Photonic Vector Processing Techniques for Radiofrequency Signals

[EN] The processing of radiofrequency signals using photonics means is a discipline that appeared almost at the same time as the laser and the optical fibre. Photonics offers the capability of managing broadband radiofrequency (RF) signals thanks to its low transmission attenuation, a variety of linear and non-linear phenomena and, recently, the potential to implement integrated photonic subsystems. These features open the door for the implementation of multiple functionalities including optical transportation, up and down frequency conversion, optical RF filtering, signal multiplexing, de-multiplexing, routing and switching, optical sampling, tone generation, delay control, beamforming and photonic generation of digital modulations, and even a combination of several of these functionalities. This thesis is focused on the application of vector processing in the optical domain to radiofrequency signals in two fields of application: optical beamforming, and photonic vector modulation and demodulation of digital quadrature amplitude modulations. The photonic vector control enables to adjust the amplitude and phase of the radiofrequency signals in the optical domain, which is the fundamental processing that is required in different applications such as beamforming networks for direct radiating array (DRA) antennas and multilevel quadrature modulation. The work described in this thesis include different techniques for implementing a photonic version of beamforming networks for direct radiating arrays (DRA) known as optical beamforming networks (OBFN), with the objectives of providing a precise control in terrestrial applications of broadband signals at very high frequencies above 40 GHz in communication antennas, optimizing the size and mass when compared with the electrical counterparts in space application, and presenting new photonic-based OBFN functionalities. Thus, two families of OBFNs are studied: fibre-based true time delay architectures and integrated networks. The first allow the control of broadband signals using dispersive optical fibres with wavelength division multiplexing techniques and advanced functionalities such as direction of arrival estimation in receiving architectures. In the second, passive OBFNs based on monolithically-integrated Optical Butler Matrices are studied, including an ultra-compact solution using optical heterodyne techniques in silicon-on-insulator (SOI) material, and an alternative implementing a homodyne counterpart in germanium doped silica material. In this thesis, the application of photonic vector processing to the generation of quadrature digital modulations has also been investigated. Multilevel modulations are based on encoding digital information in discrete states of phase and amplitude of an electrical signal to enhance spectral efficiency, as for instance, in quadrature modulation. The signal process required for generating and demodulating this kind of signals involves vector processing (phase and amplitude control) and frequency conversion. Unlike the common electronic or digital implementation, in this thesis, different photonic based signal processing techniques are studied to produce digital modulation (photonic vector modulation, PVM) and demodulation (PVdM). These techniques are of particular interest in the case of broadband signals where the data rate required to be managed is in the order of gigabit per second, for applications like wireless backhauling of metro optical networks (known as fibre-to-the-air). The techniques described use optical dispersion in optical fibres, wavelength division multiplexing and photonic up/down conversion. Additionally, an optical heterodyne solution implemented monolithically in a photonic integrated circuit (PIC) is also described.[ES] El procesamiento de señales de radiofrecuencia (RF) utilizando medios fotónicos es una disciplina que apareció casi al mismo tiempo que el láser y la fibra óptica. La fotónica ofrece la capacidad de manipular señales de radiofrecuencia de banda ancha, una baja atenuación, procesados basados en una amplia variedad de fenómenos lineales y no lineales y, recientemente, el potencial para implementar subsistemas fotónicos integrados. Estas características ofrecen un gran potencial para la implementación de múltiples funcionalidades incluyendo transporte óptico, conversión de frecuencia, filtrado óptico de RF, multiplexación y demultiplexación de señales, encaminamiento y conmutación, muestreo óptico, generación de tonos, líneas de retardo, conformación de haz en agrupaciones de antenas o generación fotónica de modulaciones digitales, e incluso una combinación de varias de estas funcionalidades. Esta tesis se centra en la aplicación del procesamiento vectorial en el dominio óptico de señales de radiofrecuencia en dos campos de aplicación: la conformación óptica de haces y la modulación y demodulación vectorial fotónica de señales digitales en cuadratura. El control fotónico vectorial permite manipular la amplitud y fase de las señales de radiofrecuencia en el dominio óptico, que es el procesamiento fundamental que se requiere en diferentes aplicaciones tales como las redes de conformación de haces para agrupaciones de antenas y en la modulación en cuadratura. El trabajo descrito en esta tesis incluye diferentes técnicas para implementar una versión fotónica de las redes de conformación de haces de en agrupaciones de antenas, conocidas como redes ópticas de conformación de haces (OBFN). Se estudian dos familias de redes: arquitecturas de retardo en fibra óptica y arquitecturas integradas. Las primeras permiten el control de señales de banda ancha utilizando fibras ópticas dispersivas con técnicas de multiplexado