85 research outputs found

    Advances in Optical Amplifiers

    Get PDF
    Optical amplifiers play a central role in all categories of fibre communications systems and networks. By compensating for the losses exerted by the transmission medium and the components through which the signals pass, they reduce the need for expensive and slow optical-electrical-optical conversion. The photonic gain media, which are normally based on glass- or semiconductor-based waveguides, can amplify many high speed wavelength division multiplexed channels simultaneously. Recent research has also concentrated on wavelength conversion, switching, demultiplexing in the time domain and other enhanced functions. Advances in Optical Amplifiers presents up to date results on amplifier performance, along with explanations of their relevance, from leading researchers in the field. Its chapters cover amplifiers based on rare earth doped fibres and waveguides, stimulated Raman scattering, nonlinear parametric processes and semiconductor media. Wavelength conversion and other enhanced signal processing functions are also considered in depth. This book is targeted at research, development and design engineers from teams in manufacturing industry, academia and telecommunications service operators

    Optical time domain add-drop multiplexing employing fiber nonlinearities

    Get PDF
    Het in dit proefschrift beschreven onderzoek richt zich op het ontrafelen van in het tijdsdomein gestapelde optische signalen, ook wel optical time division multiplexing (OTDM) genoemd, en de bijbehorende technologische uitdagingen. Dit werk richt zich in het bijzonder op het toevoegen en extraheren van een specifieke datastroom uit een OTDM signaal. De component die deze functie uitvoert kan worden aangeduid als een add-drop multiplexer (ADM). Deze ADMs kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën. De eerste categorie is gebaseerd op oplossingen die gebruik maken van halfgeleider materiaal en de tweede categorie benut de niet-lineariteit van een glasvezel. Een onderzochte halfgeleider materiaal ADM techniek is gebaseerd op het crossabsorption modulation (XAM) effect in een electro-absorptie modulator (EAM). Een model, gebaseerd op propagatie-vergelijkingen in halfgeleider materiaal, is ontwikkeld om de invloed van het XAM effect te kunnen simuleren. Resultaten verkregen met dit model komen goed overeen met experimenteel verkregen resultaten. Foutvrij extraheren (demultiplexen) van een 10 Gb/s datakanaal uit een 80 Gb/s OTDM signaal, met behulp van XAM in een EAM is experimenteel aangetoond. Een nieuw concept genaamd cross-polarisatie rotatie (XPR) is geïntroduceerd om het contrast ratio van de EAM demultiplexer te verbeteren. Ondanks verbetering van het contrast ratio van de demultiplexer is er geen significante verbetering van de prestatie waarneembaar. Mogelijkheden om de EAM in een 160 Gb/s demultiplexer configuratie te gebruiken zijn onderzocht. De kwaliteit van de EAM als optische schakelaar is sterk afhankelijk van het maximaal toegestane ingangsvermogen. Een hoger vermogen van het optische kloksignaal leidt tot een sterker absorptie verzadigingseffect. De snelheid van de EAM als optische schakelaar is begrensd door de hersteltijd van de vrije elektronen en gaten in de halfgeleider, gezamenlijk de carriers genoemd. Een verhoging van de negatieve biasspanning leidt tot een verkorting van de carrier hersteltijd. Een nadeel van het gebruik van een hogere biasspanning is de bijkomende hogere absorptie wat resulteert in een hoger vereist ingangsvermogen om de absorptie te verzadigen, omdat anders een verslechtering van de signaal-ruis verhouding onvermijdelijk is. Een belangrijk deel van het proefschrift richt zich op ADMs die de niet-lineariteit van een glasvezel benutten. Een van de meest veelbelovende oplossingen is gebaseerd op de nonlinear optical loop mirror (NOLM). Een geheel optische tijdsdomein ADM gebaseerd op een NOLM structuur is voor het eerst gedemonstreerd op datasnelheden boven de 80 Gb/s. Simulaties en experimenteel onderzoek zijn uitgevoerd op 160 Gb/s en 320 Gb/s. De prestatie limiterende factoren in de NOLM gebaseerde ADM zijn overspraak van naburige kanalen voor het extraheren van een kanaal en incomplete verwijdering van het geëxtraheerde kanaal voor het toevoegen van een nieuw kanaal. De jitter op het controle- en datasignaal en een niet geoptimaliseerde NOLM ingangskoppelaar verslechteren de kwaliteit van de ADM. De behaalde resultaten openen mogelijkheden om in de toekomst het systeem op te waarderen naar 640 Gb/s. De conversie van twee 10 Gb/s non-return to zero (NRZ) golflengte gestapelde kanalen (WDM) naar één 20 Gbs return-to-zero (RZ) OTDM signaal is experimenteel gekarakteriseerd. Het conversie principe is gebaseerd op four-wave mixing (FWM) in een sterk niet-lineare vezel (HNLF). Een voordeel van deze conversie techniek is dat er geen extra NRZ naar RZ conversiestap vereist is. Een tweede voordeel is de transparantie van FWM ten opzichte van de gebruikte modulatie techniek. Zo is deze techniek bijvoorbeeld ook geschikt voor fasegemoduleerde datasignalen. De beperkingen van deze conversie techniek zijn onderzocht. Conversie van 2x10 Gb/s WDM naar 20 Gb/s OTDM is experimenteel aangetoond, maar simulaties wijzen uit dat deze techniek niet geschikt is voor conversie van 4x40 Gb/s WDM naar 160 Gb/s OTDM, omdat het optische vermogen van het geconverteerde signaal erg laag is als gevolg van de lage efficiëntie van het FWM proces. Een alternatieve ADM techniek die ook bestudeerd is, is gebaseerd op cross-phase modulatie (XPM) spectrale verbreding in combinatie met filtering. Het voordeel van deze techniek is het geringere aantal benodigde componenten voor de constructie van een complete ADM in vergelijking met een ADM gebaseerd op een NOLM of een Kerr shutter. Simulaties en experimenteel werk demonstreren de mogelijkheden van deze techniek. Een geheel optische tijddomein ADM voor fasegemoduleerde signalen is voor de eerste maal aangetoond. Add-drop multiplexing van een 80 Gb/s RZ-DPSK OTDM signaal gebaseerd op de Kerr shutter met 375 meter HNLF is experimenteel gedemonstreerd. De fase-informatie in het signaal is behouden in de complete ADM. Praktische beperkingen in de experimentele set-up begrensden de datasnelheid tot 80 Gb/s. Een ADM experiment op 320 Gb/s met amplitude gemoduleerde signalen geeft een indicatie van de mogelijkheden van de Kerr shutter als ultrasnelle schakelaar

