ASIC-enabled High Resolution Optical Time Domain Reflectometer

Fiber optics has become the preferred technology in communication systems because of what it has to offer: high data transmission rates, immunity to electromagnetic interference, and lightweight, flexible cables. An optical time domain reflectometer (OTDR) provides a convenient method of locating and diagnosing faults (e.g. break in a fiber) along a fiber that can obstruct crucial optical pathways. Both the ability to resolve the precise location of the fault and distinguish between two discrete, closely spaced faults are figures of merit. This thesis presents an implementation of a high resolution OTDR through the use of a compact and programmable ASIC (application specific integrated circuit). The integration of many essential OTDR functions on a single chip is advantageous over existing commercial instruments because it enables small, lightweight packaging, and offers low power and cost efficiency. Furthermore, its compactness presents the option of placing multiple ASICs in parallel, which can conceivably ease the characterization of densely populated fiber optic networks.The OTDR ASIC consists of a tunable clock, pattern generator, precise timer, electrical receiver, and signal sampling circuit. During OTDR operation, the chip generates narrow electrical pulse, which can then be converted to optical format when coupled with an external laser diode driver. The ASIC also works with an external photodetector to measure the timing and amplitude of optical reflections in a fiber. It has a 1 cm sampling resolution, which allows for a 2 cm spatial resolution. While this OTDR ASIC has been previously demonstrated for multimode fiber fault diagnostics, this thesis focuses on extending its functionality to single mode fiber.To validate this novel approach to OTDR, this thesis is divided into five chapters: (1) introduction, (2) implementation, (3), performance of ASIC-based OTDR, (4) exploration in optical pre-amplification with a semiconductor optical amplifier, and (5) conclusion. Thus, it begins by providing background, basic OTDR operation, overview of ASIC functionality, and past experiments done with the ASIC for multimode fiber. Chapter 2 begins the investigation of a high resolution OTDR for single mode fiber. A though explanation of how the OTDR ASIC operates is presented in this chapter, as well as details on the OTDR scheme that has been implemented. Chapter 3 analyzes the performance of the OTDR. Chapter 4 introduces a hybrid silicon semiconductor optical amplifier and discusses its theoretical implication on the OTDR in terms of improving receiver sensitivity. Lastly, a summary of the findings and discussion of other applications lie in Chapter 5

NASA Tech Briefs, March 2002

Topics include: a special section on data acquisition, software, electronic components and systems, materials, computer programs, mechanics, machinery/automation, manufacturing, biomedical, physical sciences, book and reports, and a special section of Photonics Tech Briefs

Diseño y caracterización de dispositivos codificadores y decodificadores para sistemas OCDMA Coherentes