por división de longitud de onda y funcionalidades avanzadas tales como la estimación del ángulo de llegada de la señal en la antena receptora. En la segunda, se estudian redes de conformación pasivas basadas en Matrices de Butler ópticas integradas, incluyendo una solución ultra-compacta utilizando técnicas ópticas heterodinas en silicio sobre aislante (SOI), y una alternativa homodina en sílice dopado con germanio. En esta tesis, también se han investigado técnicas de procesado vectorial fotónico para la generación de modulaciones digitales en cuadratura. Las modulaciones multinivel codifican la información digital en estados discretos de fase y amplitud de una señal eléctrica para aumentar su eficiencia espectral, como por ejemplo la modulación en cuadratura. El procesado necesario para generar y demodular este tipo de señales implica el procesamiento vectorial (control de amplitud y fase) y la conversión de frecuencia. A diferencia de la implementación electrónica o digital convencional, en esta tesis se estudian diferentes técnicas de procesado fotónico tanto para la generación de modulaciones digitales (modulación vectorial fotónica, PVM) como para su demodulación (PVdM). Esto es de particular interés en el caso de señales de banda ancha, donde la velocidad de datos requerida es del orden de gigabits por segundo, para aplicaciones como backhaul inalámbrico de redes ópticas metropolitanas (conocida como fibra hasta el aire). Las técnicas descritas se basan en explotar la dispersión cromática de la fibra óptica, la multiplexación por división de longitud de onda y la conversión en frecuencia. Además, se presenta una solución heterodina implementada monolíticamente en un circuito integrado fotónico (PIC).[CA] El processament de senyals de radiofreqüència (RF) utilitzant mitjans fotònics és una disciplina que va aparèixer gairebé al mateix temps que el làser i la fibra òptica. La fotònica ofereix la capacitat de manipular senyals de radiofreqüència de banda ampla, una baixa atenuació, processats basats en una àmplia varietat de fenòmens lineals i no lineals i, recentment, el potencial per implementar subsistemes fotònics integrats. Aquestes característiques ofereixen un gran potencial per a la implementació de múltiples funcionalitats incloent transport òptic, conversió de freqüència, filtrat òptic de RF, multiplexació i demultiplexació de senyals, encaminament i commutació, mostreig òptic, generació de tons, línies de retard, conformació de feix en agrupacions d'antenes i la generació fotònica de modulacions digitals, i fins i tot una combinació de diverses d'aquestes funcionalitats. Aquesta tesi es centra en l'aplicació del processament vectorial en el domini òptic de senyals de radiofreqüència en dos camps d'aplicació: la conformació òptica de feixos i la modulació i demodulació vectorial fotònica de senyals digitals en quadratura. El control fotònic vectorial permet manipular l'amplitud i la fase dels senyals de radiofreqüència en el domini òptic, que és el processament fonamental que es requereix en diferents aplicacions com ara les xarxes de conformació de feixos per agrupacions d'antenes i en modulació multinivell. El treball descrit en aquesta tesi inclou diferents tècniques per implementar una versió fotònica de les xarxes de conformació de feixos en agrupacions d'antenes, conegudes com a xarxes òptiques de conformació de feixos (OBFN), amb els objectius de proporcionar un control precís en aplicacions terrestres de senyals de banda ampla a freqüències molt altes per sobre de 40 GHz en antenes de comunicacions, optimitzant la mida i el pes quan es compara amb els homòlegs elèctrics en aplicacions espacials, i la presentació de noves funcionalitats fotòniques per agrupacions d'antenes. Per tant, s'estudien dues famílies de OBFNs: arquitectures de retard en fibra òptica i arquitectures integrades. Les primeres permeten el control de senyals de banda ampla utilitzant fibres òptiques dispersives amb tècniques de multiplexació per divisió en longitud d'ona i funcionalitats avançades com ara l'estimació de l'angle d'arribada del senyal a l'antena receptora. A la segona, s'estudien xarxes de conformació passives basades en Matrius de Butler òptiques en fotònica integrada, incloent una solució ultra-compacta utilitzant tècniques òptiques heterodinas en silici sobre aïllant (SOI), i una alternativa homodina en sílice dopat amb germani. D'altra banda, també s'ha investigat en aquesta tesi tècniques de processament vectorial fotònic per a la generació de modulacions digitals en quadratura. Les modulacions multinivell codifiquen la informació digital en estats discrets de fase i amplitud d'un senyal elèctric per augmentar la seva eficiència espectral, com ara la modulació en quadratura. El processat necessari per generar i desmodular aquest tipus de senyals implica el processament vectorial (control d'amplitud i fase) i la conversió de freqüència. A diferència de la implementació electrònica o digital convencional, en aquesta tesi s'estudien diferents tècniques de processament fotònic tant per a la generació de modulacions digitals (modulació vectorial fotònica, PVM) com per la seva demodulació (PVdM). Això és de particular interès en el cas de senyals de banda ampla, on la velocitat de dades requerida és de l'ordre de gigabits per segon, per a aplicacions com backhaul sense fils de xarxes òptiques metropolitanes (coneguda com fibra fins l'aire). Les tècniques descrites es basen en explotar la dispersió cromàtica de la fibra òptica, la multiplexació per divisió en longitud d'ona i la conversió en freqüència. A més, es presePiqueras Ruipérez, MÁ. (2016). Photonic Vector Processing Techniques for Radiofrequency Signals [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63264TESI

