---

Günümüzde Internet’in ve çoklu ortam uygulamalarının etkisiyle çığ gibi büyüyen
veri trafiği her geçen gün daha yüksek bant-genişliklerine ihtiyaç duymaktadır.

kolay gelsin

-------------------
FOTONİK AĞ YAPILARI İÇİN OPTİK SİNYAL İŞLEME
ELEMANLARI
Salih DİNLEYİCİ, Bora MOCAN
İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Gülbahçe Köyü, 35437, Urla, İzmir
sdinleyi@likya.iyte.edu.tr, bmocan@likya.iyte.edu.tr
Özetçe
Günümüzde Internet’in ve çoklu ortam uygulamalarının etkisiyle çığ gibi büyüyen
veri trafiği her geçen gün daha yüksek bant-genişliklerine ihtiyaç duymaktadır. Bu
ihtiyaca paralel olarak veri hızlarının ve başarımın artırılması için yoğun bir biçimde
çalışılmaktadır. Son yıllarda her 12 ayda bir ikiye katlanan optik kanal performansı
her 18 ayda bir ikiye katlanan işlemci yongalarındaki transistor sayısındaki
artışı bile geride bırakmıştır. Bu gelişmeler ışığında, yakın bir gelecekte artık bilgisayar
ağları ve telekomünikasyon şebekelerinde veri aktarımı için tamamen fotonların
kullanılacağı öngörülebilir. Bir sonraki aşama olarak ise uçtan uca fotonik iletişimden
ve fiber üzerinden terabitler, petabitler mertebesinde bit hızlarından bahsedilmektedir.
Tabii ki bu yüksek hızlar elektronik malzemelerin sınırlarının çok
üzerindedir. Bu yüzden optik sinyalleri, optik-elektronik veya elektronik-optik dönüşümü
yapmadan işleyebilecek elemanlar büyük önem kazanmaktadırlar. Çözüm;
düğüm noktalarında(yönlendirme, anahtarlama, mantık işlemleri, filtreleme vb.)
tüm-optik sinyal işleme ile mümkün olabilir.
1. Giriş
Uçtan uca fotonik iletişimin gerçekleştirilebilmesi için üç temel konu üzerinde çalışılmaktadır. Çoklama
teknikleri (WDM, TDM) sayesinde tek bir fiber optik üzerinde taşınabilecek veri kapasitesi
artırılırken, optik sinyal işleme ile foton-elektron dönüşümüne gerek kalmadığı için iletilen bant genişliği
her noktada korunabilecektir. Optik yükseltme ile ise optik sinyallerde oluşabilecek güç kayıpları
tolere edilerek, çok uzun mesafeler arasında tüm-optik iletişim mümkün kılınmaktadır. Bütün
bu teknikler tüm-optik sinyal işleme elemanlarına ihtiyaç duymaktadır.
Çok yüksek yoğunluklu dalga boyu paylaşımlı çoklama(UDWDM) ile 1000 kanala kadar çıkarılan
kapasitenin yakın bir gelecekte 150000 kanala çıkarılabileceği öngörülmektedir. Bu yaklaşık 500
milyon telefon hattının bir fiber üzerinden taşınabilmesi demektir. Optik zaman paylaşımlı çoklama(
OTDM) veri hızları ise çok-kısa darbe üreteçleri sayesinde terabitler mertebesine ulaşmıştır.
Optik modülatörler, anahtarlar, darbe çoklayıcıları, zaman geciktirici elemanlar, dalgaboyu dönüştürücüleri,
dalgaboyu filtreleri bu sistemlerin anahtar elemanlarını oluşturmaktadır.
Bu kadar büyük kapasitelerin bir yükselteç olmadan çok uzağa iletilmesi mümkün olamayacağı için
–her ne kadar elektronik sinyaller kadar bağımlı olmasa da- bazı ara noktalarda yükselteç kullanılması
gerekmektedir. Bu işlem EDFA olarak bilinen günümüzün popüler elemanı Erbiyum Katkılanmış
Fiber Yükselteçler ile gerçekleştirilebilmektedir.
Optik sinyal işleme elemanları ise çok farklı yöntemlerle kullanım amacına göre tasarlanabilir. Bu
elemanlar için genelde bazı malzemelerin ışığa karşı gösterdikleri doğrusal olmayan tepkilerden
yararlanılır. Doğrusal olmayan kırılma indisleri, optik Kerr etkisi, Pockel etkisi bu yöntemlerde en
çok kullanılan özelliklerdir. Fiber Bragg Izgaralama ve girişimölçer(interferometer) yardımıyla da
değişik optik elemanlar dizayn etmek mümkündür.
Fiber Bragg ızgaralama elemanları ise filtreleme, darbe sıkıştırma-yayma, dalgaboyu dönüştürme
gibi işlemler için popüler olarak kullanılmaktadır. Bragg ızgaralama, fiber içine kalıcı olarak yazılabileceği
gibi, foton duyarlı malzemeler kullanılarak başka bir kaynak tarafından dinamik olarak
kontrol edilmesi de mümkündür.
Zaman geciktiriciler, mantık kapıları, modülatörler ve optik anahtarlar gibi elemanlar için girişimölçerlerden
de sık sık yararlanılır. Michelson, Fabry-Perot, Mach-Zender ve Sagnac girişimölçer bu
amaçla en yaygın olarak kullanılanlarıdır.
Optik sinyal işleme elemanları seçilirken çalışma dalgaboyu, yüksek bit hızlarını desteklemesi, uygulanabilirliği,
çalışma süresi ve tümleşik optik eleman kullanımı uygun kriterler olarak göz önünde
bulundurulmalıdır.
Bu çalışmada uçtan uca tüm-optik haberleşmeyi mümkün kılan önemli bazı optik sinyal işleme elemanları
bunların çalışma prensipleri, bunların gerçeklenebilmesi ve bütün bu elemanların yardımıyla
tasarlanan yeni bir tüm-optik yönlendirici mimarisi üzerinde durulacaktır.
2. Yüksek-Hızlı Optik Zaman Bölüşümlü Çoklama(OTDM) Teknikleri
Malzeme yapısından doğan sınırlamalardan dolayı elektronik zaman bölüşümlü çoklama ile ulaşılabilecek
veri hızlarının 40 GB/s’ ın altında olduğu gösterilmiştir. Son yıllarda

---