[EN] In this thesis we propose the design and characterization of advanced optical de- vices used in coherent direct sequence optical en/decoding, also called temporal phase en/decoding, based on SSFBGs (Super-Structured Fiber Bragg Grating). The aim of this thesis is to enhance the overall performance of the proposed devi- ces used in optical en/decoding and their characteristics, such as: insertion losses and reflectivity, spectral bandwidth, spectral efficiency and chromatic dispersion present in the optical fiber used in the Telecommunication network. To achieve this goal, modifications in the design and fabrication process were pro- posed. Additionally, encoder and decoder integrated devices based on (Silicon On Insu- lator technology), were presented. The design of the integrated devices is based on unit cells, which are composed of directional couplers, delay lines and thermo- optical heaters. The use of thermo-optical structures enables the code to be tuned. The characteristics of the devices, along with the most important related parame- ters were defined accurately for both technologies. Furthermore, a mathematical model was developed for the encoding and decoding process ,and the results of simulations are shown. The experimental encoding and decoding process was carried out using SSFBGS devices, and hybrid experiments were also performed using integrated devices with SSFBGs, demonstrating that all the technologies are completely compatible. Finally, a characterization methodology based on optical single side band was deve- loped in order to achieve complete frequency characterization (modulus and phase) of the optical devices proposed, leading to the recovery of the impulse response.[ES] En este trabajo se propone el diseño y caracterización de dispositivos ópticos avanzados para aplicaciones de codificación óptica en secuencia directa coherente, también denominada codificación temporal en fase, basados en SSFBGs (Super- Structured Fiber Bragg Grating). El objetivo de la tesis es mejorar el comportamiento general de los dispositivos propuestos para la codificación óptica y el de sus características, como lo son: pér- didas de inserción y reflectividad, ancho de banda de los dispositivos, eficiencia espectral y finalmente el comportamiento frente a la dispersión cromática presente en la fibra óptica utilizada en la red de telecomunicaciones. Para alcanzar dicho objetivo se proponen modificaciones en el proceso de diseño y fabricación de los dispositivos basados en fibra. Adicionalmente, se presenta la implementación de estos dispositivos codificadores y decodificadores en tecnología integrada basada en silicio (SOI, Silicon on Insu- lator), cuyo diseño está basado en celdas unitarias compuestas por acopladores direccionales, líneas de retardo y desfasadores termo-ópticos, que permite la sin- tonización de los códigos. Para ambas tecnologías se definen con precisión los dispositivos necesarios y sus parámetros más importantes, se desarrolla el modelo teórico matemático y se mues- tran los resultados de simulación del proceso de codificación y decodificación. Diferentes montajes experimentales son llevados a cabo para verificar el proceso de codificación y decodificación para los dispositivos en fibra; así como la verificación conjunta de dispositivos integrados y SSFBGs, presentando la total compatibili- dad entre las tecnologías. Para finalizar, se desarrolla una metodología basada en la modulación en banda lateral única, para la caracterización frecuencial completa (módulo y fase) de los dispositivos bajo estudio, permitiendo la recuperaicón de su respuesta impulsiva.[CA] En aquest treball es proposa el disseny i caracterització de dispositius òptics ava- nçats basats en SSFBGs (Super-Structured Fiber Bragg Grating) per a aplicacions de codificació òptica en seq üència directa coherent, també anomenada codificació temporal en fase. L'objectiu de la tesi és millorar el comportament general dels dispositius propo- sats per a la codificació òptica i les seves característiques com pèrdues d'inserció i reflectivitat, amplada de banda dels dispositius, eficiència espectral i finalment el comportament davant la dispersió cromàtica present en la fibra òptica utilitzada en la xarxa de telecomunicacions. Per assolir aquest objectiu es proposen modificacions en el procés de disseny i fa- bricació dels dispositius basats en fibra. Addicionalment, es presenta la implementació d'aquests dispositius codificadors i descodificadors en tecnologia integrada basada en silici (SOI, Silicon on Insulator). El disseny està basat en celáles unitàries compostes per acobladors direccionals, lí- nies de retard i desfasadors termo-òptics, que permeten la sintonització dels codis. Per a ambdues tecnologies es defineixen amb precisió els dispositius necessaris i els seus paràmetres més importants. També es desenvolupa el model teòric matemàtic i es mostren els resultats de simulació del procés de codificació i descodificació. Així mateix, per a verificar el procés de codificació i descodificació dels disposi- tius en fibra, a més de la verificació conjunta de dispositius integrats i SSFBGs, s'utilitzen diferents muntatges experimentals. Així doncs es presenta la total com- patibilitat entre les tecnologies. Per finalitzar, es desenvolupa una metodologia basada en la modulació en banda lateral única per a la caracterització freqüencial completa (mòdul i fase) dels dis- positius baix estudi. D'aquesta manera es permet la recuperació de la seva resposta a l'impuls.Baños López, R. (2015). Diseño y caracterización de dispositivos codificadores y decodificadores para sistemas OCDMA Coherentes [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52022TESI

NASA's university program: Active projects, fiscal year 1979

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