    Sincronização em sistemas integrados a alta velocidade

    Get PDF
    Doutoramento em Engenharia ElectrotécnicaA distribui ção de um sinal relógio, com elevada precisão espacial (baixo skew) e temporal (baixo jitter ), em sistemas sí ncronos de alta velocidade tem-se revelado uma tarefa cada vez mais demorada e complexa devido ao escalonamento da tecnologia. Com a diminuição das dimensões dos dispositivos e a integração crescente de mais funcionalidades nos Circuitos Integrados (CIs), a precisão associada as transições do sinal de relógio tem sido cada vez mais afectada por varia ções de processo, tensão e temperatura. Esta tese aborda o problema da incerteza de rel ogio em CIs de alta velocidade, com o objetivo de determinar os limites do paradigma de desenho sí ncrono. Na prossecu ção deste objectivo principal, esta tese propõe quatro novos modelos de incerteza com âmbitos de aplicação diferentes. O primeiro modelo permite estimar a incerteza introduzida por um inversor est atico CMOS, com base em parâmetros simples e su cientemente gen éricos para que possa ser usado na previsão das limitações temporais de circuitos mais complexos, mesmo na fase inicial do projeto. O segundo modelo, permite estimar a incerteza em repetidores com liga ções RC e assim otimizar o dimensionamento da rede de distribui ção de relógio, com baixo esfor ço computacional. O terceiro modelo permite estimar a acumula ção de incerteza em cascatas de repetidores. Uma vez que este modelo tem em considera ção a correla ção entre fontes de ruí do, e especialmente util para promover t ecnicas de distribui ção de rel ogio e de alimentação que possam minimizar a acumulação de incerteza. O quarto modelo permite estimar a incerteza temporal em sistemas com m ultiplos dom ínios de sincronismo. Este modelo pode ser facilmente incorporado numa ferramenta autom atica para determinar a melhor topologia para uma determinada aplicação ou para avaliar a tolerância do sistema ao ru ído de alimentação. Finalmente, usando os modelos propostos, são discutidas as tendências da precisão de rel ogio. Conclui-se que os limites da precisão do rel ogio são, em ultima an alise, impostos por fontes de varia ção dinâmica que se preveem crescentes na actual l ogica de escalonamento dos dispositivos. Assim sendo, esta tese defende a procura de solu ções em outros ní veis de abstração, que não apenas o ní vel f sico, que possam contribuir para o aumento de desempenho dos CIs e que tenham um menor impacto nos pressupostos do paradigma de desenho sí ncrono.Distributing a the clock simultaneously everywhere (low skew) and periodically everywhere (low jitter) in high-performance Integrated Circuits (ICs) has become an increasingly di cult and time-consuming task, due to technology scaling. As transistor dimensions shrink and more functionality is packed into an IC, clock precision becomes increasingly a ected by Process, Voltage and Temperature (PVT) variations. This thesis addresses the problem of clock uncertainty in high-performance ICs, in order to determine the limits of the synchronous design paradigm. In pursuit of this main goal, this thesis proposes four new uncertainty models, with di erent underlying principles and scopes. The rst model targets uncertainty in static CMOS inverters. The main advantage of this model is that it depends only on parameters that can easily be obtained. Thus, it can provide information on upcoming constraints very early in the design stage. The second model addresses uncertainty in repeaters with RC interconnects, allowing the designer to optimise the repeater's size and spacing, for a given uncertainty budget, with low computational e ort. The third model, can be used to predict jitter accumulation in cascaded repeaters, like clock trees or delay lines. Because it takes into consideration correlations among variability sources, it can also be useful to promote oorplan-based power and clock distribution design in order to minimise jitter accumulation. A fourth model is proposed to analyse uncertainty in systems with multiple synchronous domains. It can be easily incorporated in an automatic tool to determine the best topology for a given application or to evaluate the system's tolerance to power-supply noise. Finally, using the proposed models, this thesis discusses clock precision trends. Results show that limits in clock precision are ultimately imposed by dynamic uncertainty, which is expected to continue increasing with technology scaling. Therefore, it advocates the search for solutions at other abstraction levels, and not only at the physical level, that may increase system performance with a smaller impact on the assumptions behind the synchronous design paradigm