Microwave Photonic Signal Processing with Dynamic Reconfigurability

An optical beamforming network that uses an uncooled Fabry-Perot laser is demonstrated. This is achieved by using a fast-scanning, high-resolution optical spectrum analyzer to track the frequency and power shift of the uncooled laser, and then reconfiguring a programmable Fourier-domain optical processor to provide compensation. In this way, the need for temperature control of the laser is eliminated, and the number of optical sources is reduced by using the output spectral lines of the laser. The system realizes six wideband microwave photonic phase shifters, and the resulting magnitude and phase responses vary within a 2σ deviation of 6.1dB and 14.8°, respectively, even when the laser current is changed during measurement. A microwave photonic filter is presented based on a feedback structure, which uses a Fourier-domain optical processor as the control element and the fast-scanning optical spectrum analyzer as the feedback component. This system provides low-pass RF response. Experimental results demonstrate a 6-tap microwave photonic filter with a free spectral range of 2.5GHz. The power fluctuation of the first-order passband in RF response is within ±1dB over 20 minutes. A novel tunable all-optical microwave photonic mixer is presented based on serial phase modulation and an on-chip notch filter. The notch filter breaks the out-of-phase symmetry between the upper and lower sidebands generated from phase modulation, resulting in bandpass response of frequency selection. This system is achieved through an all-optical approach, which does not require electrical components, thus increasing the operation bandwidth of the system. The tunability of frequency selection is achieved through adjusting the wavelength of the optical source. Experimental results verify the technique with a 3rd-order SFDR of 91.7dBm/Hz2/3

Innovative Concepts in Microwave Photonics

This paper reports the work carried by ITEAM researchers on novel concepts in the field of Microwave Photonics (MWP). It includes activities related to the general modelling of MWP systems, the use of novel multicore fibers and recent advances in the emergent and hot topic of integrated microwave photonics.Capmany Francoy, J.; Sales Maicas, S.; Gasulla Mestre, I.; Mora Almerich, J.; Lloret Soler, JA.; Sancho Durá, J. (2012). Innovative Concepts in Microwave Photonics. Waves. 4:43-58. http://hdl.handle.net/10251/57919S4358

Radio over fibre distribution systems for ultra-wide band and millimetre wave applications

