Wavelength

1 WAVELENGTH CONVERTERS

In wavelength division multiplexed (WDM) systems, data can be encoded on different wavelength channels and propagated through the system. As redes WDM podem escalar para maiores taxas e maior número de usuários, reutilizando comprimentos de onda em partes separadas da rede (Alexander et al, 1993). Se os conversores de comprimento de onda aumentam ou não a capacidade de uma rede depende da topologia e extensão geográfica da rede (Kaminow et al, 1996). Para redes de grande área e topologias de malha, os modelos prevêem benefícios modestos quando os conversores de comprimento de onda são empregados (Barry e Humblet. 1996; Ramaswami and Sivarajan, 1996). Apesar de seus benefícios potenciais não serem claros do ponto de vista arquitetônico, o desenvolvimento de conversores de comprimento de onda de alta velocidade tem sido uma área ativa de pesquisa.

a função de um conversor de comprimento de onda é pegar um sinal de dados ópticos em um comprimento de onda e traduzi-lo para outro comprimento de onda, mantendo a integridade do sinal original. Idealmente, esta função é realizada de uma forma transparente ou insensível ao formato de bit-rate e modulação do sinal original. As técnicas Opto-eletrônicas em que o sinal de dados ópticos é detectado, filtrado e amplificado eletronicamente, e então usado para modular a luz em um comprimento de onda diferente, são limitadas em velocidade pela conversão opto-eletrônica. Técnicas All-optical baseadas na modulação cross-gain, modulação cross-phase, e FWM in SO As are more promising.

destas três técnicas, a modulação de ganho cruzado (XGM) é a mais simples. Nesta técnica, um sinal modulado de intensidade, referido como a bomba, propaga-se através de uma SOA e reduz o ganho. As flutuações de ganho induzido são impressionadas em uma segunda entrada para a SOA, um feixe de cw em um comprimento de onda diferente chamado de sonda (koga et al, 1988; Glance et al, 1992; Joergensen et al, 1993). Neste caso, os dados convertidos em comprimento de onda são o complemento do sinal de dados original. Os dados complementares também podem ser codificados em múltiplos feixes de sonda cw simultaneamente (Wiesenfeld e Glance, 1992). Enquanto a conversão de comprimento de onda para comprimentos de onda mais curtos e mais longos tem sido demonstrada (Wiesenfeld et al, 1993; Joergensen et al, 1993), a proporção de extinção de sinais convertidos para comprimentos de onda mais curtos é sempre melhor porque o ganho comprime assimetricamente como resultado de efeitos de enchimento de banda (Wiesenfeld, 1996). Uma vez que a técnica depende da modulação de ganho, à medida que a taxa de dados óticos aumenta, devem ser tomadas medidas para diminuir o tempo de vida superior dos portadores na SOA para que a modulação de densidade de portadores possa seguir o sinal da bomba. Como discutido anteriormente, a vida útil do estado superior pode ser diminuída na presença de um intenso feixe óptico de retenção (Manning e Davies, 1994; Patrick e Manning, 1994). Em muitas demonstrações da XGM, o feixe de sonda em si é usado como o feixe óptico de retenção (Mikkelsen et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1993; Wiesenfeld et al, 1994a).

a presença necessária de um feixe óptico intenso diminui o ganho de estado estacionário da SOA e reduz a razão de extinção do sinal convertido em comprimento de onda. Portanto, à medida que a taxa de dados ópticos aumenta, a conversão de comprimento de onda por XGM é dificultada por uma razão de extinção reduzida e por interferência intersimbol devido à vida útil de um portador finito. No entanto, a conversão a taxas de dados tão elevadas como 20 Gb/s foi demonstrada (Wiesenfeld et al, 1994a). Uma desvantagem adicional desta técnica é que em altos poderes de entrada e grandes reduções de ganho, mudanças de fase significativas acompanham as mudanças de ganho. Estas alterações de fase podem conferir um chirp ao fluxo de dados ópticos e limitar a distância de transmissão do sinal. Note também que esta técnica é aplicável apenas a sinais modulados de amplitude. Ainda assim, a conversão de comprimento de onda por XGM é uma técnica útil porque requer apenas potências de entrada moderadas e pode ser uma técnica insensível à polarização se o ganho da SOA é insensível à polarização. Além disso, se a bomba e a sonda se propagarem em direções opostas através da SOA, não é necessário filtro ou polarizador para separar os feixes da bomba e sonda na saída da SOA. Finalmente, esta técnica tem sido demonstrada usando lasers semicondutores em vez de SOAs (Ottolenghi et al, 1993; Braagaard et al, 1994). O uso de lasers requer potências de entrada mais elevadas e produz menos flexibilidade na gama de comprimentos de onda convertidos.

