Analysis of the effect of transverse modes on free-space optical interconnect performance

Vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) and microlenses can be used to implement free space optical interconnects (FSOIs) which do not suffer from the bandwidth limitations inherent in metallic interconnects. A comprehensive link equation describing the effects of both optical and electrical noise is introduced. We have evaluated FSOI performance by examining the following metrics: the space-bandwidth product (SBP), describing the density of channels and aggregate bandwidth that can be achieved, and the carrier-to-noise ratio (CNR), which represents the relative strength of the carrier signal. The mode expansion method (MEM) was used to account for the primary cause of optical noise: laser beam diffraction. While the literature commonly assumes an ideal single-mode laser beam, we consider the experimentally determined multimodal structure of a VCSEL beam in our calculations. It was found that maximum achievable interconnect length and density for a given CNR was significantly reduced when the higher order transverse modes were present in Simulations. However, the Simulations demonstrate that free-space optical interconnects are still a suitable solution for the communications bottleneck, despite the adverse effects introduced by transverse modes.

Studio Integrato Geomorfologico-Geofisico dell'Area Epicentrale del Terremoto del 20 Maggio 2012 (Mw 5.9) in Emilia-Romagna

La Sequenza Sismica Emiliana del 2012 ha colpito la zona compresa tra Mirandola e Ferrara con notevoli manifestazioni cosismiche e post-sismiche secondarie, soprattutto legate al fenomeno della liquefazione delle sabbie e alla formazione di fratturazioni superficiali del terreno. A fronte del fatto che la deformazione principale, osservata tramite tecniche di remote-sensing, ha permesso di individuare la posizione della struttura generatrice, ci si è interrogati sul rapporto tra strutture profonde e manifestazioni secondarie superficiali. In questa tesi è stato svolto un lavoro di integrazione di dati a varia scala, dalla superficie al sottosuolo, fino profondità di alcuni chilometri, per analizzare il legame tra le strutture geologiche che hanno generato il sisma e gli effetti superficiali percepiti dagli osservatori. Questo, non solo in riferimento allo specifico del sisma emiliano del 2012, ma al fine di trarre utili informazioni in una prospettiva storica e geologica sugli effetti di un terremoto “tipico”, in una regione dove le strutture generatrici non affiorano in superficie. Gli elementi analizzati comprendono nuove acquisizioni e rielaborazioni di dati pregressi, e includono cartografie geomorfologiche, telerilevamenti, profili sismici a riflessione superficiale e profonda, stratigrafie e informazioni sulla caratterizzazione dell’area rispetto al rischio sismico. Parte dei dati di nuova acquisizione è il risultato dello sviluppo e la sperimentazione di metodologie innovative di prospezione sismica in corsi e specchi d’acqua continentali, che sono state utilizzate con successo lungo il Cavo Napoleonico, un canale artificiale che taglia ortogonalmente la zona di massima deformazione del sisma del 20 Maggio. Lo sviluppo della nuova metodologia di indagine geofisica, applicata ad un caso concreto, ha permesso di migliorare le tecniche di imaging del sottosuolo, oltre a segnalare nuove evidenze co-sismiche che rimanevano nascoste sotto le acque del canale, e a fornire elementi utili alla stratigrafia del terreno. Il confronto tra dati geofisici e dati geomorfologici ha permesso di cartografare con maggiore dettaglio i corpi e le forme sedimentarie superficiali legati alla divagazione fluviale dall’VIII sec a.C.. I dati geofisici, superficiali e profondi, hanno evidenziato il legame tra le strutture sismogeniche e le manifestazioni superficiali seguite al sisma emiliano. L’integrazione dei dati disponibili, sia nuovi che da letteratura, ha evidenziato il rapporto tra strutture profonde e sedimentazione, e ha permesso di calcolare i tassi geologici di sollevamento della struttura generatrice del sisma del 20 Maggio. I risultati di questo lavoro hanno implicazioni in vari ambiti, tra i quali la valutazione del rischio sismico e la microzonazione sismica, basata su una caratterizzazione geomorfologico-geologico-geofisica dettagliata dei primi 20 metri al di sotto della superficie topografica. Il sisma emiliano del 2012 ha infatti permesso di riconoscere l’importanza del substrato per lo sviluppo di fenomeni co- e post-sismici secondari, in un territorio fortemente eterogeneo come la Pianura Padana.

Simulation of optical fibre communication systems influenced by stimulated brillouin scattering

Boyd's SBS model which includes distributed thermal acoustic noise (DTAN) has been enhanced to enable the Stokes-spontaneous density depletion noise (SSDDN) component of the transmitted optical field to be simulated, probably for the first time, as well as the full transmitted field. SSDDN would not be generated from previous SBS models in which a Stokes seed replaces DTAN. SSDDN becomes the dominant form of transmitted SBS noise as model fibre length (MFL) is increased but its optical power spectrum remains independent of MFL. Simulations of the full transmitted field and SSDDN for different MFLs allow prediction of the optical power spectrum, or system performance parameters which depend on this, for typical communication link lengths which are too long for direct simulation. The SBS model has also been innovatively improved by allowing the Brillouin Shift Frequency (BS) to vary over the model fibre length, for the nonuniform fibre model (NFM) mode, or to remain constant, for the uniform fibre model (UFM) mode. The assumption of a Gaussian probability density function (pdf) for the BSF in the NFM has been confirmed by means of an analysis of reported Brillouin amplified power spectral measurements for the simple case of a nominally step-index single-mode pure silica core fibre. The BSF pdf could be modified to match the Brillouin gain spectra of other fibre types if required. For both models, simulated backscattered and output powers as functions of input power agree well with those from a reported experiment for fitting Brillouin gain coefficients close to theoretical. The NFM and UFM Brillouin gain spectra are then very similar from half to full maximum but diverge at lower values. Consequently, NFM and UFM transmitted SBS noise powers inferred for long MFLs differ by 1-2 dB over the input power range of 0.15 dBm. This difference could be significant for AM-VSB CATV links at some channel frequencies. The modelled characteristic of Carrier-to-Noise Ratio (CNR) as a function of input power for a single intensity modulated subcarrier is in good agreement with the characteristic reported for an experiment when either the UFM or NFM is used. The difference between the two modelled characteristics would have been more noticeable for a higher fibre length or a lower subcarrier frequency.

Pseudoradial Spaces: Finite Products and an Example From CH

∗ The first named author’s research was partially supported by GAUK grant no. 350, partially by the Italian CNR. Both supports are gratefully acknowledged. The second author was supported by funds of Italian Ministery of University and by funds of the University of Trieste (40% and 60%).

Stability of Supporting and Exposing Elements of Convex Sets in Banach Spaces

* This work was supported by the CNR while the author was visiting the University of Milan.

SG Pseudo-Differential Operators and Weak Hyperbolicity

2002 Mathematics Subject Classification: 35S05, 47G30, 58J42.