Orientadores: Edson Moschim, Marcelo Luís Francisco Abbade

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Resumo: Neste trabalho foram investigadas através de experimentos e simulações computacionais duas novas técnicas de processamento óptico de sinais, que utilizam amplificação paramétrica para multiplexar as informações de dois sinais binários em um único sinal multi-nível. Na primeira delas, o sinal...

Resumo: Neste trabalho foram investigadas através de experimentos e simulações computacionais duas novas técnicas de processamento óptico de sinais, que utilizam amplificação paramétrica para multiplexar as informações de dois sinais binários em um único sinal multi-nível. Na primeira delas, o sinal multi-nível corresponde a um sinal quaternário em amplitude, enquanto na segunda este e um sinal ternário em amplitude. Ao contrario da amplificação paramétrica convencional, que utiliza um sinal de bombeio continuo (cw, continuous wave), em ambas as técnicas analisadas neste trabalho, tanto o sinal de bombeio quanto o sinal de prova são modulados em amplitude por duas sequências independentes de bits (informações). Tais sinais são acoplados e propagados por uma fibra óptica. A interação não-linear entre eles, decorrente do processo de amplificação paramétrica, proporciona a multiplexação das informações dos sinais de bombeio e de prova em uma mesma banda. Para os sinais quaternários, os sinais de bombeio e de prova podem apresentar ou não mesma taxa de transmissão, sendo possível ate dobrar a taxa de transmissão dos sinais originais. Verificou-se que a distribuição de seus níveis de potencia e controlada pelas razoes de extinção do sinal de bombeio e de prova. A máxima diferença obtida entre os resultados analíticos e de simulações em relação aos experimentais foi inferior a 1.4 dB. Os experimentos mostraram também que taxas de erro de bit (BER, Bit Erro Rate) inferiores a 7.6 .10-12 podem ser obtidas mesmo apos o sinal quaternário ser propagado por 75 km. Com relação aos sinais ternários, o sinal de prova deve apresentar uma taxa de transmissão N vezes maior que o sinal de bombeio, sendo N inteiro e maior que dois. A taxa de transmissão deste tipo de sinal multi-nível e a soma das taxas de transmissão dos sinais originais. Verificou-se também que com o ajuste da potencia do sinal de bombeio, e possível obter quaisquer razoes de extinção entre o terceiro e o segundo níveis, tornando possível adequar o sinal ternário para minimizar a BER independente do regime de ruído dominante. Apos a propagação do sinal ternário, por 40 km de uma rede de teste de campo, os melhores valores encontrados de BER foram inferiores a 3.5 10-15. Estes baixos valores de BER indicam que ambas as técnicas analisadas podem ser aplicadas a situações práticas

Abstract: In this work two new all-optical signal processing techniques are investigated through computer simulations and experiments; they utilize parametric amplification to multiplex information of two binary input signals into a single multi-level one. In the first of these techniques the...

Abstract: In this work two new all-optical signal processing techniques are investigated through computer simulations and experiments; they utilize parametric amplification to multiplex information of two binary input signals into a single multi-level one. In the first of these techniques the multilevel signal corresponds to a quaternary-amplitude one, whereas in the other technique it is a ternary-amplitude signal. In opposition to conventional parametric amplification, where the pump is a continuous wave signal that interacts with one or more modulated probe signals, in both techniques analyzed in this work, the pump and probe signals are modulated by two independent bit sequences. Such signals are coupled and propagated through an optical fiber where parametric interaction causes information carried by these signals to be multiplexed in a single bandwidth. In the generation of quaternary-amplitude signals (QAS), the bit rates of the pump and probe signals may but do not need to be the same; thus, the QAS may convey twice information as each individual binary input signal. It is theoretically demonstrated and experimentally verified that the power level distribution of the QAS may be properly regulated by changing the extinction ratios of the pump and probe signals. Results concerning this analysis show that predictions based on the analytical model presented in this thesis and simulation results are at most 1.4 dB apart from experimental measurements; this is a quite good agreement. Experiments showed that bit error rates (BERs) as low as 7.6 .10-12 may be obtained even after the QAS is propagated for 75 km of standard fibers, with no filtering or any other kind of optimization. In the case of ternary-amplitude signals (TAS), the bit rate of the probe signal needs to be N times larger than the one the pump signal, where N is an integer number greater than 2. It is shown that the power level distribution of TAS may be arbitrarily chosen by simply adjusting the power associated with the "bit-1" pump level; this is an interesting feature because it allows the BER of the TAS to be minimized for any kind of dominant noise. In fact, in one of the presented experiments the TAS generated by parametric amplification was propagated by a 40-km long standard fiber link of a field-trial network and BERs inferior to 3.5 10-15 were obtained. The low BER values obtained by the QAS and TAS generated by parametric amplification suggest that both of the techniques investigated in this work could be utilized in practical applications