Advanced optical modulation and format conversion

Abstract

Over the years, the increased search and exchange of information lead to an increase of traffic intensity in todays optical communication networks. Coherent communications, using the amplitude and phase of the signal, reappears as one of the transmission techniques to increase the spectral efficiency and throughput of optical channels. In this context, this work present a study on format conversion of modulated signals using MZI-SOAs, based exclusively on all- optical techniques through wavelength conversion. This approach, when applied in interconnection nodes between optical networks with different bit rates and modulation formats, allow a better efficiency and scalability of the network. We start with an experimental characterization of the static and dynamic properties of the MZI-SOA. Then, we propose a semi-analytical model to describe the evolution of phase and amplitude at the output of the MZI-SOA. The model’s coefficients are obtained using a multi-objective genetic algorithm. We validate the model experimentally, by exploring the dependency of the optical signal with the operational parameters of the MZI-SOA. We also propose an all-optical technique for the conversion of amplitude modulation signals to a continuous phase modulation format. Finally, we study the potential of MZI-SOAs for the conversion of amplitude signals to QPSK and QAM signals. We show the dependency of the conversion process with the operational parameters deviation from the optimal values. The technique is experimentally validated for QPSK modulation.

Nos últimos anos, a crescente procura e troca de informação tem levado ao aumento de tráfego nas redes de comunicação óticas atuais. As comunicações coerentes, com recurso à amplitude e fase do sinal, ressurgem como uma das técnicas de transmissão capazes de aumentar a eficiência espectral e o rendimento dos canais óticos. Nesse âmbito, este trabalho apresenta um estudo sobre a conversão de formatos de modulação de sinais, usando técnicas exclusivamente no domínio ótico, através de conversão de comprimento de onda, com base no MZI-SOA. Esta técnica, aplicada em nós óticos que interligam redes óticas com débitos binários distintos, permite uma maior escalabilidade e eficiência da rede. A tese começa por apresentar uma caracterização experimental detalhada das propriedades estáticas e dinâmicas do MZI-SOA. É depois proposto um modelo semi-analítico que descreve a evolução da amplitude e fase do sinal ótico à saída do MZI-SOA. Os coeficientes do modelo são obtidos recorrendo a um algoritmo genético multiobjectivo. O modelo é validado experimentalmente, explorando a dependência do sinal ótico com os parâmetros operacionais do MZI- SOA. Segue-se a proposta de uma técnica de conversão de formato de modulação de amplitude para modulação de fase contínua. Finalmente, é feito um estudo das potencialidades do MZI-SOA para conversão de formato de modulação de amplitude para modulação QPSK e QAM. Mostra-se a dependência da constelação do sinal com o desvio dos parâmetros operacionais, em torno do valor ótimo. A técnica é validada experimentalmente para modulação QPSK.