Chirp-based direct phase modulation of VCSELs for cost-effective transceivers

A 2.5Gb/s DPSK transmitter based on direct phase modulation of a VCSEL using its own chirp is proposed. The VCSEL, which wavelength is 1539.84nm, has been characterized both static and dynamically. The sensitivity of a single photodiode heterodyne receiver using the proposed 2.5Gb/sVCSEL transmitter is -39.5dBm. Thus, this transmitter is an extremely cost-effective solution for future access networks.Postprint (author's final draft

Demonstration of wireless backhauling over long-reach PONs

An IEEE 802.16e-2005 (WiMAX) compliant, longreach passive optical network is demonstrated, focusing on the development of next generation optical access with transparent wireless backhauling. In addition to the extended feeder reach, a wavelength band overlay is used to enhance network scalability by maintaining passive splitting in the field and with some design modification at the optical line terminal and remote base station. Radio-over-fiber is used to minimize network installation and maintenance costs through the use of simple remote radio heads complemented by frequency division multiplexing to address individual base stations. The implementation of overlapping radio cells/sectors is also proposed to provide joint signal processing at wireless user terminals. Experimental measurements confirmed EVMs below -30 and -23 dB downstream and upstream, respectively, over fiber link lengths of up to 84.6 km. In addition, adjacent channel leakage ratio measurements demonstrated that a figure of -45 dB with 40 MHz subcarrier spacing, as specified by the standard, can be readily achieved.Peer reviewe

Directly Phase Modulated Transmitters and Coherent Recivers for Future Passive Optical Networks (PON)

En los últimos años, el tráfico de dato transmitido en las redes ópticas de acceso ha crecido exponencialmente debido a nuevos servicios como pueden ser la computación en la nube, el video online, la realidad virtual y aumentada, el internet de las cosas (IoT) y la convergencia entre las redes ópticas y redes inalámbricas en el paradigma del 5G. Estos nuevos servicios endurecen los requerimientos de las redes ópticas de acceso, como pueden ser unas tasas de datos más altas, un mayor alcance y un mayor número de usuarios. Para abordar estos requerimientos, esta tesis ha investigado, desarrollado y analizado nuevas tecnologías para transmisores y receptores orientadas a los dos tipos de redes ópticas de acceso que la comunidad científica ha identificado como posibles candidatas. Estos dos tipos de redes ópticas son las redes uDWDM y las redes TWDM como las redes NG-PON2 y sus evoluciones.Las redes uDWDM están basadas en la transmisión de tasas de datos relativamente bajas, por debajo de 2.5 Gbps, que son dedicadas en su totalidad a los usuarios finales. Estas tasas de datos relativamente bajas son multiplexadas en longitud de onda usando intervalos frecuenciales estrechos, del orden de 12.5 GHz o 6.25 GHz. En esta tesis, los transmisores modulados directamente en fase se han propuesto como posibles candidatos para estas redes uDWDM. En concreto, se han propuesto un DFB modulado directamente en fase con una tasa de datos de 1 Gbps; un RSOA bombeado por un VCSEL y modulado directamente en fase con una tasa de datos de 1 Gbps; y un VCSEL modulado directamente en fase con una tasa de datos de 1.25 Gbps y 2.5 Gbps. Estas señales moduladas directamente en fase son recibidas con un receptor heterodino con un único fotodiodo (PD) para mantener el coste tan bajo como sea posible. La combinación de estos transmisores modulados directamente en fase con el receptor heterodino con un único PD ha sido probada como unos candidatos muy prometedores para las redes ópticas de acceso basadas en redes uDWDM. Estas combinaciones proveen sensibilidades que varían entre -39.5 dBm y -52 dBm, que se traducen en balances de potencia que van desde 38.5 dB a 51 dB y por lo tanto en ratios de división o número de usuarios de entre 128 y 1024 después de una transmisión de 50 km a través de fibra monomodo estándar (SSMF).Además, los links de 1 Gbps formados por la modulación directa de DFBs o de RSOAs bombeados por VCSELs y el receptor heterodino con un único PD son usados como enlace de subida en canales bidireccionales. Estos enlaces de subida son combinados con enlaces de bajada basados en Nyquist-DPSK generada con un MZM y recibidos con un receptor heterodino de un único PD. Como parte de análisis de los canales bidireccionales, se ha analizado el estudio de la viabilidad del uso de LOs de bajo coste, como DFBs o VCSELs, en los receptores heterodinos con un único PD. Estos canales bidireccionales son también unos candidatos prometedores para las futuras redes uDWDM, ya que en esta tesis se ha probado que pueden proveer enlaces full-duplex de 1 Gbps usando intervalos frecuenciales tan pequeños como 6.25 GHz o 5 GHz. Estos canales bidireccionales tienen balances de potencia que van desde 37 dB a 42 dB y tienen posibles ratios de división de 128 o 256 después de una transmisión de 50 km a través de SSMF.Esta tesis también ha investigado y desarrollado receptores quasicoherentes para redes NG-PON2 y sus evoluciones. Este tipo de redes están basadas en altas tasas de datos, como 10 Gbps para redes NG-PON2 y 25 Gbps para las futuras evoluciones de NG-PON2, en entornos multi longitud de onda donde los usuarios son multiplexados en tiempo y longitud de onda (TWDM). El receptor quasicoherente usa la amplificación coherente gracias a la recepción heterodina y por tanto la sensibilidad del receptor es mejorada en comparación con los esquemas de detección directa. El receptor quasicoherente es independiente a la polarización, lo cual es una característica importante para los receptores coherentes. Además, el receptor quasicoherente permite seleccionar el canal de trabajo sin la necesidad de filtros ópticos y es un receptor independiente de la longitud de onda debido a que el canal de trabajo se puede elegir ajustando la longitud de onda del LO. El receptor quasicoherente de 10 Gbps muestra una sensibilidad -35.2 dBm y por tanto permite un balance de potencias de 35.64 dB y un ratio de división de 128 después de una transmisión de 40 km a través de SSMF.La combinación del receptor quasicoherente con un ecualizador FFE/DFE permite combatir la dispersión cromática de la banda C y conseguir un link de 25 Gbps con un alcance de 20 km a través de SSMF. El receptor quasicoherente a 25 Gbps con ecualización FFE/DFE muestra una mejor sensibilidad de -30.5 dBm con el llamado ecualizador de altas prestaciones, lo que lleva a un balance de potencias de25 dB. Si se utilizada el llamado ecualizador de baja complejidad, la sensibilidad cae a -27 dBm y el balance de potencias cae a 23 dBm. En ambos casos, el receptor quasicoherente a 25 Gbps con ecualización FFE/DFE permite un ratio de división de 32 después de una transmisión de 20 km a través de SSMF.En conclusión, esta tesis ha presentado transmisores (DFB, RSOA y VCSEL) modulados directamente en fase combinados con un receptor heterodino con un único PD como potenciales candidatos para las redes uDWDM. Esta tesis también ha presentados los receptores quasicoherentes como unos candidatos muy prometedores para las redes NG-PON2 y sus futuras evoluciones.<br /

