Lezioni del corso di

Comunicazioni Ottiche B


Lezione #1:

Presentazione del corso. Storia recente delle comunicazioni ottiche.

Slides della presentazione: pres_COB.zip

Lezione #2:

Equazioni di Maxwell. Dalle equazioni di Maxwell alla equazione non lineare di Schroedinger.
Descrizione del vettore di induzione di polarizzazione in una fibra ottica: componente lineare e non lineare.
Analisi delle approssimazioni effettuate.

Lezione #3:

Modello numerico della fibra ottica. Algoritmo di Split-Step Fourier (SSFM). Problemi nella rappresentazione
numerica del campo elettrico. Sequenze pseudo-casuali PRBS. (ref. O. V. Sinkin, R. Holzlohner, J. Zweck and C. R. Menyuk, "Optimization of the Split-Step Fourier Method in Modeling Optical Fiber Communications Systems," J. Lightw Technol., pag. 61-68, Jan. 2003.).

Lezione #4:

Propagazione in fibra ottica in regime lineare: attenuazione, velocità di gruppo, dispersione di velocità di gruppo (GVD).
Propagazione di impulsi gaussiani in regime di GVD. Effetto di un chirp iniziale.
Esempio numerico su un impulso super-gaussiano (Octave/Matlab): example_gvd.m

Lezione #5:

Cenni sulla slope della fibra ottica. Modello di Petermann della GVD (ref. L. Wang and K. Petermann, "Small signal analysis for dispersive optical fiber communication systems", J. Lightw Technol., pag. 96-100, Jan. 1992.)

Lezione #6:

Nonlinearità in fibra ottica: Self phase modulation (SPM). Chirp provocato dal SPM.
Broadening factor in presenza di GVD e SPM.

Lezione #7:

Wave Breaking. Effetti provocati dall'interazione tra il chirp di SPM e il chirp della GVD.
(ref. D. Anderson, M. Desaix, M. Lisak and M. L. Q. Texeiro, "Wave Breaking in nonlinear-optical fibers",
J. Opt. Soc. Am. B, vol. 9, pag. 1358-1361, Aug. 1992   e   D. Anderson, M. Desaix, M. Karlsson, M. Lisak and
M. L. Q. Texeiro, "Wave-breaking-free pulses in nonlinear-optical fibers", J. Opt. Soc. Am. B, vol. 10, pag. 1185-1190,
July 1993)

Lezione #8:

Solitoni. Dimostrazione del solitone fondamentale. Leggi di scalatura dei solitoni fondamentali.

Lezione #9:

Dispersion-managed solitons. Problemi nella propagazione dei solitoni: attenuazione, rumore,
impulsi non a secante iperbolica, chirp. Effetto degli sliding filters.

Lezione #10:

Esempi numerici di propagazione di solitoni in fibre ottiche: solitone di ordine 3, solitone di ordine non intero,
dark solitons, solitone con chirp, interazione tra solitoni.

Lezione #11:

Modulation Instability. Modulation instability in presenza di attenuazione della fibra ottica.

Lezione #12:

Sistemi multicanale. Cross-Phase Modulation (XPM). XPM in assenza di GVD. Interpretazione del XPM come filtro.

Lezione #13:

Impatto del XPM in sistemi multitratta con compensazione della dispersione cromatica. Filtro di XPM con GVD.
Conversione fase-ampiezza. Varianza di XPM. (ref. A. Bononi, C. Francia and G. Bellotti, "Impulse response of cross-
phase modulation filters in multi-span transmission systems with dispersion compensation", Optical fiber technol.,
pag. 371-383, vol. 4, 1998).

Lucidi della presentazione: xpm2.ppt

Lezione #14:

XPM-induced modulation instability. Solitoni in presenza di XPM. Chirp del XPM. Four Wave Mixing (FWM).
FWM degenere e non degenere. FWM in presenza di pompe non svuotate.

Lezione #15:

Amplificatori parametrici (OPA) (ref. J. Hansryd, P. A. Andrekson, M. Westlund, J. Lie and P. Hedekvist,
"Fiber-Based Optical Parametric Amplifiers and their Applications", IEEE J. Quantum. Electron., vol. 8,
pag. 506-520, may/june 2002). Phase matching negli OPA. Caratteristiche di banda, guadagno.
Amplificatori parametrici a due pompe (ref. C. J. McKinstrie, S. Radic and A. R. Chraplyvy, "Parametric
amplifiers driven by two Pump waves", IEEE J. Quantum. Electron., vol. 8, pag. 538-547, may/june 2002).

Lezione #16:

Rumore negli OPA: rumore della pompa e rumore quantico (ref. P. Kylemark, P. O. Hedekvist, H. Sunnerud,
M. Karlsson and P. A. Andrekson, "Noise characteristics of Fiber Optical Parametric Amplifiers", J. Lightw
technol., vol. 22, pag. 409-416, Feb. 2004). Introduzione agli amplificatori Raman:
amplificazione concentrata/distribuita.

Lezione #17:

Equazione non lineare di Schroedinger con effetto Raman. Caratteristiche del Raman. Modello di amplificatore Raman
con segnali non modulati.

Lezione #18:

Modello quantistico-fenomenologico dell'amplificatore Raman. Amplificatore Raman con pompe co- e contro-propaganti.
Sorgenti di rumore nel Raman. Rayleigh back-scattering.

Lezione #19:

Effetto del rumore di emissione spontanea (ASRS) sulle prestazioni di amplificatori Raman con pompa co- e contro-
propagante. Vantaggi e svantaggi delle configurazioni co- e contro-propagante.
Polarizzazione della luce. Formalismo di Jones. Formalismo di Stokes. Sfera di Poincaré.

Lezione #20:

Birifrangenza della fibra ottica. Modello teorico della birifrangenza. Fibra a mantenimento di polarizzazione.
Proprietà della matrice di trasferimento. Polarization Mode dispersion (PMD). Modello a lamine della PMD.
Moto in frequenza. Stati principali di polarizzazione (PSP).

Lezione #21:

Corrente ricevuta con un modello al primo ordine della PMD. Formula di Chen in presenza di PMD. Moto nello
spazio di Stokes. Equazione dinamica degli stati principali di polarizzazione. Cenni sulla PMD stocastica.

Lezione #22:

Formati di modulazione avanzati per trasmissioni in fibra ottica. Confronto di prestazioni. Differential phase shift keying
DPSK): descrizione, vantaggi, relaizzazione. Impatto del nonlinear phase noise nel DPSK. References:
P. J. Winzer and R.-J. Essiambre, "Advanced Modulation Formats for High-Capacity Optical Transport Networks,"
J. Lightw technol., vol. 24, pag. 4711-44728, Dec. 2006.
D. Pennickx, M. Chbat, L. Pierre and J,-P. Thiery, "The phase-shaped binary transmission (PSBT): a new technique
 to transmit far beyond the chromatic dispersion limit," IEEE Photon. Technol. letters, vol. 9, pag. 259-261, Feb. 1997.
S. Bigo,G. Charlet and E. Corbel, "What has hybrid phase/intensity encoding brought to 40 Gbit/s ultralong-haul
systems?," in Proc. ECOC 2005, Glasgow, Sept. 2005.
A. H. Gnauck and P. J. Winzer, "Optical phase-shift-keyed transmission," J. Lightw technol., vol. 23,
pag. 115-130, Jan. 2005.

Lucidi della presentazione disponibili al centro documentazione della sede didattica o richiedibili via email al docente.

Lezione #23:

Ottimizzazione delle prestazioni di sistemi ottici a singolo canale. Misura della OSNR penalty. Modello ai piccoli
segnali in regime distribuito. Dispersione totale ottima. Dispersione di pre-compensazione ottima.
Parametric gain (PG) del rumore ASE. Descrizione del rumore come componente in fase e quadratura. PG a bassi OSNR.
Effetto soglia del PG. PG in presenza di codici.

Lucidi della presentazione disponibili al centro documentazione della sede didattica o richiedibili via email al docente.