Photonic Techniques for mm-wave and THz generation & transmission

Abstract

Η υψηλή φασματική καθαρότητα σε μικροκυματικές πηγές είναι βασικό συστατικό σε πολλαπλές σημαντικές εφαρμογές, όπως σε συστήματα τηλεπικοινωνιών, πλοήγησης, και ραντάρ. Πιο συγκεκριμένα, για τις αναδυόμενες εφαρμογές υψηλού ρυθμού μετάδοσης σε οπτικά και ασύρματα δίκτυα, η λειτουργία αυτών των συστημάτων με χαμηλό θόρυβο φάσης είναι αποφασιστικής σημασίας. Επίσης, είναι καθοριστικής σημασίας και σε συστήματα που λειτουργούν με χιλιοστομετρικά κύματα καθώς και σε συστήματα που λειτουργούν στις συχνότητες THz, όπου χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνικές διαμόρφωσης υψηλής φασματικής απόδοσης (π.χ. 16 QAM, 64 QAM, και 256 QAM) για την αύξηση της δυνατότητας διεκπεραίωσης δεδομένων. Η χρήση φωτονικών τεχνικών για την παραγωγή χιλιοστομετρικών κυμάτων καθώς και φορέων στις συχνότητες THz είναι ελκυστική για την λειτουργία συστημάτων με χαμηλό θόρυβο φάσης σε σύγκριση με τις συμβατικές μικροκυματικές πηγές. Επίσης, η χρήση αυτών των τεχνικών επιτρέπει τη μετάδοση σημάτων μέσω οπτικών ινών με χαμηλό θόρυβο και υψηλό εύρος ζώνης. Επομένως, η συγκεκριμένη διατριβή εστιάζεται σε νέες τεχνικές φωτονικής για την παραγωγή και μετάδοση χιλιοστομετρικών κυμάτων καθώς και σημάτων στις συχνότητες THz. Για την μετάδοση σημάτων στις συχνότητες THz με χαμηλές απώλειες, σχεδιάστηκαν οπτικές ίνες βασισμένες σε πολυμερή με κενό πυρήνα για λειτουργία στη συχνότητα 1 THz, προσφέροντας χαμηλές απώλειες μετάδοσης σε ένα φασματικό εύρος 0.4 THz, και σχεδόν μηδενική διασπορά ομαδικής ταχύτητας. Επίσης σχεδιάστηκε βελτιωμένη οπτική ίνα, για μονότροπη μετάδοση σήματος με χαμηλή απώλεια κάμψης. Για την παραγωγή χιλιοστομετρικών κυμάτων καθώς και σημάτων στις συχνότητες THz, οι δύο πιο σημαντικές μέθοδοι βασισμένες στη φωτονική – ο οπτοηλεκτρονικός ταλαντωτής (ΟΗΤ) και η οπτική γεννήτρια κτένα συχνότητας (ΟΓΚΣ) – χρησιμοποιούνται μαζί. Αυτό συνδυάζει το πλεονέκτημα χαμηλού θορύβου φάσης των ΟΗΤ μαζί με την προοπτική των ΟΓΚΣ για την παραγωγή σημάτων σε THz εύρος. Θεωρητικά και πειραματικά αποτελέσματα αναδεικνύουν την εγκυρότητα αυτής της προσέγγισης, συμπεριλαμβανομένων πειραμάτων μετάδοσης σήματος σε δίκτυα ραδιοεπικοινωνίας-μέσω-ινών με χαμηλό δυαδικό ρυθμό σφάλματος. Τέλος, η διατριβή ολοκληρώνεται με σχέδιο δράσης για μελλοντική εργασία, συμπεριλαμβανομένων καινούργιων τεχνικών για τη παραγωγή χιλιοστομετρικών κυμάτων χαμηλού θορύβου χωρίς πάνω-μετατροπή, πολύκλωνων ινών βασισμένων σε παραγωγή χιλιοστομετρικών κυμάτων, δικτύων ραδιοεπικοινωνίας-μέσω-ινών και δικτύων ισχύς-μέσω-ινών για τη δημιουργία ηλεκτρονικών συνδέσεων χωρίς κινούμενη μονάδα αντένας, καθώς και τεχνικών για την υλοποίηση αυτό-ΟΓΚΣ με ολοκληρωμένα φωτονικά κυκλώματα.