Short range wireless technology such as ultra-wideband (UWB) and 60 GHz millimetre wave (mm-wave) play a key role for wireless connectivity in indoor home, office environment or large enclosed public areas. UWB has been allocated at the frequency band 3.1-10.6 GHz with an emission power below -41.3 dBm. Mm-wave signals around 60 GHz have also attracted much attention to support high-speed data for short range wireless applications. The wide bandwidth and high allowable transmit power at 60 GHz enable multi-Gbps wireless transmission over typical indoor distances. Radio-over-fibre (RoF) systems are used to extend the propagation distance of both UWB and mm-wave signals over hundred of meters inside a building. UWB or mm-wave signals over fibre can be generated first at the central office before being distributed to the remote access points through optical fibre. In this work, we investigate two new techniques to generate and distribute UWB signals. These techniques are based on generating Gaussian pulse position modulation (PPM) using a gain switched laser (GSL). The simulation and experimental results have been carried out to show the suitability of employing gain switching in UWB over fibre systems (UWBoF) to develop a reliable, simple, and low cost technique for distributing UWB pulses. The second part of this work proposes two configurations for optical mm-wave generation and transmission of 3 Gbps downstream data based on GSL. We investigate the distribution of these two methods over fibre with wireless link, and demonstrate the system simplicity and cost efficiency for mm-wave over fibre systems. Both configurations are simulated to verify our obtained results and show system performance at higher bit rates. In the third part, we generate phase modulated mm-waves by using an external injection of a modulated light source into GSL. The performance of this system is experimentally investigated and simulated for different fiber links

Microwave Photonic Applications - From Chip Level to System Level

Die Vermischung von Mikrowellen- und optischen Technologien – Mikrowellenphotonik – ist ein neu aufkommendes Feld mit hohem Potential. Durch die Nutzung der Vorzüge beider Welten hat die Mikrowellenphotonik viele Anwendungsfälle und ist gerade erst am Beginn ihrer Erfolgsgeschichte. Der Weg für neue Konzepte, neue Komponenten und neue Anwendungen wird dadurch geebnet, dass ein höherer Grad an Integration sowie neue Technologien wie Silicon Photonics verfügbar sind. In diesem Werk werden zuerst die notwendigen grundlegenden Basiskomponenten – optische Quelle, elektro-optische Wandlung, Übertragungsmedium und opto-elektrische Wandlung – eingeführt. Mithilfe spezifischer Anwendungsbeispiele, die von Chipebene bis hin zur Systemebene reichen, wird der elektrooptische Codesign-Prozess veranschaulicht. Schließlich werden zukünftige Ausrichtungen wie die Unterstützung von elektrischen Trägern im Millimeterwellen- und THz-Bereich sowie Realisierungsoptionen in integrierter Optik und Nanophotonik diskutiert.The hybridization between microwave and optical technologies – microwave photonics – is an emerging field with high potential. Benefitting from the best of both worlds, microwave photonics has many use cases and is just at the beginning of its success story. The availability of a higher degree of integration and new technologies such as silicon photonics paves the way for new concepts, new components and new applications. In this work, first, the necessary basic building blocks – optical source, electro-optical conversion, transmission medium and opto-electrical conversion – are introduced. With the help of specific application examples ranging from chip level to system level, the electro-optical co-design process for microwave photonic systems is illustrated. Finally, future directions such as the support of electrical carriers in the millimeter wave and THz range and realization options in integrated optics and nanophotonics are discussed

RF Photonic Vector Modulation and Demodulation Techniques for Millimeter-Wave Communications

RF photonic techniques for modulating and demodulating microwave and millimeter-wave signals on RF carriers are theoretically analyzed and experimentally demonstrated. The two demodulating configurations utilize cascaded electrooptic phase-modulation followed by optical filtering. The spurious free dynamic ranges of these configurations are measured and a technique to intrinsically linearize the latter system to fifth-order is experimentally confirmed. Measurements are then performed at frequencies between 7 and 70 GHz that verify RF photonic based downconversion using a harmonic of the electrical local oscillator (LO). Furthermore, this architecture is extended to allow for vector demodulation of digitally-encoded signals. Results of RF photonic demodulation of 4-quadrature amplitude modulation (QAM) and 16-QAM RF encoded millimeter-wave signals are presented. Two RF photonic techniques for generating and encoding millimeter-wave RF signals are analyzed and experimentally demonstrated. The first uses phase-modulation and optical filtering in an interferometric configuration. Phase-shift keyed encoded microwave and millimeter-wave signals are electrooptically synthesized using a harmonic of the electrical LO at data-rates of up to 6 Gbps and frequencies of up to 40 GHz. A second RF photonic scheme is developed to allow for vector modulation and upconversion using dual-drive Mach-Zehnder modulators. Vector modulation and upconversion are then shown at harmonics of the LO up to the fourth-order and at frequencies up to 60 GHz. Moreover, generation of 2.488 Gbps 4-QAM signals on a 36 GHz carrier using the second harmonic of the LO are demonstrated with this approach. Wired and wireless microwave and millimeter-wave transmission experiments are successfully conducted with the RF photonic systems detailed above in a laboratory environment