modulação de fase cruzada (XPM) também pode ser usado para alcançar a conversão de comprimento de onda. In this technique, the pump compresses the gain and changes the refractive index of the semiconductor amplifier. Um feixe de sonda que se propaga através da SOA adquire um deslocamento de fase variável, dependendo se a bomba está ou não presente. Se o SOA é colocado em um braço de um interferômetro, a mudança de fase induzida ou modulação de fase pode ser convertida para uma modulação de intensidade (Mikkelsen et al, 1994; Durhuus et al, 1994). Há várias vantagens de alcançar a conversão de comprimento de onda por XPM ao invés de XGM. Uma vantagem é que o interferômetro pode ser configurado para qualquer operação de” inversão “e” não-inversão”, dependendo do viés de fase inicial. A operação de inversão, como a XGM, gera uma cópia complementar do sinal de entrada no comprimento de onda convertido, enquanto a operação de não-inversão mantém o fluxo de dados original exatamente. Outra vantagem é que rácios de extinção muito altos podem ser realizados no interferômetro (Wiesenfeld, 1996) e feixes de bomba de contrapropagação e sonda podem ser usados para eliminar a necessidade de um filtro ou polarizador à saída do conversor. Além disso, a dependência do comprimento de onda da mudança de fase é mais fraca do que a da mudança de ganho (Fig. 15), então a conversão para comprimentos de onda mais curtos e mais longos é mais uniforme. Além disso, o sinal do chirp transmitido ao sinal de conversão de comprimento de onda depende do facto de o interferómetro ser enviesado como conversor de comprimento de onda invertido ou não. Para a operação de não-Conversão, o chirp transmitido ao sinal convertido causa compressão de pulso em fibra óptica padrão, de modo que nenhuma penalidade de dispersão são observados em experimentos de transmissão (Ratovelomanana et al, 1995; Idler et al, 1995). As desvantagens associadas com a técnica XPM são o projeto interferométrico do dispositivo, a alta sensibilidade do desempenho do dispositivo a mudanças nos parâmetros de entrada, tais como o nível de potência, polarização e comprimento de onda, e o fato de que apenas sinais modulados de amplitude podem ser convertidos. Ainda assim, a conversão de comprimentos de onda a taxas até 40 Gb/s foi demonstrada em conversores interferométricos integrados que empregam não-linearidade do Índice de refração em SOAs (Danielsen et al, 1996).

FWM é a única técnica de conversão de comprimento de onda totalmente óptico que é independente do formato de modulação de dados (Vahala et al, 1996). Além de sinais modulados de amplitude, converte sinais analógicos e sinais modulados de fase, mas a modulação de fase é invertida porque o comprimento de onda convertido é o conjugado de fase da entrada. Lembre-se que a conjugação de fase do feixe de comprimento de onda convertido permite a “anulação” de distorções espectrais induzidas pela transmissão em esquemas de inversão espectral de midspan (Tatham et al, 1994). No entanto, em relação ao XGM e XPM, o FWM recebeu menos consideração como uma técnica de conversão de comprimento de onda viável para aplicações de sistemas. Uma razão é que é complicado fazer a polarização técnica-insensível (Jopson e Tench, 1993). Além disso, algum tipo de filtragem é necessária na saída do dispositivo FWM para separar a bomba, sonda e feixes conjugados. Outra desvantagem é que a eficiência de conversão é altamente dependente de comprimento de onda (Fig. 30), bem como ser assimétrico (Zhou et al, 1993). No entanto, experiências recentes mostraram eficiência de conversão de comprimentos de onda de baixo ruído de 0 dB para mudanças de comprimento de onda superiores a 5 nm (Girardin et ai, 1997). Além destes resultados, a conversão de comprimento de onda FWM de fluxos de dados foi demonstrada a uma taxa de 10 Gb / s (Ludwig e Raybon, 1994; Lee et al, 1997).