Implementation of optical delay line for optical processing

Abstract

Pakettikytkentäisessä kuituoptisessa tiedonsiirtoverkossa tarvitaan optinen-sähköinen-optinen -muunnos reititystä varten. Muunnos rajoittaa taajuuskaistaa, aiheuttaa bittivirheitä ja siihen tarvittava tekniikka on kallista. Konversiosta aiheutuvien ongelmien eliminoimiseksi pyrkimyksenä on kehittää tiedonsiirtoverkko, jossa myös reititys tehdään optisesti. Oleellinen komponentti optisessa reitittimessä on viivelinja, joka viivästää pakettia osoitteen määräämän siirtotien avaamiseen kuluvan ajan.

Tässä diplomityössä tutkittiin erityyppisten optisten viivelinjojen soveltuvuutta täysoptisen tiedonsiirtoverkon reitittimessä tarvittavan viiveen synnyttämiseen. Viive, jonka pituutta on pystyttävä säätämään, saadaan kaikissa tutkituissa viivelinjoissa aikaan muuttamalla valon kulkeman optisen matkan pituutta. Tarkoitukseen parhaiten soveltuvaksi todettiin binäärinen viivelinja, joka koostuu 2x2 kytkimillä sarjaan kytketyistä viivelenkeistä. Binäärinen viivelinja toimii digitaali-viive-muuntimena. Viivelenkkien binäärisen pituusjakauman ansiosta vähäisellä kytkinten määrällä saadaan suuri resoluutio ja viivelinjasta tarvitaan vain maksimiviiveen verran kuitua. Binäärisestä viivelinjasta on mahdollista toteuttaa takaisin- ja myötäkytketyt konfiguraatiot, joista jälkimmäinen todettiin simulaatioiden perusteella parhaaksi vaihtoehdoksi. Simulointien avulla selvitettiin eri konfiguraatioiden vaimennus- ja vasteominaisuuksia kytkinten eri asennoissa. Molemmista binäärisistä viivelinjatyypeistä tehtiin suorituskyvyn karakterisoimiseksi mikromekaanisiin kytkimiin perustuvat prototyypit.

Ylikuulumismittauksen perusteella mikromekaanisilla kytkimillä toteutetusta viivelinjasta ei synny kaikuja järjestelmään. Vaimennusmittauksessa prototyypin myötäkytketyssä versiossa viiveen pituudella oli pienin vaikutus vaimennuksen suuruuteen. Viivelinjan vaikutus taajuusvasteeseen mitattiin ja sen todettiin olevan riippumaton viiveen pituudesta. Vaihekohinamittauksen epävarmuuden takia viivelinjalle voidaan arvioida ainoastaan sen aiheuttaman vaihekohinan yläraja.

Käytännössä viivelinja täytyy toteuttaa nopeilla, esimerkiksi interferometrisilla, kytkimillä joiden vaimennus- ja ylikuulumisominaisuuksien voidaan olettaa kehittyvän tulevaisuudessa mikromekaanisten kytkinten tasolle.