Distributed radiofrequency signal processing based on space-division multiplexing fibers

[EN] Space-division multiplexing fibers emerged as a promising solution to overcome the imminent capacity crunch of conventional singlemode fiber networks. Despite these fibers were initially conceived as distribution media for long-haul high-capacity digital communications, they can be applied to a wide variety of scenarios including centralized radio access networks for wireless communications, data-center interconnects, Microwave Photonics signal processing and fiber sensing. Particular interest is raised by emerging communications paradigms, such as 5G and The Internet of Things, which require a full integration between the optical fiber and the wireless networks segments. Microwave Photonics, discipline that focuses on the generation, processing, control and distribution of radiofrequency signals by photonics means, is called to play a decisive role. One of the major challenges that Microwave Photonics has to overcome to satisfy next-generation communication demands relates to the reduction of size, weight and power consumption while assuring broadband seamless reconfigurability and stability. There is one revolutionary approach that has however been left untapped in finding innovative ways to address that challenge: exploiting space, the last available degree of freedom for optical multiplexing. In this Thesis, we propose to exploit the inherent parallelism of multicore and few-mode fibers to implement sampled discrete true time delay lines, providing, in a single optical fiber, a compact and efficient approach for both Microwave Photonics signal distribution and processing. For the multicore fiber approach, we study the influence of the refractive index profile of each heterogeneous core on the propagation characteristics as to feature specific group delay and chromatic dispersion values. We designed and fabricated two different heterogeneous trench-assisted 7-core fibers that behave as sampled true time delay lines. While one of them was fabricated by using 7 different preforms to feature a plenary performance, the other one employed a single preform with the aim of minimizing fabrication costs. In the case of few-mode fibers, we propose the implementation of a tunable true time delay line by means of a custom-designed fiber with a set of inscribed long period gratings that act as mode converters to properly tailor the sample group delays. We designed and fabricated a true time delay line on a 4-mode fiber by inscribing 3 long period gratings at specific positions along the fiber link. As a proof-of-concept validation, we experimentally demonstrated different Microwave Photonics signal processing functionalities implemented over both multicore and few-mode fiber approaches. This work opens the way towards the development of distributed signal processing for microwave and millimeter wave signals in a single optical fiber. These true time delay lines can be applied to a wide range of Information and Communication Technology paradigms besides fiber-wireless communications such as broadband satellite communications, distributed sensing, medical imaging, optical coherence tomography and quantum communications.[ES] La multiplexación por división espacial en fibras ópticas surgió como una solución prometedora al inminente colapso en la capacidad de las redes de fibra monomodo convencionales. Aunque estas fibras fueron concebidas inicialmente como medio de distribución en comunicaciones digitales de larga distancia y alta capacidad, pueden emplearse en una amplia variedad de escenarios, incluyendo redes de acceso radio centralizadas para comunicaciones inalámbricas, interconexiones en centros de datos, así como procesado de señal en Fotónica de Microondas y sensado en fibra. Los paradigmas de comunicaciones emergentes despiertan un interés particular, como 5G y el Internet de las Cosas, que requieren una integración total entre el segmento de red de fibra óptica y el inalámbrico. La Fotónica de Microondas, disciplina que se focaliza en la generación, procesado, control y distribución de señales de radiofrecuencia por medio de la fotónica, está destinada a jugar un papel decisivo. Uno de los mayores desafíos que la Fotónica de Microondas debe superar para satisfacer los requisitos de las nuevas generaciones de comunicaciones se basa en la reducción de tamaño, peso y consumo de potencia, mientras se garantiza reconfiguración y estabilidad de banda ancha. Encontramos aquí un enfoque revolucionario capaz de abordar este desafío de una manera innovadora que, sin embargo, no ha sido aprovechado en este contexto: la explotación del espacio, el último grado de libertad para multiplexación óptica. En esta Tesis, proponemos explotar el paralelismo inherente de las fibras ópticas multinúcleo y de pocos modos para implementar líneas de retardo en tiempo real muestreadas que proporcionan, en una sola fibra óptica, una solución compacta y eficiente tanto para distribución como para procesado de señales de Fotónica de Microondas. En el caso de fibras multinúcleo, estudiamos la influencia del perfil de índice de refracción de cada núcleo heterogéneo en las características de propagación para que exhiba unos valores concretos de retardo de grupo y dispersión cromática. Diseñamos y fabricamos dos fibras distintas de 7 núcleos con zanjas que se comportan como líneas de retardo en tiempo real muestreadas. Mientras