Sähköisen ja optisen signaalin käyttö samalla piirilevyllä

Työssä tutkittiin sähköisen ja optisen signaalin siirtoa samalla piirilevyllä. Optisen siirtotien komponentit ja niiden toiminta esiteltiin teoriakappaleessa. Valosignaalin vaimentumisilmiö selitettiin pääasiassa johtuvan absorption ja sironnan vaikutuksesta. Sironnan ja absorption vaikutusta valokuidussa käytettävään aallonpituusalueeseen tutkittiin ja esiteltiin valon yleisin modulaatiomenetelmä WDM. Työssä esiteltiin myös dispersion aiheuttama aikahajonta. Optisen signaalin siirrossa piirilevyllä keskityttiin valokanava- ja free-space-siirtoon. Valokanavamateriaalin vaikutusta heijastuksiin optisessa tiedonsiirrossa piirilevyllä tutkittiin. Nykyisten piirilevyjen tuotantomenetelmien käytön mahdollisuutta valokanavapiirilevyn valmistuksessa tutkittiin eri materiaaleille. Moduulien sisäisten tiedonsiirtoteiden integroinnin yleistymistä tulevaisuudessa perusteltiin. Lopuksi työssä esiteltiin kolme uutta keksintöä liittyen optiseen tiedonsiirtoon. Tarkoituksena oli esittää alan moninaisuutta ja uusien sovellusten mahdollisuuksia.

Domain/Multi-Domain Protection and Provisioning in Optical Networks

L’évolution récente des commutateurs de sélection de longueurs d’onde (WSS -Wavelength Selective Switch) favorise le développement du multiplexeur optique d’insertionextraction reconfigurable (ROADM - Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers) à plusieurs degrés sans orientation ni coloration, considéré comme un équipement fort prometteur pour les réseaux maillés du futur relativement au multiplexage en longueur d’onde (WDM -Wavelength Division Multiplexing ). Cependant, leur propriété de commutation asymétrique complique la question de l’acheminement et de l’attribution des longueur d’ondes (RWA - Routing andWavelength Assignment). Or la plupart des algorithmes de RWA existants ne tiennent pas compte de cette propriété d’asymétrie. L’interruption des services causée par des défauts d’équipements sur les chemins optiques (résultat provenant de la résolution du problème RWA) a pour conséquence la perte d’une grande quantité de données. Les recherches deviennent ainsi incontournables afin d’assurer la survie fonctionnelle des réseaux optiques, à savoir, le maintien des services, en particulier en cas de pannes d’équipement. La plupart des publications antérieures portaient particulièrement sur l’utilisation d’un système de protection permettant de garantir le reroutage du trafic en cas d’un défaut d’un lien. Cependant, la conception de la protection contre le défaut d’un lien ne s’avère pas toujours suffisante en termes de survie des réseaux WDM à partir de nombreux cas des autres types de pannes devenant courant de nos jours, tels que les bris d’équipements, les pannes de deux ou trois liens, etc. En outre, il y a des défis considérables pour protéger les grands réseaux optiques multidomaines composés de réseaux associés à un domaine simple, interconnectés par des liens interdomaines, où les détails topologiques internes d’un domaine ne sont généralement pas partagés à l’extérieur. La présente thèse a pour objectif de proposer des modèles d’optimisation de grande taille et des solutions aux problèmes mentionnés ci-dessus. Ces modèles-ci permettent de générer des solutions optimales ou quasi-optimales avec des écarts d’optimalité mathématiquement prouvée. Pour ce faire, nous avons recours à la technique de génération de colonnes afin de résoudre les problèmes inhérents à la programmation linéaire de grande envergure. Concernant la question de l’approvisionnement dans les réseaux optiques, nous proposons un nouveau modèle de programmation linéaire en nombres entiers (ILP - Integer Linear Programming) au problème RWA afin de maximiser le nombre de requêtes acceptées (GoS - Grade of Service). Le modèle résultant constitue celui de l’optimisation d’un ILP de grande taille, ce qui permet d’obtenir la solution exacte des instances RWA assez grandes, en supposant que tous les noeuds soient asymétriques et accompagnés d’une matrice de connectivité de commutation donnée. Ensuite, nous modifions le modèle et proposons une solution au problème RWA afin de trouver la meilleure matrice de commutation pour un nombre donné de ports et de connexions de commutation, tout en satisfaisant/maximisant la qualité d’écoulement du trafic GoS. Relativement à la protection des réseaux d’un domaine simple, nous proposons des solutions favorisant la protection contre les pannes multiples. En effet, nous développons la protection d’un réseau d’un domaine simple contre des pannes multiples, en utilisant les p-cycles de protection avec un chemin indépendant des pannes (FIPP - Failure Independent Path Protecting) et de la protection avec un chemin dépendant des pannes (FDPP - Failure Dependent Path-Protecting). Nous proposons ensuite une nouvelle formulation en termes de modèles de flots pour les p-cycles FDPP soumis à des pannes multiples. Le nouveau modèle soulève un problème de taille, qui a un nombre exponentiel de contraintes en raison de certaines contraintes d’élimination de sous-tour. Par conséquent, afin de résoudre efficacement ce problème, on examine : (i) une décomposition hiérarchique du problème auxiliaire dans le modèle de décomposition, (ii) des heuristiques pour gérer efficacement le grand nombre de contraintes. À propos de la protection dans les réseaux multidomaines, nous proposons des systèmes de protection contre les pannes d’un lien. Tout d’abord, un modèle d’optimisation est proposé pour un système de protection centralisée, en supposant que la gestion du réseau soit au courant de tous les détails des topologies physiques des domaines. Nous proposons ensuite un modèle distribué de l’optimisation de la protection dans les réseaux optiques multidomaines, une formulation beaucoup plus réaliste car elle est basée sur l’hypothèse d’une gestion de réseau distribué. Ensuite, nous ajoutons une bande pasiv sante partagée afin de réduire le coût de la protection. Plus précisément, la bande passante de chaque lien intra-domaine est partagée entre les p-cycles FIPP et les p-cycles dans une première étude, puis entre les chemins pour lien/chemin de protection dans une deuxième étude. Enfin, nous recommandons des stratégies parallèles aux solutions de grands réseaux optiques multidomaines. Les résultats de l’étude permettent d’élaborer une conception efficace d’un système de protection pour un très large réseau multidomaine (45 domaines), le plus large examiné dans la littérature, avec un système à la fois centralisé et distribué.

