Ultra-Low Cost High-Density Two-Dimensional Visible-Light Optical Interconnects

© 2019 IEEE. Visible light communications have attracted considerable interest in recent years owing to the ability of low-cost light emitting diodes (LEDs) to act both as illumination sources and data transmitters with moderate data transmission rates. In this paper, we propose the formation of ultra-low cost visible-light integrated optical links by interfacing dense micro-pixelated LED arrays with matching multi-layered multimode polymer waveguide arrays. The combination of these two optical technologies can offer relatively high aggregate data densities ≥ 0.5 Tb/s/mm2 using very low cost components that can be directly interfaced with CMOS electronics and integrated onto standard printed circuit boards. Here, we present the basic system design and report the first proof-of-principle demonstration of such a visible light system employing 4×4 μLED arrays on a pitch matching four-layered waveguide array samples. Different interconnection topologies and light coupling schemes are investigated and their performance in terms of loss and crosstalk is compared. Data transmission of 2.5 Gb/s with a bit error rate within the forward-error correction threshold of 3.8×10-3 is achieved over a single μLED-waveguide channel using PAM-4 modulation and equalization. The results presented here demonstrate the potential of such ultra-low cost visible-light optical interconnects.UK EPSRC via the Ultra Parallel Visible Light Communications Project (EP/K00042X/1

Comunicações avançadas com fibra óptica plástica

Nowadays, fiber to the Home/Curb/Building/Cabinet (FTTx) services that interconnect homes with a standard glass optical fiber cables to the core/access optical networks have brought the optical fiber at the doorsteps of our homes. However, the last few miles in home access network is still based on the limited bandwidth electronic component which supports by the cooper wires e.g. Cat-5, 6. The rapid growth of personal smart/mobile electronic devices with new developments such as video on demand, High Definition (HD) and three-Dimension (3D) television (TV), cloud computing, video conferences, etc. has been proposed new challenges for the next generation high bandwidth demand required for subscribers in home access network. In order to meet the more demanding expectations of the end user with new developments, it is necessary to improve the physical infrastructure of the existing in home networks in order to obtain the best ratio between quality of service and price of implementation. Plastic optical fibers (POFs) are point out as a promising transmission medium for short-range communication in compare to the “classic” single/multimode glass optical fibers and current cooper wire technology developments. The main advantages of POF are its easy to install, easy splicing and the possibility of using low cost optical transceivers, capability of being robust, and immunity to electromagnetic noise interference. However, the benefits of large-core POFs come at the expense of a less bandwidth and a higher attenuation than silica-based solution. The main objective of this doctoral dissertation is to explore the possibilities and develop low cost, short reach, high data rate POF-links for in home networks applications. This thesis investigates the use of multilevel modulation in particular, pulse amplitude modulation (PAM in combination of the receiver equalizer in order to overcome the bandwidth limitations of the graded index POFs. The possibility of the using multiple channels over a single fiber to increase the capacity of POF systems using commercially available multimode components is also analyzed in this dissertation. Moreover, a low cost Digitised radio signal over plastic fiber system is proposed and evaluated to deliver digital baseband data for wireline and wireless users in home access network. The deployment will be specified in terms of performance, maximum rates and any degradation that might appear in the network. Furthermore, the possibilities of the microstructured fibers in telecommunication application will be studied with main emphasis on their structural design. The photonic crystal fibers made of different highly nonlinear materials with different structures are optimized to achieve ultra-flat dispersion, high nonlinearity and low confinement loss over a broad range of wavelengths in the perspective of their usage in telecommunication applications.Hoje em dia, a possibilidade de a fibra óptica até casa (FTTH) para a transmissão simultânea de diferentes serviços como internet, telefone, televisão digital é uma realidade. No entanto, para satisfazer as expectativas mais exigentes do usuário final com novos desenvolvimentos, tais como vídeo sob demanda, de alta definição (HD) e tridimensional (3D) de televisão (TV), computação em nuvem, vídeo conferências, etc., é necessário melhorar a infra-estrutura física da existente em redes domésticas, a fim de obter a melhor relação entre a qualidade do serviço e preço de implementação. Fibra óptica de plástico (POF) é considerada um meio de transmissão promissor para comunicações de curto alcance, queando comparadas com a clássica fibra óptica de silica (tanto monomodo como multimodo) e com as tecnologias atuais baseadas em fio de cobre. As principais vantagens da POF encontramse na sua facilidade de instalação e conecção, possibilidade de uso de fontes e detectores de baixo custo, robustez e imunidade electromagnética. No entanto, o uso da POF de elevado diâmetro têm também desvantagens uma vez que esta oferece uma menor largura de banda e uma atenuação superior à fibra de sílica convêncional. Esta dissertação de doutoramento tem como principal objetivo explorar as possibilidades de desemvolvimento de componentes de baixo custo baseados em POF para redes de curto alcance, com alta taxa de transmisssão de dados. Esta tese investiga a utilização de vários formatos de modulação combinados com equalizador e receptor, de maneira a superar as limitações de largura de banda em sistemas de comunicação óptica de curto alcance. Em particular, a modulação em amplitude de impulso (PAM) é proposta e investigada a fim de aumentar a capacidade de tais sistemas. Além disso, a possibilidade de usar múltiplos canais, utilizando uma única fibra óptica, também conhecido por multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM), será analisada neste trabalho. A viabilidade das tecnologias de redes de acesso tanto a nível individual como em sistemas WDM serão analisadas usando componentes multimodo disponíveis comercialmente. A implementação será especificada em termos de desempenho tanto a nível da taxas máximas de transmissão, bem como na degradação do sinal que possa ocorrer na rede. No capitulo 5 desta dissertação é apresentado sistema de radio através de fibra. Este tipo de sistemas permite a simplificação das estações base providenciando também uma elevada manutenção de custos. O principal objectivo deste estudo prende-se com a investigação do impacto da amostragem na preformance de digitalização de rádio através de fibra e também como a introdução de fibra óptica de plástico pode afetar o sistema. Além disso, a possibilidade da aplicação de fibras óticas microestruturadas em redes de telecomunicações serão estudadas com ênfase principal na sua concepção estrutural. As fibras de cristal fotônico feitas de diferentes materiais altamente não-lineares com diferentes estruturas serão otimizadas a fim de alcançar uma dispersão ultra-plana, elevada não linearidade e baixa perda de confinamento em uma vasta gama espectral, na perspectiva de seu uso em aplicações de telecomunicações.Programa Doutoral em Engenharia Eletrotécnic