que una de ellas se fabricó utilizando 7 preformas diferentes para garantizar un funcionamiento completo, la segunda se fabricó utilizando una única preforma con el objetivo de minimizar costes de fabricación. En el caso de fibras de pocos modos, proponemos la implementación de líneas de retardo en tiempo real sintonizables mediante el uso de una fibra específicamente diseñada y la inscripción de un conjunto de redes de difracción de periodo largo que actúan como conversores de modos para ajustar adecuadamente el retardo de grupo de las muestras. Diseñamos y fabricamos una línea de retardo en tiempo real en una fibra de 4 modos mediante la inscripción de 3 redes de difracción de periodo largo en posiciones concretas a lo largo de enlace de fibra. Como validación de prueba de concepto, demostramos experimentalmente diferentes funcionalidades de procesado de señal de Fotónica de Microondas implementadas en fibras multinúcleo y de pocos modos. Este trabajo abre el camino hacia el desarrollo del procesado de señal distribuido para señales de microondas y ondas milimétricas en una única fibra óptica. Además, las líneas de retardo en tiempo real desarrolladas pueden aplicarse a una amplia variedad de paradigmas de Tecnologías de la Información y Comunicaciones más allá de las comunicaciones radio sobre fibra, como es el caso de las comunicaciones de banda ancha por satélite, el sensado distribuido, la imagen médica, la tomografía óptica coherente y las comunicaciones cuánticas.[CA] La multiplexació per divisió espacial en fibres òptiques va sorgir com una solució prometedora a l'imminent col·lapse en la capacitat de les xarxes de fibra monomode convencionals. Encara que estes fibres foren concebudes inicialment com a mitjà de distribució en comunicacions digitals de llarga distància i alta capacitat, poden emprar-se en una àmplia varietat d'escenaris, incloent xarxes d'accés radio centralitzades per a comunicacions sense fils, interconnexions en centres de dades, així com processat de senyal en Fotònica de Microones i sensat en fibra. Els paradigmes de comunicacions emergents desperten un interès particular, com el 5G i la Internet de les Coses, que requereixen una integració total entre els segments de xarxa de fibra òptica i el de sense fils. La Fotònica de Microones, disciplina que es focalitza en la generació, processat, control i distribució de senyals de radiofreqüència per mitjà de la fotònica, està destinada a jugar un paper decisiu. Un dels majors desafiaments que la Fotònica de Microones ha de superar per satisfer els requisits de les noves generacions de comunicacions es basa en la reducció de grandària, pes i consum de potència, mentre es garanteix reconfiguració i estabilitat de banda ampla Trobem ací un enfocament revolucionari capaç d'abordar aquest desafiament d'una manera innovadora que, no obstant això, no ha sigut aprofitat encara en este context: la explotació de l'espai, l'últim grau de llibertat per a multiplexat òptic. En aquesta Tesi, proposem explotar el paral·lelisme inherent de les fibres òptiques multinucli i de pocs modes per a implementar línies de retard en temps real de mostres discretes que proporcionen, en una sola fibra òptica, una solució compacta i eficient tant per a distribució com per a processat de senyals de Fotònica de Microones. En el cas de fibres multinucli, estudiem la influència del perfil d'índex de refracció de cada nucli heterogeni en les característiques de propagació perquè exhibisca uns valors concrets de retard de grup i dispersió cromàtica. Dissenyem i fabriquem dues fibres distintes de 7 nuclis amb rases que es comporten com a línies de retard en temps real mostrejades. Mentre que una d'elles es va fabricar utilitzant 7 preformes diferents per a garantir un funcionament complet, la segona va fabricar-se utilitzant una única preforma amb l'objectiu de minimitzar costos de fabricació. En el cas de fibres de pocs modes, proposem la implementació de línies de retard en temps real sintonitzables mitjançant l'ús d'una fibra específicament dissenyada i la inscripció d'un conjunt de xarxes de difracció de període llarg que actuen com a convertidors de modes per tal d'ajustar adequadament el retard de grup de les mostres. Dissenyem i fabriquem una línia de retard en temps real en una fibra de 4 modes mitjançant la inscripció de 3 xarxes de difracció de període llarg en posicions concretes al llarg de l'enllaç de fibra. Com a validació de proba de concepte, demostrem experimentalment diferents funcionalitats de processat de senyal de Fotònica de Microones implementades en fibres multinucli i de pocs modes. Aquest treball obri el camí cap al desenvolupament del processat de senyal distribuït per a senyals de microones i ones mil·limètriques en una única fibra òptica. A més, aquestes línies de retard en temps real poden aplicar-se a una àmplia varietat de paradigmes de Tecnologies de la Informació i Comunicacions més enllà de les comunicacions radio sobre fibra, com es el cas de les comunicacions de banda ampla per satèl·lit, el sensat distribuït, la imatge mèdica, la tomografia òptica coherent i les comunicacions quàntiques.Agradezco al Ministerio de Economía y Competitividad del Gobierno de España por la financiación recibida mediante la ayuda FPI.García Cortijo, S. (2020). Distributed radiofrequency signal processing based on space-division multiplexing fibers [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/147858TESI