Analysis and Testing of a Novel Oadm Based on FBG and Machzehnder Interferometer

A novel optical add-drop multiplexer (OADM) based on the Mach-Zelauler interferometer (MZI) and the fiber Bragg grating (FBG) is proposed for the first tittle to the authors ' knowledge. In the structure, the Mach-Zehnder interferometer acts as an optical switch. The principle of the OADM is analyzed in this paper. The OADM can add/drop one of the multi-input channels or pass the channel directly by adjusting the difference of the two arms of the interferometer. The channel isolation is more than 20 dB

Fabrication and Characterization of All-Fiber Components for Optical Access Networks

This Thesis deals with the fabrication and characterization of novel all-fiber components for access networks. All fiber components offer distinctive advantages due to low forward and backward losses, epoxy free optical path and high power handling. A novel fabrication method for monolithic 1x4 couplers, which are vital components in distributed passive optical networks, is realized. The fabrication method differs from conventional structures with a symmetric coupling profile and hence offers ultra wideband performance and easy process control. New structure for 1x4 couplers, by fusing five fibers is proposed to achieve high uniformity, which gives equivalent uniformity performance to 1x4 planar lightwave splitters, isolation in fused fiber WDM is improved with integration of long period gratings. Packaging techniques of fused couplers are analyzed for long term stability.

