Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica

Presentazione di: Riccardo Collura

Venerdì, 16 Maggio 2008

Corso di Comunicazioni Ottiche Prof. A. BUSACCA

Compensatori ottici di dispersione Compensatori ottici di dispersione accordabili basati sui accordabili basati sui Fiber Bragg GratingsFiber Bragg Gratings

accordati termicamenteaccordati termicamente

IntroduzioneIntroduzione

I compensatori accordabili della dispersione cromatica sono I compensatori accordabili della dispersione cromatica sono componenti critici per i sistemi di comunicazione ottica componenti critici per i sistemi di comunicazione ottica operanti a 40 Gb/s.operanti a 40 Gb/s.

Negli ultimi 10 anni c’e stata una notevole diffusione di Negli ultimi 10 anni c’e stata una notevole diffusione di moduli di compensazione della dispersione fissati, basati moduli di compensazione della dispersione fissati, basati principalmente sulle DCF e più recentemente sugli FBG.principalmente sulle DCF e più recentemente sugli FBG.

Sono state proposte diverse tecnologie per compiere questa Sono state proposte diverse tecnologie per compiere questa funzione (FBG, filtri etalon e interferometri funzione (FBG, filtri etalon e interferometri Mach-ZehnderMach-Zehnder).).

Tra queste gli FBG sono particolarmente adatti poichè Tra queste gli FBG sono particolarmente adatti poichè consentono una larghezza di banda del canale ben distinta e un consentono una larghezza di banda del canale ben distinta e un largo range di accordo mediante un semplice accordo termico.largo range di accordo mediante un semplice accordo termico.

Reticoli di Reticoli di BraggBragg in fibra ottica in fibra ottica FBGFBG

Consiste in una sequenza regolare di perturbazioni dell’indice di rifrazione di Consiste in una sequenza regolare di perturbazioni dell’indice di rifrazione di una fibra monomodo applicate trasversalmente all’asse della fibra stessa.una fibra monomodo applicate trasversalmente all’asse della fibra stessa.

Tale variazione regolare (con passo dell’ordine del Tale variazione regolare (con passo dell’ordine del μμm) produce effetti di m) produce effetti di interferenza sulla luce guidata di tipo sia distruttivo che costruttivo. Ne interferenza sulla luce guidata di tipo sia distruttivo che costruttivo. Ne consegue un effetto filtrante per la lunghezza d’onda di consegue un effetto filtrante per la lunghezza d’onda di Bragg Bragg λλBB::

effB n2

Reticoli di Bragg in fibra come Reticoli di Bragg in fibra come compensatori di dispersionecompensatori di dispersione

E’ possibile realizzare reticoli con proprietà dispersive variando E’ possibile realizzare reticoli con proprietà dispersive variando il passo del reticolo in funzione della posizione lungo la fibra il passo del reticolo in funzione della posizione lungo la fibra ((chirped gratingchirped grating).).

Se il periodo varia lungo l’asse della fibra, allora le componenti Se il periodo varia lungo l’asse della fibra, allora le componenti spettrali della luce vengono riflesse in diverse parti del reticolo.spettrali della luce vengono riflesse in diverse parti del reticolo.

Realizzazione degli FBG Realizzazione degli FBG

Intorno alla lunghezza d’onda 240nm (UV) le fibre ottiche Intorno alla lunghezza d’onda 240nm (UV) le fibre ottiche codrogate con Ge presentano un picco di assorbimento codrogate con Ge presentano un picco di assorbimento responsabile dell’effetto fotorefrattivo.responsabile dell’effetto fotorefrattivo.

L’esposizione del materiale ad una lunghezza d’onda opportuna L’esposizione del materiale ad una lunghezza d’onda opportuna induce la variazione permanente dell’indice di rifrazione.induce la variazione permanente dell’indice di rifrazione.

Si utilizzano sorgenti UV del tipo:Si utilizzano sorgenti UV del tipo:

- Laser ad Argon duplicato;- Laser ad Argon duplicato;

- Laser ad eccimeri.- Laser ad eccimeri.

Compensazione accordabile Compensazione accordabile della dispersione con FBGdella dispersione con FBG

c

Lnt g

g

2

BW

gtD

La dispersione che un La dispersione che un chirpedchirped FBG fornisce è FBG fornisce è direttamente connessa alla sua L e alla direttamente connessa alla sua L e alla ΔλΔλBWBW..

[ps/nm]

Accordo termico di un FBGAccordo termico di un FBG

Le lunghezze d’onda di Le lunghezze d’onda di BraggBragg dipendono dai valori locali del dipendono dai valori locali del periodo del reticolo e dell’indice effettivo.periodo del reticolo e dell’indice effettivo.

Tali valori cambiano al variare della temperatura, in particolare Tali valori cambiano al variare della temperatura, in particolare al crescere della temperatura nal crescere della temperatura ngg e e ΛΛ aumentano. aumentano.

Configurazione Configurazione dual-gratingdual-grating

Una configurazione Una configurazione dual-grating dual-grating può essere utilizzata per può essere utilizzata per ottenere un range di accordo della dispersione attorno allo ottenere un range di accordo della dispersione attorno allo zero, tipicamente richiesto nelle applicazioni di zero, tipicamente richiesto nelle applicazioni di compensazione accordabile della dispersione a 40Gb/s.compensazione accordabile della dispersione a 40Gb/s.