On the 40 GHz Remote Versus Local Photonic Generation for DML-Based C-RAN Optical Fronthaul

[EN] Local and remote photonic millimeter wave (mmW) signal generation schemes are theoretically and experimentally evaluated in order to compare both approaches for practical deployment in a cloud radio access network (C-RAN) fronthaul network. The paper presents a full comprehensive formulation of the frequency response of a system based on a directly modulated laser transmitting data over 40 GHz signal which is generated by external carrier suppressed modulation and optical frequency multiplication. Theoretical and experimental characterization of the system response at baseband and mmW band for local and remote generation setups show very good agreement. The remote configuration leads to a higher electrical output power (i.e., 15 dB higher in 25 km fiber links) than the local generation setup in the mmW band due to the combined effect of chirp and fiber dispersion, although intermodulation distortion is higher in the former case. Transmission experiments using quadrature phase-shift keying (QPSK) signals with 250 MHz bandwidth centered at 0.5 GHz over 10 and 25 km fiber links also confirm the superior performance of the remote setup, whereas the local setup leads to similar results to optical back-to-back (OB2B) measurements, which is also validated with data signals centered at different frequencies within the laser bandwidth frequency range. Finally, experimental results show the quality of the recovered signals in terms of error vector magnitude (EVM) as a function of the received electrical power and demonstrate that no further penalties are introduced by photonic mmW signal generation with respect to electrical back-to-back (EB2B) levels.This work was supported in part by Generalitat Valenciana through PROMETEO2017/103, in part by Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades through FOCAL RTI2018-101658-B-I00, in part by MEYES under Grant LTC18008, in part by the Ministry of Industry and Trade in Czech Republic under Grant FV40089, and in part by European Cooperation in Science and Technology under Grants CA16220 and CA19111.Vallejo-Castro, L.; Mora Almerich, J.; Nguyen, D.; Bohata, J.; Almenar Terre, V.; Zvanovec, S.; Ortega Tamarit, B. (2021). On the 40 GHz Remote Versus Local Photonic Generation for DML-Based C-RAN Optical Fronthaul. Journal of Lightwave Technology. 39(21):6712-6723. https://doi.org/10.1109/JLT.2021.3102818S67126723392

Advances in Optical Amplifiers

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