All-optical aggregation and distribution of traffic in large metropolitan area networks using multi-Tb/s S-BVTs

Current metropolitan area network architectures are based on a number of hierarchical levels that aggregate traffic toward the core at the IP layer. In this setting, routers are interconnected by means of fixed transceivers operating on a point-to-point basis where the rates of transceivers need to match. This implies a great deal of intermediate transceivers to collect traffic and groom and send it to the core. This paper proposes an alternative scheme based on sliceable bandwidth/bitrate variable transceivers (S-BVTs) where the slice-ability property is exploited to perform the aggregation of traffic from multiple edges �� -to-1 rather than 1-to-1. This approach can feature relevant cost reductions through IP offloading at intermediate transit nodes but requires viable optical signal-to-noise ratio (OSNR) margins for all-optical transmission through the network. In this work, we prove through simulation the viability and applicability of this technique in large metro networks with a vertical-cavity-surface-emitting laser-based S-BVT design to target net capacities per channel of 25, 40, and 50 Gb/s. The study reveals that this technology can support most of the paths required for IP offloading after simulation in a semi-synthetic topology modeling a 20-million-inhabitant metropolitan area. Moreover, OSNR margins enable the use of protection paths (secondary disjoint paths) between the target node and the core much longer than primary paths in terms of both the number of intermediate hops and kilometers.European Union H2020 project PASSION, grant no. 780326 (http://www.passion-project.eu/)

VCSEL-based, CWDM - PON systems using reflective technology for bi-directional multi-play service provision

Orthogonal frequency division multiplexing based on radio-overfiber schemes allows the direct use of multiple, native format wireless platforms. In combination with standard baseband provision such as Gigabit Ethernet, this provides access to a wide range of services without requiring specialized end-user equipment. However, such signals have a high laser power-bandwidth requirement which may not be a good fit to the domestic environment. Here we explore the use of low-power optical components in customer premises which interface with an intermediate optical network node. Two solutions in the context of SSMF over a CWDM optical network are described, based on either reflective or direct modulation. EVMs of better than 35 dB were achieved. ©2012 Optical Society of America

200 Gbps/lane IM/DD Technologies for Short Reach Optical Interconnects

Client-side optics are facing an ever-increasing upgrading pace, driven by upcoming 5G related services and datacenter applications. The demand for a single lane data rate is soon approaching 200 Gbps. To meet such high-speed requirement, all segments of traditional intensity modulation direct detection (IM/DD) technologies are being challenged. The characteristics of electrical and optoelectronic components and the performance of modulation, coding, and digital signal processing (DSP) techniques are being stretched to their limits. In this context, we witnessed technological breakthroughs in several aspects, including development of broadband devices, novel modulation formats and coding, and high-performance DSP algorithms for the past few years. A great momentum has been accumulated to overcome the aforementioned challenges. In this article, we focus on IM/DD transmissions, and provide an overview of recent research and development efforts on key enabling technologies for 200 Gbps per lane and beyond. Our recent demonstrations of 200 Gbps short-reach transmissions with 4-level pulse amplitude modulation (PAM) and discrete multitone signals are also presented as examples to show the system requirements in terms of device characteristics and DSP performance. Apart from digital coherent technologies and advanced direct detection systems, such as Stokes–vector and Kramers–Kronig schemes, we expect high-speed IM/DD systems will remain advantageous in terms of system cost, power consumption, and footprint for short reach applications in the short- to mid- term perspective