    Efficient Passive Clustering and Gateways selection MANETs

    Get PDF
    Passive clustering does not employ control packets to collect topological information in ad hoc networks. In our proposal, we avoid making frequent changes in cluster architecture due to repeated election and re-election of cluster heads and gateways. Our primary objective has been to make Passive Clustering more practical by employing optimal number of gateways and reduce the number of rebroadcast packets

    The effect of an optical network on-chip on the performance of chip multiprocessors

    Get PDF
    Optical networks on-chip (ONoC) have been proposed to reduce power consumption and increase bandwidth density in high performance chip multiprocessors (CMP), compared to electrical NoCs. However, as buffering in an ONoC is not viable, the end-to-end message path needs to be acquired in advance during which the message is buffered at the network ingress. This waiting latency is therefore a combination of path setup latency and contention and forms a significant part of the total message latency. Many proposed ONoCs, such as Single Writer, Multiple Reader (SWMR), avoid path setup latency at the expense of increased optical components. In contrast, this thesis investigates a simple circuit-switched ONoC with lower component count where nodes need to request a channel before transmission. To hide the path setup latency, a coherence-based message predictor is proposed, to setup circuits before message arrival. Firstly, the effect of latency and bandwidth on application performance is thoroughly investigated using full-system simulations of shared memory CMPs. It is shown that the latency of an ideal NoC affects the CMP performance more than the NoC bandwidth. Increasing the number of wavelengths per channel decreases the serialisation latency and improves the performance of both ONoC types. With 2 or more wavelengths modulating at 25 Gbit=s , the ONoCs will outperform a conventional electrical mesh (maximal speedup of 20%). The SWMR ONoC outperforms the circuit-switched ONoC. Next coherence-based prediction techniques are proposed to reduce the waiting latency. The ideal coherence-based predictor reduces the waiting latency by 42%. A more streamlined predictor (smaller than a L1 cache) reduces the waiting latency by 31%. Without prediction, the message latency in the circuit-switched ONoC is 11% larger than in the SWMR ONoC. Applying the realistic predictor reverses this: the message latency in the SWMR ONoC is now 18% larger than the predictive circuitswitched ONoC

    Optics for AI and AI for Optics

    Get PDF
    Artificial intelligence is deeply involved in our daily lives via reinforcing the digital transformation of modern economies and infrastructure. It relies on powerful computing clusters, which face bottlenecks of power consumption for both data transmission and intensive computing. Meanwhile, optics (especially optical communications, which underpin today’s telecommunications) is penetrating short-reach connections down to the chip level, thus meeting with AI technology and creating numerous opportunities. This book is about the marriage of optics and AI and how each part can benefit from the other. Optics facilitates on-chip neural networks based on fast optical computing and energy-efficient interconnects and communications. On the other hand, AI enables efficient tools to address the challenges of today’s optical communication networks, which behave in an increasingly complex manner. The book collects contributions from pioneering researchers from both academy and industry to discuss the challenges and solutions in each of the respective fields

    MOCAST 2021

    Get PDF
    The 10th International Conference on Modern Circuit and System Technologies on Electronics and Communications (MOCAST 2021) will take place in Thessaloniki, Greece, from July 5th to July 7th, 2021. The MOCAST technical program includes all aspects of circuit and system technologies, from modeling to design, verification, implementation, and application. This Special Issue presents extended versions of top-ranking papers in the conference. The topics of MOCAST include:Analog/RF and mixed signal circuits;Digital circuits and systems design;Nonlinear circuits and systems;Device and circuit modeling;High-performance embedded systems;Systems and applications;Sensors and systems;Machine learning and AI applications;Communication; Network systems;Power management;Imagers, MEMS, medical, and displays;Radiation front ends (nuclear and space application);Education in circuits, systems, and communications
    corecore