Electronic dispersion precompensation of direct-detected NRZ using analog filtering

We demonstrate (in real-time) electrical dispersion compensation in direct detection links using analog transmit side filtering techniques. By this means, we extend the fiber reach using a low complexity solution while avoiding digital preprocessing and digital-to-analog converters (DACs) which are commonly used nowadays. Modulation is done using an IQ MachZehnder modulator (MZM) which allows straightforward compensation of the complex impulse response caused by chromatic dispersion in the fiber. A SiGe BiCMOS 5-tap analog complex finite impulse response (FIR) filter chip and/or a delay between both driving signals of the MZMs is proposed for the filter implementation. Several link experiments are conducted in C-band where transmission up to 60 km of standard single-mode fiber (SSMF) of direct detected 28Gb/s NRZ/OOK is demonstrated. The presented technique can be used in applications where low power consumption is critical

Otimização de soluções de fotónica integrada para sistemas óticos de nova geração

Next generation optical systems can highly benefit from optimized photonic integrated solutions. Photonic integrated circuits (PIC) appear as a promising technology under the current demand for flexibility/reconfigurability in optical systems and telecommunications networks. PIC-based optical systems offer an efficient and cost-effective solution to data transmission increasing claims. In order to contribute to the development of integrated photonic technology, optimized PIC solutions addressing different steps of the PIC development chain, mainly design, testing, and packaging processes, are investigated. Optical signal data compression techniques are progressing to sustain the fast processing/storing of large amounts of bandwidth demanding data, with the advantage of resorting to photonic integrated solutions for the implementation of optical transforms, e.g., Haar transform (HT). This demand motivated the research of an optimized PIC design solution in silicon nitride (Si3N4) based platform comprising a two-level HT network for compression, and a switching network as a framework that supplies all logical inputs of the HT network for testing/characterization purposes. Optimized design models for the multimode interference key building block structure of the PIC design solution, are proposed. Additionally, a first test and characterization of PIC solutions implementing the HT for compression applications in indium phosphide (InP) based platform and in a new organic-inorganic hybrid material were realized. Taking advantage of a tunable lattice filter dispersion compensator in Si3N4-based integrated platform, it was demonstrated a real-time extended reach PAM-4 transmission over 40 km enabled by the photonic integrated dispersion compensator, with application in data center interconnects. Under photonic integrated high-Q resonators need for accurate performance measurement, a technique based on RF calibrated Mach-Zehnder interferometer, and Brillouin gain measurements through Lorentzian fitting analysis were successfully attained. Finally, as technical and functional requirements of PIC demand a thorough characterization/testing to provide an accurate prediction of its performance, and current testing platforms can be expensive and have low flexibility, a proof of concept of a new soft-packaging flexible platform for photonic integrated processors and spatial division multiplexing systems, based in spatial light modulation operation principle is proposed.Os sistemas óticos de nova geração beneficiam com a otimização de fotónica integrada. Com os circuitos de fotónica integrada (PIC) avançados a surgir como uma tecnologia promissora, dentro da crescente procura por flexibilidade/ reconfigurabilidade dos sistemas óticos e redes de telecomunicações. Os sistemas óticos baseados em PIC oferecem soluções eficientes e rentáveis em resposta às necessidades crescentes de transmissão de dados. De modo a contribuir para o desenvolvimento tecnológico associado à fotónica integrada, são investigados no âmbito desta dissertação diferentes soluções otimizadas de PIC, abordando diferentes estágios do seu desenvolvimento, nomeadamente projeto/design, teste e encapsulamento. Técnicas de compressão de sinais óticos estão a progredir no sentido de apoiar a expansão de velocidade de processamento e quantidade de armazenamento com elevada largura de banda associada. São esperadas vantagens recorrendo a PIC para a implementação de transformadas óticas, e.g., transformada de Haar (HT). Esta necessidade motivou a investigação de soluções de PIC com design otimizado, desenvolvidas em plataforma integrada de nitreto de silício (Si3N4). O PIC desenhado é constituído por uma rede 2D a executar a HT para fins de compressão e uma rede de comutação para produzir todas as entradas lógicas esperadas para teste e caracterização. São propostos modelos de design otimizados para a estrutura elementar que compõe o PIC, i.e., componente de interferência multimodal. Adicionalmente, foi realizado o primeiro teste e caracterização experimental de um PIC implementando a HT para fins de compressão, numa plataforma integrada de fosfato de índio (InP) e num material orgânico-inorgânico híbrido. Tirando partido de um filtro sintonizável para compensação de dispersão, desenvolvido em plataforma integrada de Si3N4, foi demostrado um link de transmissão alargada (40 km) em modulação PAM-4, com possível aplicação em centros de processamento de dados de interconexão. A necessidade de medições precisas de desempenho para a caracterização efetiva de soluções integradas de ressoadores de elevado fator de qualidade, motivou a implementação de uma técnica de medição eficaz. Esta é baseada num interferómetro de Mach-Zehnder calibrado em rádio frequência e na realização de mediações de ganho de Brillouin por análise Lorentziana de ajuste de curva. Por fim, tendo em conta os rigorosos requisitos técnicos e funcionais associados ao teste/caracterização precisa de PIC e o facto de as atuais soluções serem dispendiosas e pouco flexíveis. Uma prova de conceito de uma nova plataforma flexível de encapsulamento por software é proposta com aplicação em processadores PIC e sistemas com multiplexagem por divisão espacial.Programa Doutoral em Telecomunicaçõe