Μελέτη συζευγμένων ημιαγωγικών λέιζερ και εφαρμογές στις τηλεπικοινωνίες και στα δίκτυα

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορική διατριβής αποτέλεσε η θεωρητική και πειραματική μελέτη της μη γραμμικής δυναμικής συμπεριφοράς συζευγμένων ημιαγωγικών λέιζερ, στο πλαίσιο διαφόρων δικτυακών τοπολογιών και υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Από τις μελέτες προσομοίωσης προέκυψε ότι τα χαρακτηριστικά οπτικής εκπομπής των συζευγμένων ημιαγωγικών λέιζερ ποικίλουν, ανάλογα με τις τιμές κρίσιμων εγγενών και δικτυακών παραμέτρων, καλύπτοντας ένα πλήρες εύρος λειτουργίας, από την συνεχή εκπομπή (constant wave), την περιοδική εκπομπή μεταβλητής συχνότητας, έως την χαοτική συμπεριφορά. Στη συνέχεια αναλύθηκαν οι δικτυακές τοπολογίες αστέρα, πλήρους πλέγματος και δακτυλίου, οι οποίες υιοθετήθηκαν στις αριθμητικές και στις μετέπειτα πειραματικές μελέτες. Για κάθε δικτυακή αρχιτεκτονική ερευνήθηκαν μέσω προσομοιώσεων τα δυναμικά χαρακτηριστικά της οπτικής εκπομπής των λέιζερ και η ποιότητα του συγχρονισμού τους. Οι κόμβοι των δικτύων παρουσίασαν συγχρονισμένες χαοτικές εξόδους και σε ειδικές περιπτώσεις με μηδενική καθυστέρηση (zero-lag). Στη συνέχεια εξετάστηκε η ευαισθησία των δικτύων αυτών σε συνδέσεις και αποσυνδέσεις κόμβων και αποδείχθηκε πως μια τέτοια μεταβολή του δικτύου μπορεί να ανιχνευθεί. Επιπλέον, ερευνήθηκε η επίδραση των διαφορών στις τιμές των εγγενών χαρακτηριστικών των ημιαγωγικών λέιζερ που συμμετέχουν στο δίκτυο, στην ποιότητα του συγχρονισμού τους. Από τα αποτελέσματα προέκυψαν οι κατασκευαστικές απαιτήσεις των ημιαγωγικών λέιζερ που θα συμμετείχαν στην πειραματική υλοποίηση των εν λόγω δικτύων. Αστάθειες στο συγχρονισμό εξαιτίας του θορύβου ή των διαφορών στα εγγενή χαρακτηριστικά των ημιαγωγικών λέιζερ εντοπίστηκαν και ποσοτικοποιήθηκαν. Αξιολογήθηκε η επιρροή των δικτυακών παραμέτρων, καθώς και των εγγενών χαρακτηριστικών των ημιαγωγικών λέιζερ στην εμφάνιση και διάρκεια αυτών των παραθύρων αποσυγχρονισμού. Προτάθηκαν πιθανές εναλλακτικές λύσεις για την βελτίωση της ποιότητας του συγχρονισμού.Παρουσιάζεται η πρώτη πειραματική υλοποίηση δικτύων μεγάλης κλίμακας, αμφίδρομα συζευγμένων ημιαγωγικών λέιζερ, σε μεγάλες αποστάσεις. Εξετάστηκε η συμφωνία των θεωρητικών μελετών και των αριθμητικών προσομοιώσεων με τα αποτελέσματα της πειραματικής υλοποίησης. Τέλος προτάθηκαν εφαρμογές βασισμένες στα θεωρητικά σχήματα και τις πειραματικές υλοποιήσεις που μελετήθηκαν.