GaInAsP-basierende Resonatorstrukturen

Physikalische Grundlagenforschung und anwendungsorientierte physikalische Forschung auf den Gebieten nanoskaliger kristalliner und amorpher fester Körper haben in vielfacher Weise eine große Bedeutung. Neben dem Verständnis für die Struktur der Materie und die Wechselwirkung von Objekten von der Größe einiger Atome ist die Erkenntnis über die physikalischen Eigenschaften nanostrukturierter Systeme von hohem Interesse. Diese Forschung eröffnet die Möglichkeit, die mit der Mikroelektronik begonnene Miniaturisierung fortzusetzen und wird darüber hinaus neue Anwendungsfelder eröffnen. Das Erarbeiten der physikalischen Grundlagen der Methoden zur Herstellung und Strukturierung ist dabei zwingend notwendig, da hier Wirkungsprinzipien dominieren, die erst bei Strukturgrößen im Nanometerbereich auftreten oder hinreichend stark ausgeprägt sind. Insbesondere Halbleitermaterialien sind hier von großem Interesse. Die in dieser Arbeit untersuchten Resonatorstrukturen, die auf dem kristallinen Verbindungshalbleitermaterial GaInAsP/InP basieren, erschließen wichtige Anwendungsfelder im Bereich der optischen Datenübertragung sowie der optischen Sensorik. Hergestellt wird das Halbleitermaterial mit der Metallorganischen Gasphasenepitaxie. Die experimentell besimmten Kenngrößen lassen Rückschlüsse auf die Güte der Materialien, die quantenmechanischen Wirkungsprinzipien und die Bauelementcharakteristik zu und führen zu optimal angepassten Kristallstrukturen. Auf Basis dieser optimierten Materialien wurde ein durchstimmbarer Fabry-Perot-Filter hergestellt, der aus einer Kombination aus InP-Membranen und Luftspalten besteht und elektromechanisch aktuiert werden kann. Das GaInAsP dient hierbei als wenige hundert nm dicke Opferschicht, die ätztechnisch hochselektiv beseitigt wird. Die Qualität der Grenzflächen zum InP ist entscheidend für die Qualität der freigeätzten Kavitäten und damit für die mechanische Gesamtstabilität der Struktur. Der in dieser Arbeit beschriebene Filter hat eine Zentralwellenlänge im Bereich von 1550 nm und weist einen Durchstimmbereich von 221 nm auf. Erzielt wurde dieser Wert durch ein konsistentes Modell der wirkenden Verspannungskomponenten und einer optimierten epitaktischen Kontrolle der Verspannungsparameter. Das realisierte Filterbauelement ist vielversprechend für den Einsatz in der optischen Kommunikation im Bereich von WDM (wavelength division multiplexing) Anwendungen. Als weitere Resonatorstrukur wurde ein Asymmetrisch gekoppelter Quantenfilm als optisch aktives Medium, bestehend aus GaInAsP mit variierender Materialkomposition und Verspannung, untersucht, um sein Potential für eine breitbandige Emission zu untersuchen und mit bekannten Modellen zu vergleichen. Als Bauelementdesign wurde eine kantenemittierende Superlumineszenzleuchtdiode gewählt. Das Ergebnis ist eine Emissionskurve von 100 nm, die eine höhere Unabhängigkeit vom Injektionsstrom aufweist als andere bekannte Konzepte. Die quantenmechanischen Wirkungsprinzipien - im wesentlichen die Kopplung der beiden asymmetrischen Potentialtöpfe und die damit verbundene Kopplung der Wellenfunktionen - werden qualitativ diskutiert. Insgesamt bestätigt sich die Eignung des Materials GaInAsP auch für neuartige, qualitativ höchst anspruchsvolle Resonatorstrukturen und die Bedeutung der vorgestellten und untersuchten Resonatorkonzepte. Die vorgestellten Methoden, Materialien und Bauelemente liefern aufgrund ihrer Konzeption und der eingehenden experimentellen Untersuchungen einen Beitrag sowohl zu den zugrunde liegenden mechanischen, optoelektronischen und quantenmechanischen Wirkungsprinzipien der Strukturen, als auch zur Realisierung neuer optoelektronischer Bauelemente.

Análisis de las barreras no arancelarias ante la disminución de aranceles. Una aproximación a las relaciones comerciales entre Colombia y Estados Unidos (1990 - 2011).

Estados Unidos junto a Japón y algunos Estados europeos han incentivado e impulsado al resto de los Estados a que abran sus fronteras y se inserten en el modelo de liberalización comercial. Estos países, en particular Estados Unidos promueven este modelo por medio de las relaciones comerciales que establece con otros Estados. Al establecer esta clase de relaciones, especialmente con Estados menos desarrollados, el país norteamericano busca mejorar su posición y obtener beneficios en detrimento de la otra parte por medio de la imposición de condiciones para maximizar sus beneficios y ganancias. La necesidad del gobierno estadounidense de mantener e incrementar su credibilidad ante sus ciudadanos y al mismo tiempo incentivar a los demás países para que abran sus fronteras se expresa en una incongruencia entre el discurso defensor del libre comercio y las estrategias proteccionistas como las barreras no arancelarias que pone en marcha y cuyo propósito es no perder espacio en el sistema internacional ni ver menoscabada su influencia sobre los demás Estados. Sin embargo, el establecimiento de medidas proteccionistas afecta las posiciones comerciales de países como Colombia en tanto que estas medidas ponen en desventaja a sus productos.

