Niet-lineair gedrag in een halfgeleider optische versterker en laser diode gebaseerd terugkoppelingsschema

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Niet-lineair gedrag in een halfgeleider optische versterker en laser diode gebaseerd terugkoppelingsschema"

Sandra ten Wolde
7 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Niet-lineair gedrag in een halfgeleider optische versterker en laser diode gebaseerd terugkoppelingsschema Wouter D Oosterlinck Promotor: Prof. G. Morthier Photonics Research Group

2 Overzicht van de presentatie Reden van het onderzoek Doel van dit werk Resultaten Besluit

3 Overzicht van de presentatie Reden van het onderzoek Doel van dit werk Resultaten Besluit

4 Telecommunicatie Telecommunicatie is het overbrengen van informatie van de ene plek naar een andere zonder dat iets of iemand zich fysiek daar naartoe verplaatst

5 Telecommunicatie: geschiedenis

6 Telecommunicatie: evolutie 1876: eerste telefoon 1900: 1 miljoen telefoons Nu : 4 miljard telefoons Met steeds meer functies 1969: eerste netwerk ARPANET 1991: World Wide Web (WWW) Nu: 1.2 miljard gebruikers

7 0 of 1? Informatie wordt meestal digitaal verzonden 0 of 1 (cf. Morse code, lang of kort) Snelheid (bandbreedte) wordt weergegeven in #bits/seconde Geheugen: byte (=8bits)

8 Bandbreedte GSM: 10kb/s-25kb/s Coax kabel: 750Mb/s Youtube: 350kb/s Digitale televisie: 4-15Mb/s 1kb/s= 1000 bits per seconde 1Mb/s= 1 miljoen bits per seconde 1Tb/s= 1000 miljard bits per seconde Optische vezel: tot 1 Tbit/s en meer

9 Optische vezel of glasvezel Laser Detector WDM: Wavelength division multiplexing Bv: 160 kanalen (kleurtjes) aan 10 Gbit/s 1.6 Tbit/s

10 Licht en golflengte golflengte (meter) frequentie (Hertz) energie (ev) λ kosm. straling γ -straling röntgen (X-rays) ultraviolet infrarood zichtbaar licht: nm violet blauw groen geel oranje rood golflengte (nm) radar TV - radio licht voor telecommunicatie

11 Telecommunicatie netwerk Bob Telefoon Coax / optische kabel / Coax vezel LAN Toegangsnetwerk/ MAN Peter Bob Peter Optische vezel Ruggegraat netwerk Bv. Onderzeese verbindingen

12 Telecommunicatie netwerk

13 Telecommunicatie netwerk Optische vezel

14 Telecommunicatie netwerk Data Hoofding

15 Optisch of elektrisch? Elektrisch optisch (E0) Optisch elektrisch (0E)

16 Routering Optisch elektrisch optisch A Beter: volledig optisch eenvoudiger sneller goedkoper C B

17 Volledig optische netwerken Alles moet optisch gebeuren: geen OEO omzettingen meer Regeneratie Golflengte omzetting Geheugen element Versterking Adres herkenning

18 Overzicht van de presentatie Reden van het onderzoek Doel van dit werk Resultaten Besluit

19 Regeneratie Oorzaken van kwaliteitsverlies verzwakking overspraak = verschillende signalen beïnvloeden elkaar ruis dispersie = verschillende snelheid voor verschillende golflengtes of frequentiecomponenten

20 Geheugenelement 2 paketten arriveren tegelijk 1 pakket tijdelijk opslaan Vertragingslijn Flip-flop

21 Golflengte omzetting Elke optische vezel = verschillende golflengtes Golflengte omzetting Verschillende (golflengte) paden tussen 2 punten

22 A X C Z Routering X Passief: Op basis van de golflengte (kleur) Actief: Op basis van de hoofding Z C B

23 Dit werk Niet-lineair gedrag in een halfgeleider optische versterker en laser diode gebaseerd terugkoppelingsschema Met als doel Volledig optisch geheugen element Volledig optische regenerator en golflengteomzetter

24 Niet-lineariteit IN Component UIT UIT Stap overgang Bruikbaar voor regeneratie IN

25 Niet-lineariteit IN Component UIT Bistabiliteit UIT 2 mogelijke toestanden voor 1 ingangstoestand Uitgang afhankelijk van de voorgeschiedenis IN

26 Halfgeleider optische versterker IN HOV of SOA UIT Zowel een lineair als een niet-lineair werkingsgebied UIT WINST IN IN

27 Laser diode STROOM IN Laser diode UIT UIT UIT STROOM IN

28 Terugkoppeling Een gevolg dat terug inwerkt op zijn oorzaak IN UIT Terugkoppeling Bv. Microfoon die te dicht bij de luidsprekers staat

29 Overzicht van de presentatie Reden van het onderzoek Doel van dit werk Resultaten Volledig optische flip-flop Volledig optische regenerator en golflengte omzetter Besluit

30 Volledig optische flip-flop 1 bit geheugen: bewaren van 0 of 1 Optische set en reset signalen RESET SET Flip-flop UIT Specificaties: lage set en reset puls energie (kleine pulsen) korte pulsduur hoog contrast in de uitgang tussen 0 en 1 toestand snelle overgangen tussen de twee toestanden flexibel en robuust

31 Volledig optische flip-flop P uit = P las (of = P in,versterkt ) Laser diode UIT Koppelaar IN 2 HOV of SOA P in UIT WINST IN IN

32 Volledig optische flip-flops

33 Volledig optische flip-flop 1X4- koppelaar Laser diodes HOV

34 Bistabiele werking Uitgangsvermogen Signal Output Power signaal (dbm) Laser Output Power (dbm) Uitgangsvermogen laser (dbm) Ingangsvermogen Input Power (dbm) Ingangsvermogen Input Power (dbm) P uit = P las (of = P in,versterkt ) Koppelaar P in 0 dbm = 1mW + 3dB = X 2 + 6dB = X 4 Laser diode HOV of SOA

35 Flip-flop werking Set puls Laser vermogen (mw) P uit = P las (of = P in,versterkt ) Laser diode Tijd (ns) Koppelaar Signaal vermogen (mw) P in HOV of SOA Tijd (ns) Reset puls

36 Flip-flop werking set pulse reset pulse p Vermogen o w e r (a.u.) CW ingangsvermogen: 1mW Vermogen (mw) time (ns) Puls lengte : 100ps Set puls energie : 340fJ Reset puls energie : 240fJ Vermogen (mw) Tijd (ns) ER > 12dB (laser) ~1/16 ER > 8dB (signaal) ~ 1/8 Tijd (ns)

37 Schakel energieën Set Set puls pulse energie energy (pj) (pj) P in =0.95mW P in =1.19mW P in =1.5mW Reset pulse energie energy (pj) (pj) P in =0.95mW P in =1.19mW P in =1.5mW Pulse lengte length (ps) Pulse lengte length (ps) (ps)

38 1.25GHz operatie: Dynamische respons Vermogen (mw) Laser Laser output vermogen power (dbm) (mw) Input power (dbm) Ingangsvermogen (dbm) Tijd (ns) 3mW CW ingangsvermogen 50ps pulsen Set puls energie: 1pJ Reset puls energie: 1.3pJ

39 Golflengte afhankelijkheid Uitgangsvermogen signaal (dbm) Uitgangsvermogen laser (dbm) Ingangsvermogen (dbm) Ingangsvermogen (dbm)

40 CW input: 2.5mW Puls lengte: 100ps 1547nm Set energie: 1.2pJ Reset energie: 0.85pJ Golflengte afhankelijkheid Vermogen (mw) Vermogen (mw) Tijd (ns) Tijd (ns) 1557nm Set energie: 1.45pJ Reset energie: 0.6pJ Vermogen (mw) Vermogen (mw) Tijd (ns) Signaal Tijd (ns) Laser

