπτική αναγέννηση του σήματος δεδομένων κατά την μετάδοση του. Η υποβάθμιση της ποιότητας του σήματος αποτελεί σημαντικό περιοριστικό παράγοντα για την μέγιστη απόσταση διάδοσής του και περιορίζει ταυτόχρονα και τον μέγιστο ρυθμό λειτουργίας του δικτύου. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής αναπτύξαμε ένα 2R κύκλωμα αναγέννησης το οποίο δοκιμάστηκε επιτυχώς σε ρυθμό λειτουργίας 40 Gb/s. Τέλος το τρίτο κύκλωμα που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διατριβής είναι ένας αμιγώς οπτικός μετατροπέας μήκους κύματος σε ρυθμό λειτουργίας 40 Gb/s, τόσο για RZ όσο και για NRZ ακολουθίες δεδομένων (μονοκυματική λειτουργία) καθώς και για πακέτα πληροφορίας (πολυκυματική λειτουργία). Το υπό μελέτη σύστημα αποτελεί μια καινοτόμο ιδέα στο τρόπο κατασκευής ενός μετατροπέα μήκους κύματος, καθώς πέραν τον άνωθι πλεονεκτημάτων αποτελεί και το υπόβαθρο πάνω στο οποίο θα στηριχθεί η μετέπειτα προσπάθεια της ερευνητικής κοινότητας για νέας τεχνολογίας φωτονικούς δρομολογητές. Εν κατακλείδι η σημαντικότητα της παρούσας διατριβής καθίσταται στις καινοτόμες και αποδοτικές λύσεις που προσφέρει εκμεταλλευόμενη τις υπάρχουσες τεχνικές ολοκλήρωσης για την προσπάθεια της ερευνητικής κοινότητας προς συστηματική μετάβαση των ήδη υπαρχόντων δικτύων σε αμιγώς οπτικά. Απόρροια δε της αμιγούς «οπτικοποίησης» των δικτύων μέσω των τριών προτεινόμενων κυκλωμάτων που παρουσιάζουμε θα αποτελέσει και η περαιτέρω ανάπτυξη των ρυθμών μετάδοσης σε ταχύτητες που θα φτάνουν την τάξη των Tb/sec, αποδεσμευόμενα πλέον από το όριο λειτουργίας των ήδη εγκατεστημένων ηλεκτρονικών συστημάτων.