Birefringent and diffractive devices for implementing multi-Gbit/s transmission systems using visible WDM over SI-POF technology

Mención Internacional en el título de doctorNew optical devices are indispensable for the development of the future SI−POF high speed short−range communication networks and as well as in many sensors applications based on SI−POFs. These devices are not well established to date due to the physical and multimodal characteristics of the SI−POF technology as well as the characteristics of the SI−POF visible WDM systems. Therefore, the main objective that has been established for this research work is to develop new optical components based primarily on liquid crystals and diffractive elements for applications in advanced optical communication systems with plastic optical fibers, ensuring an optimized power consumption to reduce the carbon footprint of ICTs.Se necesitan nuevos dispositivos ópticos en el rango visible para el desarrollo de las futuras redes de comunicación de alta velocidad y corto alcance basadas en SI−POF. Estos dispositivos también son de gran utilidad en muchas aplicaciones de sensores basados en POF. Los diseños de estos dispositivos no están bien establecidos hasta la fecha debido a las características físicas y multimodales de la tecnología SI−POF, así como las características de los sistemas WDM en el visible. Por lo tanto, el principal objetivo que se ha establecido para este trabajo de investigación es el desarrollo de nuevos dispositivos ópticos basados principalmente en cristales líquidos y elementos de difracción para aplicaciones en sistemas avanzados de comunicaciones ópticas con fibras ópticas de plástico de salto de índice, lo que garantiza un consumo de energía optimizado para reducir la huella de carbono en esta tecnología en el sector TIC.Programa en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y AutomáticaPresidente: Rajeev J. Ram.- Vocal: Bruno Fracasso.- Secretario: Javier Mateo Gascó

Optoelectronics – Devices and Applications

Optoelectronics - Devices and Applications is the second part of an edited anthology on the multifaced areas of optoelectronics by a selected group of authors including promising novices to experts in the field. Photonics and optoelectronics are making an impact multiple times as the semiconductor revolution made on the quality of our life. In telecommunication, entertainment devices, computational techniques, clean energy harvesting, medical instrumentation, materials and device characterization and scores of other areas of R&D the science of optics and electronics get coupled by fine technology advances to make incredibly large strides. The technology of light has advanced to a stage where disciplines sans boundaries are finding it indispensable. New design concepts are fast emerging and being tested and applications developed in an unimaginable pace and speed. The wide spectrum of topics related to optoelectronics and photonics presented here is sure to make this collection of essays extremely useful to students and other stake holders in the field such as researchers and device designers