Advanced communications with plastic optical fibers

Abstract

Nowadays, fiber to the Home/Curb/Building/Cabinet (FTTx) services that interconnect homes with a standard glass optical fiber cables to the core/access optical networks have brought the optical fiber at the doorsteps of our homes. However, the last few miles in home access network is still based on the limited bandwidth electronic component which supports by the cooper wires e.g. Cat-5, 6. The rapid growth of personal smart/mobile electronic devices with new developments such as video on demand, High Definition (HD) and three-Dimension (3D) television (TV), cloud computing, video conferences, etc. has been proposed new challenges for the next generation high bandwidth demand required for subscribers in home access network. In order to meet the more demanding expectations of the end user with new developments, it is necessary to improve the physical infrastructure of the existing in home networks in order to obtain the best ratio between quality of service and price of implementation. Plastic optical fibers (POFs) are point out as a promising transmission medium for short-range communication in compare to the “classic” single/multimode glass optical fibers and current cooper wire technology developments. The main advantages of POF are its easy to install, easy splicing and the possibility of using low cost optical transceivers, capability of being robust, and immunity to electromagnetic noise interference. However, the benefits of large-core POFs come at the expense of a less bandwidth and a higher attenuation than silica-based solution. The main objective of this doctoral dissertation is to explore the possibilities and develop low cost, short reach, high data rate POF-links for in home networks applications. This thesis investigates the use of multilevel modulation in particular, pulse amplitude modulation (PAM in combination of the receiver equalizer in order to overcome the bandwidth limitations of the graded index POFs. The possibility of the using multiple channels over a single fiber to increase the capacity of POF systems using commercially available multimode components is also analyzed in this dissertation. Moreover, a low cost Digitised radio signal over plastic fiber system is proposed and evaluated to deliver digital baseband data for wireline and wireless users in home access network. The deployment will be specified in terms of performance, maximum rates and any degradation that might appear in the network. Furthermore, the possibilities of the microstructured fibers in telecommunication application will be studied with main emphasis on their structural design. The photonic crystal fibers made of different highly nonlinear materials with different structures are optimized to achieve ultra-flat dispersion, high nonlinearity and low confinement loss over a broad range of wavelengths in the perspective of their usage in telecommunication applications.

Hoje em dia, a possibilidade de a fibra óptica até casa (FTTH) para a transmissão simultânea de diferentes serviços como internet, telefone, televisão digital é uma realidade. No entanto, para satisfazer as expectativas mais exigentes do usuário final com novos desenvolvimentos, tais como vídeo sob demanda, de alta definição (HD) e tridimensional (3D) de televisão (TV), computação em nuvem, vídeo conferências, etc., é necessário melhorar a infra-estrutura física da existente em redes domésticas, a fim de obter a melhor relação entre a qualidade do serviço e preço de implementação. Fibra óptica de plástico (POF) é considerada um meio de transmissão promissor para comunicações de curto alcance, queando comparadas com a clássica fibra óptica de silica (tanto monomodo como multimodo) e com as tecnologias atuais baseadas em fio de cobre. As principais vantagens da POF encontramse na sua facilidade de instalação e conecção, possibilidade de uso de fontes e detectores de baixo custo, robustez e imunidade electromagnética. No entanto, o uso da POF de elevado diâmetro têm também desvantagens uma vez que esta oferece uma menor largura de banda e uma atenuação superior à fibra de sílica convêncional. Esta dissertação de doutoramento tem como principal objetivo explorar as possibilidades de desemvolvimento de componentes de baixo custo baseados em POF para redes de curto alcance, com alta taxa de transmisssão de dados. Esta tese investiga a utilização de vários formatos de modulação combinados com equalizador e receptor, de maneira a superar as limitações de largura de banda em sistemas de comunicação óptica de curto alcance. Em particular, a modulação em amplitude de impulso (PAM) é proposta e investigada a fim de aumentar a capacidade de tais sistemas. Além disso, a possibilidade de usar múltiplos canais, utilizando uma única fibra óptica, também conhecido por multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM), será analisada neste trabalho. A viabilidade das tecnologias de redes de acesso tanto a nível individual como em sistemas WDM serão analisadas usando componentes multimodo disponíveis comercialmente. A implementação será especificada em termos de desempenho tanto a nível da taxas máximas de transmissão, bem como na degradação do sinal que possa ocorrer na rede. No capitulo 5 desta dissertação é apresentado sistema de radio através de fibra. Este tipo de sistemas permite a simplificação das estações base providenciando também uma elevada manutenção de custos. O principal objectivo deste estudo prende-se com a investigação do impacto da amostragem na preformance de digitalização de rádio através de fibra e também como a introdução de fibra óptica de plástico pode afetar o sistema. Além disso, a possibilidade da aplicação de fibras óticas microestruturadas em redes de telecomunicações serão estudadas com ênfase principal na sua concepção estrutural. As fibras de cristal fotônico feitas de diferentes materiais altamente não-lineares com diferentes estruturas serão otimizadas a fim de alcançar uma dispersão ultra-plana, elevada não linearidade e baixa perda de confinamento em uma vasta gama espectral, na perspectiva de seu uso em aplicações de telecomunicações.