41 Volledig optische flip-flop Lage set en reset puls energie (kleine pulsen) sub-pj energieën (tot 240fJ) Korte pulsduur ps pulsen Hoog contrast in de uitgang tussen 0 en 1 toestand >12dB laser, >8dB signaal Snelle overgangen tussen de twee toestanden Schakeltijden rond 100ps, 1.25GHz schakelfrequentie Flexibel en robuust Golflengtebereik > 10nm, ingangsvermogen variaties,

42 Overzicht van de presentatie Reden van het onderzoek Doel van dit werk Resultaten Volledig optische flip-flop Volledig optische regenerator en golflengte omzetter Besluit

43 Regenerator en golflengte omzetter IN Component UIT UIT UIT IN IN Specificaties: ER verbetering (ER = verhouding tussen 0 en 1 ) BER verbetering (BER = fout frequentie) Hoge snelheid

44 Oogdiagram Bitstroom Oogdiagram Decisieniveau Decisiemoment Geeft een kwalitatieve indicatie van de signaalkwaliteit: hoe kleiner het oog, hoe moeilijker de detectie

45 BER BER = Bit Error Rate = frequentie waarmee een fout optreedt Verzonden Ontvangen BER = (1 foute bit) / 16 bits Telecom: aanvaardbare BER = 10-9 = 1 foute bit per miljard bits bij een datasnelheid van 10Gbit/s is dat 10 fouten per seconde

46 Regeneratie: statisch -5 Uitgangsvermogen (dbm) Output Power (dbm) db 8.5 db Input Power (dbm) Ingangsvermogen (dbm)

47 Regenerator: Dynamisch Input ER: 3.4dB Output ER: 10.3dB 1.28mW 0.12mW 0mW 10 0 Zonder component Na de component BER ER verbetering van 6.9dB Geen duidelijke BER verbetering Ontvangen vermogen (dbm)

48 Golflengte omzetter Uitgangsvermogen (dbm) Output power (dbm) Input power (dbm) Ingangsvermogen (dbm) Van 1552nm naar 1540nm

49 Golflengte omzetter aan 2.5Gbit/s Input ER: 6.9dB Output ER: 18.5dB 3.3mW 2.8mW 0.8mW 0.08mW 10 0 Zonder component Na de component ER verbetering van 11.6dB BER 10-5 BER verbetering van 3dB Ontvangen vermogen (dbm)

50 Regenerator en golflengte omzetter ER verbetering (ER = verhouding tussen 0 en 1 ) 7 en 11dB ER verbetering BER verbetering (BER = fout frequentie) 3dB verbetering voor de golflengte omzetter Hoge snelheid 2.5 en 10Gbit/s

51 Overzicht van de presentatie Reden van het onderzoek Doel van dit werk Resultaten Besluit

52 Besluit Er werd een volledig optische flip-flop gedemonstreerd en beschreven die bruikbaar is als een 1-bit geheugen. Lage schakel energie Snel Flexibel en robuust Dezelfde component is bruikbaar als regenerator en golflengte omzetter. ER verbetering Hoge snelheid

53 Merci Bedankt voor de aandacht

54 Merci Bedankt voor de aandacht

55 Merci Bedankt voor de aandacht

56 Receptie-tijd Tip 1: volg de collega s Tip 2: laat ze niet alleen aan de hapjes

Vergelijkbare documenten

Verticaal gekoppelde microringresonatoren gefabriceerd met waferbonding

Verticaal gekoppelde microringresonatoren gefabriceerd met waferbonding Ilse Christiaens Overzicht - Inleiding - Breedbandverbindingen - Optische netwerken - Optische chips - Ringresonatoren - Metingen