Rodes Lopez, Roberto

Denne afhandling udvider state-of-the-art indenfor optiske fibernetværk, der anvender kohærent detektion og "vertical cavity surface emitting lasers" (VCSEL) som lyskilder. Transmission af bit rater op til 10 Gb/s over 25 km single-mode fiber (SMF) er gennemført med understøttelse af passiv optisk signaldeling mellem 199 brugere. Udvidet transmissionsrækkevidde på 40 km med SMF og signaldeling mellen 1024 brugere er eksperimentielt demonstreret i et bi-direktionelt system med 5 Gb/s bit rate. Disse nye VCSEl baserede transmissionssystemer lever op til næste generation fibernets krav om lang rækkevidde, høj delingsgrad, og anvendelsen af den samme fiber for upstream og downstream transmission.Et vigtigt bidrag fra denne afhandling er det nye koncept chirp-assisteret kohærent detektion af signaler fra direkte modulerede VCSEL’er En tilgang til kohærente modtagere, der udnytter adiabatisk frekvenschirp af direkte modulerede VCSEL’er til at forbedre udslukningsgraden af det modtagne signal. Dette koncept muliggør kohærente systemer, der udelukkende betjener sig af VCSEL’er som lyskilder, i modsætning til konventionelle kohærente systemer, der baserer sig påsmal-spektrede lyskilder. Ydermere er den foreslåede modtagerkonfiguration baseret påenvelope-detektion, hvilket simplificer implemeteringen. Resultaterne præsenteret i denne afhandling inkluderer den første rapporterede demonmstration af et kohærent transmissionssystem, der udelukkende anvender VCSEL’er, og som benytter demodulering I realtid uden digital signalbehandling.Avancerede modulationsformater er undersøgt i denne afhandling som metode til at udvide state-of-the-art indenfor VCSEL baserede højhastighedsforbindelser med kort rækkevidde. For det første er direkte modulation af en VCSEL med et 4-niveau pulse-amplitude modulation signal ved en bit rate på 50 Gb/s demonstreret. Dette er den højeste bit rate, der er opnået med en enkelt VCSEL påtidspunktet for denne afhandling. Systements samlede kapacitet blev foroblet til 100 Gb/s ved hjælp af polarisationsmultipleksning og fejlkorrigerende kodning (FEC). Sammenlignet med "non return-to-zero on-off keying" (NRZ-OOK) systemer med samme båndbredde er antallet af sendere og motagere halveret, og antallet af parallelle kommunikationslinjer reduceret med en faktor 4 for at tilfredsstille fremtidige krav om højhastighedsforbindelser. For det andet er bærebølgeløs amplitude- og fasemodulation (CAP) samt halv-cyklus quadratur amplitude modulation (HC-QAM) demonstreret eksperimentielt med henblik påat øge kapacitet og mindske følsomheden overfor kromatisk dispersion. Til sidst er 2 Gb/s bipolar impulsradio ultra-bredbånds (IR-UWB) datatransmission over en kombineret forbindelse bestående af en 25 km SMF optisk fiber og en 4 m trædløs forbindelse blevet demonstreret. Disse resultater viser VCSEL’er anvendelighed som lyskilder I hybride fiber/trådløse forbindelser.Som konklusion kan anføres at de resultater, der er præsenteret i herværende afhandling, påsignifikant vis har udvidet state-of-the-art indenfor generation, transmission og detektion af signaler til næste generation af access-net og højhastighedsforbindelser, der anvender VCSEL’er som lyskilder.This thesis expands the state-of-the-art in coherent detection for optical fiber access networks employing vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) as light sources. Bit rates up to 10 Gb/s over 25 km single-mode fibre (SMF) transmission distance have been achieved supporting a passive optical splitting ratio for 199 users. Extended transmission reach over 40 km SMF and a splitting ratio supporting up to 1024 users have been experimentally demonstrated for a bidirectional bit rate of 5 Gb/s. These novel proposed VCSEL-based transmission systems satisfy the requirements for next generation optical fiber access networks regarding long reach, high splitting ratio, no optical amplification, no external modulation, and use of a single fiber for upstream and downstream transmission.An important contribution of this thesis is the novel concept of chirpassisted coherent detection for direct current modulated VCSELs. A coherent receiver approach that exploits adiabatic frequency chirping of direct modulated VCSELs to improve the extinction ratio of received signals is introduced. This concept enables coherent detection systems to be fully based on VCSELs in contrast to conventional coherent detection approaches that require narrow linewidth light sources. Moreover, the proposed receiver configuration is based on envelope detection that simplifies its implementation. The results presented in this thesis include the first reported experimental demonstration of all-VCSEL-based coherent transmission link with real-time demodulation.Furthermore, advanced modulation formats are considered in this thesis to expand the state-of-the-art in high-speed short-range data transmission system based on VCSELs. First, directly modulation of a VCSEL with a 4-level pulse amplitude modulation (PAM-4) signal at 50 Gb/s is achieved. This is the highest data rate ever transmitted with a single VCSEL at the time of this thesis work. The capacity of this system is increased to 100 Gb/s by using polarization multiplexing emulation and forward error correction techniques. Compared to a non return-to-zero on-off keying (NRZ-OOK) system with the same bandwidth, this approach reduces by 2 the number of transceivers and by 4 the number of parallel lines needed to provide future standard capacity links. Secondly, carrierless amplitude phase (CAP) modulation and half-cycle quadrature amplitude modulation (HC-QAM) are experimentally demonstrated to increase the capacity for a given bandwidth and reduce the impact of optical fiber chromatic dispersion for a given capacity. Finally, 2 Gb/s bipolar impulse-radio ultra-wide band (IR-UWB) data communication over a combined distance of 25 km SMF optical fiber and 4 m air. These results show the suitability of VCSELs light sources for applications in hybrid optical fiber-wireless transmission links.In conclusion, the results presented in this thesis have significantly extended the state-of-the-art in techniques for signal generation, transmission and detection for next-generation access networks and high- speed shortrange systems employing vertical-cavity surface-emitting lasers as light sources

Online Research Database In Technology

Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers: Advanced Modulation Formats and Coherent Detection

http://orbit.dtu.dk/ws/files/52716031/PhDThesis_final_rrlo.pdf

Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers: Advanced Modulation Formats and Coherent Detection

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology