Dual modulator based SSB transmitter for optical metro and access networks

During the last years we are witnessing a huge traffic increase in the metro and access network, so it is fundamental to adopt new technological approaches able to properly manage the data flux. At the same time, one wants to minimize costs, energy consumption and complexity as much as possible. For this reason, the research has focused its attention in finding solutions that guarantee high performance with simple implementation. In this thesis work we initially introduced the most interesting of simplified solutions available in the literature to increase the performance in terms of capacity and reach for metro and access network applications. Then, we focused on the so called dual modulator scheme and we performed a deep and detailed analysis. This approach is very simple, since it is composed by the cascade of a Directly Modulated Laser (DML) and an intensity modulator. However, we believe that the dual modulator presents big potentials: it is versatile, it is suitable for the multicarrier modulation (such as DMT) employment and for the generation of Single-Sideband signals (more robust to the chromatic dispersion accumulated during the fiber propagation) and it allows to reduce cost, energy consumption, complexity and bulk. The main dual modulator architecture developed in literature is constituted by a DFB combined with an Electro-Absorption Modulator (EAM). Nevertheless, we propose an interesting alternative exploiting the VCSEL as a coherent light source, having comparable quality to the DFB, but reduced cost and consumption, and a Mach-Zehnder (MZ) modulator that, in the proper conditions, works better than an EAM. For this reason, in this work we discuss this new proposal in detail, starting from a theoretical point of view and then simulating its performance. This latter one is divided into a signal generation part and a signal detection part and, in doing so, we have compared the different realizations achieved with VCSEL and DFB as source, and EAM and MZ as modulator. This investigation is based on a simulator developed in Matlab, where we tried to set as much degrees of freedom as possible for all the signal aspects (generation, propagation and detection). The simulative results confirm the effectiveness of the proposed dual modulator realized by means of VCSEL and MZ to improve the performance and increase the transported capacity in typical metro and access network applications.

Negli ultimi anni si sta assistendo ad un enorme incremento del traffico dati sulla rete metro e di accesso, quindi è necessario adottare nuovi approcci tecnologici che riescano a gestire il flusso di dati a dovere. Allo stesso tempo, però, si vogliono minimizzare i costi, i consumi, l'ingombro e la complessità il più possibile. Per questo motivo, la ricerca si è concentrata nel cercare delle soluzioni che garantiscano prestazioni elevate con una semplice implementazione. In questo lavoro di tesi andiamo inizialmente a introdurre le proposte più interessanti presenti in letteratura per migliorare le prestazioni delle reti metro e di accesso in termini di capacità e distanza. Dopodichè, passiamo ad un'analisi più profonda e dettagliata della soluzione basata sul cosiddetto modulatore duale, il quale è un'architettura molto semplice composta dalla serie di un Laser Direttamente Modulato (DML) e un modulatore di intensità (IM). Questo approccio è molto allettante perchè esso è versatile, è adatto all'uso di modulazioni multicarrier (come per esempio DMT) e alla generazione di segnali Single Sideband (SSB) (particolarmente robusti alla dispersione cromatica associata alla propagazione in fibra) ed è in grado di abbattere costi, consumi, complessità ed ingombro. Il modulatore duale principalmente sviluppato in letteratura è costituito da un laser DFB seguito da un Modulatore a Elettro-Assorbimento (EAM) . Tuttavia, noi proponiamo un’alternativa che sfrutta un VCSEL, sorgente di qualità comparabile ad un laser DFB ma molto più piccola ed innovativa, e un modulatore Mach-Zehnder che, nelle opportune condizioni, lavora meglio di un EAM. In questo lavoro abbiamo discusso in dettaglio questa nuova proposta, partendo da un approccio teorico e poi passando ad uno studio delle sue prestazioni. Quest'ultimo è suddiviso in una parte relativa alla generazione del segnale e una relativa alla rivelazione ed è stato fatto un confronto approfondito tra varie soluzioni basate su VCSEL o DFB come DML e su EAM o MZ come IM. Tutto ciò è stato possibile grazie allo sviluppo di un simulatore Matlab che concedesse una certa libertà di scelta per quanto riguarda generazione, propagazione e rivelazione del segnale. I risultati simulativi confermano l’efficacia del modulatore duale proposto VCSEL-MZ per migliorare le prestazioni e aumentare la capacità e la distanza raggiungibile in tipiche applicazioni per la rete metro e d’accesso.