Multi-layer survivability: routing schemes for GMPLS-based networks

En les xarxes IP/MPLS sobre WDM on es transporta gran quantitat d'informacio, la capacitat de garantir que el trafic arriba al node de desti ha esdevingut un problema important, ja que la fallada d'un element de la xarxa pot resultar en una gran quantitat d'informacio perduda. Per garantir que el trafic afectat per una fallada arribi al node desti, s'han definit nous algoritmes d'encaminament que incorporen el coneixement de la proteccio en els dues capes: l'optica (WDM) i la basada en paquets (IP/MPLS). D'aquesta manera s'evita reservar recursos per protegir el trafic a les dues capes. Els nous algoritmes resulten en millor us dels recursos de la xarxa, ofereixen rapid temps de recuperacio, eviten la duplicacio de recursos i disminueixen el numero de conversions del trafic de senyal optica a electrica.

Broadband NIR emission in novel sol-gel Er3+-doped SiO 2-Nb2O5 glass ceramic planar waveguides for photonic applications

This paper reports on the sol-gel preparation and structural and optical characterization of new Er3+-doped SiO2-Nb 2O5 nanocomposite planar waveguides. Erbium-doped (100-x)SiO2-xNb2O5 waveguides were deposited on silica-on-silicon substrates and Si(1 0 0) by the dip-coating technique. The waveguides exhibited uniform refractive index distribution across the thickness, efficient light injection at 1538 nm, and low losses at 632 and 1538 nm. The band-gap values lied between 4.12 eV and 3.55 eV for W1-W5, respectively, showing an excellent transparency in the visible and near infrared region for the waveguides. Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy analysis evidenced SiO2-Nb2O5 nanocomposite formation with controlled phase separation in the films. The HRTEM and XRD analyses revealed Nb2O5 orthorhombic T-phase nanocrystals dispersed in a silica-based host. Photoluminescence (PL) analysis showed a broad band emission at 1531 nm, assigned to the 4I13/2 → 4I15/2 transition of the Er3+ ions present in the nanocomposite, with a full-width at half medium of 48-68 nm, depending on the niobium content and annealing. Hence, these waveguides are excellent candidates for application in integrated optics, especially in EDWA and WDM devices. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Estudo comparativo de sistemas de rádio digital sobre fibra aplicado a C-RAN

O objetivo deste trabalho é comparar aspectos relacionados ao uso de Multiplexação por Subportadora (SCM) em um sistema de transmissão de Rádio Digital sobre Fibra (DRoF) aplicado à Arquitetura de Acesso a Rádio Centralizado (C-RAN). Para isso, foram criados dois cenários que fazem uso da tecnologia DRoF, onde no primeiro, três subportadoras são transmitidas em um comprimento de onda e, para o segundo cenário, três comprimentos de onda são transmitidos, onde cada um possui uma única subportadora. Para ambas configurações é visado alimentar unidades de rádio remoto (RRH) localizadas na torre de transmissão. São analisados aspectos de desempenho da recepção, alcance das redes e complexidade do sistema para cada um dos cenários propostos. Além disso, são mostrados passo a passo como os sistemas foram construídos utilizando o software de simulação VPITransmissionMaker. Foram considerados para cada subportadora uma taxa de 250 Mbps, modulação 16-QAM, centrados na frequência de 5GHz. Os resultados obtidos demonstram que, para SCM-DRoF, uma Taxa de Erro de Bit (BER) de 10^-6 é mantida constante para enlaces de até 20 km. No segundo modelo, sem uso de SCM, um desempenho similar foi verificado, contudo com alcance de até 40 km. Dado o contexto da aplicação, os fatores desempenho e distância levam a crer que ambos cenários de transmissão podem ser utilizadas para C-RAN. Contudo, levando em consideração o custo e a complexidade no domínio óptico, o sistema utilizando SCM, comparativamente, possui mais vantagens. Conclui-se então que o uso de SCM apresenta-se como uma forte opção para aplicações no contexto das novas tecnologias de redes de acesso móvel.

Políticas de alocação de espectro em roteamento baseado em balanceamento de cargas e fragmentação para redes ópticas elásticas

A natureza rígida de redes de multiplexação por divisão de comprimentos de onda (WDM) provoca exploração ineficiente de capacidade espectral. Dessa forma, redes flexíveis são um possível avanço para a tecnologia óptica por viabilizarem melhor aproveitamento dos recursos espectrais disponíveis. Com o intuito de aferir a possível aplicabilidade de redes flexíveis, este trabalho propõe uma estratégia de avaliação de desempenho baseada em simulações e comparações entre resultados obtidos. Para tanto, várias simulações a tempo discreto foram implementadas em dois simuladores desenvolvidos em Matlab a fim de analisar diferentes políticas de alocação de espectro (First-Fit, Smallest-Fit, Exact-Fit e Random-Fit) em três algoritmos de roteamento por caminhos ópticos não híbridos: o roteamento por fragmentação externa (FA), por caminhos mais curtos com máxima eficiência de reuso espectral (SPSR) e por balanceamento de cargas (BLSA). Duas topologias de rede foram utilizadas: um pequeno subconjunto de 6 nós da Cost239 e uma topologia aleatória de 7 nós. Admitindo-se que efeitos de camada física não foram configurados como restrições, foram realizadas comparações entre as diversas técnicas estudadas, objetivando-se apontar, baseado nas especificidades dos cenários propostos, qual o método mais adequado de alocação espectral em termos de frequência de bloqueio entre as quatro políticas de alocação de espectro consideradas.