Dispersion Tuning RangeDispersion Tuning Range

minmax DDeTuningRang

m

ch

bw

ch

bw

R

RDD

21

maxmin

m

ch

bw

R

Rf

21

ch

bw

bw

g fc

LneTuningRang

1

2

bw

g

c

LnD

2max

Si è assunto dunque che il gradiente termico non è un fattore limitante.Si è assunto dunque che il gradiente termico non è un fattore limitante.

Per ogni FBG il prodotto della dispersione e della larghezza di banda del Per ogni FBG il prodotto della dispersione e della larghezza di banda del canale è costante su tutto il canale è costante su tutto il rangerange di accordo. di accordo.

Risultati sperimentaliRisultati sperimentali

Compensatore a 33 canali con larghezza di banda di 80GHz, Compensatore a 33 canali con larghezza di banda di 80GHz, spaziatura fra i canali di 200GHz e accordabile fra -400 e 400 ps/nm.spaziatura fra i canali di 200GHz e accordabile fra -400 e 400 ps/nm.Compensatore a 51 canali con larghezza di banda di 40GHz, Compensatore a 51 canali con larghezza di banda di 40GHz, spaziatura fra i canali di 100GHz e accordabile fra -600 e 600 ps/nm.spaziatura fra i canali di 100GHz e accordabile fra -600 e 600 ps/nm.

Controllo della temperaturaControllo della temperatura Il profilo della temperatura si ottiene usando due Il profilo della temperatura si ottiene usando due thermo-electric coolersthermo-electric coolers

(TECs).(TECs). Componenti elettronici sono stati sviluppati per il controllo e il pilotaggio Componenti elettronici sono stati sviluppati per il controllo e il pilotaggio

dei TECsdei TECs Questo ha permesso ai progettisti di implementare in modo più semplice e Questo ha permesso ai progettisti di implementare in modo più semplice e

indipendente il modulo compensatore accordabile.indipendente il modulo compensatore accordabile.

Conclusioni e prospettive futureConclusioni e prospettive future

La tecnologia degli FBG si adatta benissimo alla compensazione La tecnologia degli FBG si adatta benissimo alla compensazione accordabile della dispersione nelle applicazioni a 40Gb/s, richiedendo un accordabile della dispersione nelle applicazioni a 40Gb/s, richiedendo un semplice gradiente di temperatura come meccanismo di accordo.semplice gradiente di temperatura come meccanismo di accordo.

Gli incrementi futuri della velocità di trasmissione dei dati richiederanno Gli incrementi futuri della velocità di trasmissione dei dati richiederanno un controllo sempre più rigoroso della dispersione cromatica.un controllo sempre più rigoroso della dispersione cromatica.

Gli FBG si ben posizionano per rispondere a tale esigenza.Gli FBG si ben posizionano per rispondere a tale esigenza. La tecnologia ormai matura e le performance già raggiunte danno agli FBG La tecnologia ormai matura e le performance già raggiunte danno agli FBG

una posizione leader per tali applicazioni.una posizione leader per tali applicazioni. In questo contesto, per sviluppare soluzioni che permettono trasmissioni In questo contesto, per sviluppare soluzioni che permettono trasmissioni

Ethernet a 100Gb, i progettisti di sistemi potranno contare sulla Ethernet a 100Gb, i progettisti di sistemi potranno contare sulla disponibilità di compensatori accordabili di dispersione basati sui disponibilità di compensatori accordabili di dispersione basati sui RETICOLIRETICOLI di di BRAGGBRAGG in in FIBRAFIBRA..

BibliografiaBibliografia Yves Painchaud, Carl Paquet and Martin Guy, Yves Painchaud, Carl Paquet and Martin Guy, ““ Optical Tunable Optical Tunable

Dispersion Compensators Based on Thermally Tuned Fiber Bragg Dispersion Compensators Based on Thermally Tuned Fiber Bragg GratingsGratings ””, OPN September 2007., OPN September 2007.

TeraXion, TeraXion, ““ FBG- based Dispersion Compensation: Present and Future FBG- based Dispersion Compensation: Present and Future PerspectivesPerspectives ””, March 2006, Workshop OFC 2006 Anaheim CA., March 2006, Workshop OFC 2006 Anaheim CA.

Yves Painchaud, Martin Lapointe, Francois Trépanier, Richard L. Yves Painchaud, Martin Lapointe, Francois Trépanier, Richard L. Lachance, Carl Paquet and Martin Guy, Lachance, Carl Paquet and Martin Guy, ““ Recent progress on FBG- based Recent progress on FBG- based tunable dispersion compensators for 40Gb/s applications “, tunable dispersion compensators for 40Gb/s applications “, proceedings of proceedings of OFC 07 (2007).OFC 07 (2007).

Appunti del corso di Appunti del corso di “ Comunicazioni Ottiche ”“ Comunicazioni Ottiche ” del del Prof.Prof. Alessandro Alessandro Busacca, Università degli studi di Palermo, anno di corso 2007/2008. Busacca, Università degli studi di Palermo, anno di corso 2007/2008.

Appunti del seminario Appunti del seminario “ Tecniche di compensazione delle dispersioni in “ Tecniche di compensazione delle dispersioni in Fibra Ottica, parte prima”Fibra Ottica, parte prima” del del Dott. Ing.Dott. Ing. Cherchi, Dipartimento di Cherchi, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni, Marzo 2008.Ingegneria Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni, Marzo 2008.