Comunicazioni Ottiche UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PALERMO FACOLTA’ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI Tesina di Comunicazioni Ottiche Solitoni Docente: Ing. Alessandro Busacca Studente: Militello Marco ANNO ACCADEMICO 2007 - 2008

Argomenti della Tesina Introduzione L’equazione non lineare di Schrödinger Solitoni “Luminosi” Solitoni “Oscuri” Applicazioni dei solitoni alle comunicazioni ottiche

Introduzione I Solitoni sono impulsi che non subiscono distorsione durante la propagazione in fibra Scoperti nel 1973 ma utilizzati in esperimenti di comunicazioni ottiche solo nel 1988 Dal 1990 vi è una forte ricerca riguardo il loro utilizzo nei sistemi di comunicazioni ottiche Devono la loro esistenza al combinazione della GVD e della SPM

GVD e SPM (1) Dispersione Intramodale Self Phase Modulation Dovuta all’effetto Kerr: cambiamento dell’indice di rifrazione di un materiale sottoposto ad un campo elettrico

GVD e SPM (2) - SPM produce un chirp C Se il prodotto è negativo si può avere una compressione del segnale, in questo caso C è positivo e è negativo (regione intorno a 1,55μm) Si intuisce che variando la potenza, e variando, quindi, SPM si può raggiungere un equilibrio tra SPM stessa e GVD ed annullare la distorsione

L’equazione non lineare di Schrödinger(1) - Tiene conto della GVD, della SPM e dell’attenuazione - Solitamente viene risolta numericamente, tuttavia, sotto l’ipotesi di attenuazione nulla e assenza di dispersione del terzo ordine, è possibile determinare una soluzione per via analitica

L’equazione non lineare di Schrödinger(2) L’equazione differenziale può essere risolta attraverso il metodo dello scattering inverso Esistono due tipi di soluzioni in base al tipo di dispersione: anomala o normale Il primo caso è quello dei Solitoni “Luminosi” che sono di maggiore interesse per le comunicazioni ottiche Il secondo è quello dei Solitoni “Oscuri”

Solitoni “Luminosi” (1) Utilizzando il metodo dello scattering inverso si dimostra che per impulsi aventi ampiezza iniziale: per N=1 l’impulso viaggia senza subire distorsione per N>1 l’impulso subisce un’evoluzione periodica con periodo pari a:

Solitoni “Luminosi” (2) - N è ordine del Solitone N = 1 Solitone Fondamentale

Solitoni “Luminosi” (3) - Il Solitone fondamentale è stabile nei confronti delle piccole perturbazioni Con un impulso gaussiano o con un valore N compreso tra 0,5 e 1,5 si riottiene un solitone fondamentale

Solitoni “Oscuri” Sono costituiti da un calo di potenza che si propaga senza distorsione lungo la fibra

Applicazioni alle comunicazioni ottiche(1) Utilizzare i solitoni significa modificare il sistema di comunicazioni Gli impulsi devono essere distanziati La potenza emessa deve essere tale che N=1

Applicazioni alle comunicazioni ottiche(2) Conviene diminuire la spaziatura tra gli impulsie studiare il comportamento del sistema al variare della stessa - Cambiando i parametri si ottengono cambia l’evoluzione dei solitoni

Applicazioni alle comunicazioni ottiche(3) Ricavando numericamente il risultato dell’equazione differenziale si osserva che finché N rimane inferiore a 1,64 si ricostiuisce sempre il solitone fondamentale