Le fibre ottiche sono il mezzo principale attraverso il quale sono trasmessi segnali digitali su lunghe distanze grazie alla bassissima attenuazione alle lunghezze d’onda della cosiddetta banda C (ovvero lo spettro compreso nell’intervallo 1530-1560 nm). La capacità di trasmissione attraverso fibre ottiche è
tuttavia limitata dalle caratteristiche di trasmettitori e ricevitori oltre che alle
proprietà non-lineari delle fibre stesse. L’utilizzo di laser a semiconduttore modulati direttamente come trasmettitori può offrire vantaggi dal punto di vista
della semplicità di utilizzo e dei costi. Al tempo stesso questa scelta determina
basse prestazioni in termini di potenza, banda disponibile per la modulazione,
distorsione del segnale trasmesso e amplificazione di emissione spontanea.
La tecnica dell’injection locking può rivelarsi una soluzione particolarmente
vantaggiosa in questo contesto. Sotto l’iniezione ottica esterna un laser acquisisce caratteristiche spettrali e dinamiche superiori, con emissione estremamente
coerente e elevata potenza, accompagnata da altri vari miglioramenti rispetto
ai laser modulati direttamente: emissione a singolo modo con la soppressione
dei modi laterali, allargamento della banda di modulazione, soppressione delle
distorsioni non lineari, riduzione del chirp, per citarne alcuni.
In questo lavoro di tesi presentiamo lo studio teorico e sperimentale dell’injection locking di un laser Fabry-Pérot a semiconduttore per la trasmissione
di segnali radio attraverso le fibre ottiche. Il modello teorico, ottenuto partendo dalle comuni equazioni di rate del laser free-running, ci fornisce i mezzi
per lo studio delle caratteristiche fondamentali del dispositivo injection-locked:
analisi spettrale dell’emissione a regime, individuazione delle zone di stabilità e
comportamento nel dominio della frequenza del dispositivo. Indagate quindi le
origini fisiche del fenomeno, sono stati studiati i risultati sperimentali del laser
injection-locked con particolare attenzione alle performance dinamiche. Queste
caratteristiche sono dimostrate empiricamente attraverso un’accurata analisi del
comportamento di un laser Fabry-Pérot sia in regime free-running sia in regime
injection-locked, eseguendo un approfondito studio sugli spettri di emissione. Le
analisi delle prestazioni del dispositivo sono state basate su un utilizzo intensivo
della strumentazione da laboratorio di comunicazioni ottiche e su codice Matlab
sviluppato appositamente.
Acquisita quindi la padronanza delle proprietàsopra descritte, `e stato pro-
posto e realizzato sperimentalmente un convertitore di segnale double-sideband
in segnale single-sideband basato esclusivamente sulle caratteristiche dell’injection locking ottico. Con questa tecnica `e stato possibile trasmettere un segnale
64-QAM 54 Mb/s OFDM a 6GHz, aderente allo standard 802.11g dei comuni
sistemi Wi-Fi , attraverso 80 km di fibra singolo modo senza subire gli effetti di
dispersione cromatica che lo avrebbero distrutto completamente.