Unusual broadening of the NIR luminescence of Er3+-doped Nb2O5 nanocrystals embedded in silica host: Preparation and their structural and spectroscopic study for photonics applications

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Optimizing Amplifier Placements in a Multiwavelength Optical LAN/MAN: The Unequally Powered Wavelengths Case

Optical networks based on passive-star couplers and employing WDM have been proposed for deployment in local and metropolitan areas. These networks suffer from splitting, coupling, and attenuation losses. Since there is an upper bound on transmitter power and a lower bound on receiver sensitivity, optical amplifiers are usually required to compensate for the power losses mentioned above. Due to the high cost of amplifiers, it is desirable to minimize their total number in the network. However, an optical amplifier has constraints on the maximum gain and the maximum output power it can supply; thus, optical amplifier placement becomes a challenging problem. In fact, the general problem of minimizing the total amplifier count is a mixed-integer nonlinear problem. Previous studies have attacked the amplifier-placement problem by adding the “artificial” constraint that all wavelengths, which are present at a particular point in a fiber, be at the same power level. This constraint simplifies the problem into a solvable mixed integer linear program. Unfortunately, this artificial constraint can miss feasible solutions that have a lower amplifier count but do not have the equally powered wavelengths constraint. In this paper, we present a method to solve the minimum amplifier- placement problem, while avoiding the equally powered wavelength constraint. We demonstrate that, by allowing signals to operate at different power levels, our method can reduce the number of amplifiers required.

Routing and Wavelength Assignment (RWA) with Power Considerations In All- Optical Wavelength-Routed Networks

Routing and wavelength assignment (RWA) is an important problem that arises in wavelength division multiplexed (WDM) optical networks. Previous studies have solved many variations of this problem under the assumption of perfect conditions regarding the power of a signal. In this paper, we investigate this problem while allowing for degradation of routed signals by components such as taps, multiplexers, and fiber links. We assume that optical amplifiers are preplaced. We investigate the problem of routing the maximum number of connections while maintaining proper power levels. The problem is formulated as a mixed-integer nonlinear program and two-phase hybrid solution approaches employing two different heuristics are developed

Priority-based Lambda Scheduler

Optical networks provide a new dimension to meet the demands of exponentially growing traffic. Optical packet switching requires a good switch architecture, which eliminates the O/E/O conversion as much as possible. Wavelength Division Multiplexing (WDM) provides a breakthrough to exploit the huge bandwidth of the optical fiber. Different applications have different requirements, which necessitate employing differentiated services. This paper presents the idea of a priority-based λ-scheduler, where the packets are differentiated into different classes and services are provided accordingly. For example, class 0 can correspond to non real time applications like email and ftp, while class 1 can correspond to real-time audio and video communications. The architecture is based on that of the λ-scheduler and hence it has the added advantage of reduced component cost by using WDM internally.

Joint Computing and Network Resource Scheduling in a Lambda Grid Network

Data-intensive Grid applications require huge data transfers between grid computing nodes. These computing nodes, where computing jobs are executed, are usually geographically separated. A grid network that employs optical wavelength division multiplexing (WDM) technology and optical switches to interconnect computing resources with dynamically provisioned multi-gigabit rate bandwidth lightpath is called a Lambda Grid network. A computing task may be executed on any one of several computing nodes which possesses the necessary resources. In order to reflect the reality in job scheduling, allocation of network resources for data transfer should be taken into consideration. However, few scheduling methods consider the communication contention on Lambda Grids. In this paper, we investigate the joint scheduling problem while considering both optical network and computing resources in a Lambda Grid network. The objective of our work is to maximize the total number of jobs that can be scheduled in a Lambda Grid network. An adaptive routing algorithm is proposed and implemented for accomplishing the communication tasks for every job submitted in the network. Four heuristics (FIFO, ESTF, LJF, RS) are implemented for job scheduling of the computational tasks. Simulation results prove the feasibility and efficiency of the proposed solution.