(This thesis consists of two parts.) Part I Comparison of Traveling Wave and Gain-Clamped Semiconductor Optical Amplifiers. Today's Wavelength Division Multiplexing (WDM) optical networks are getting dynamic light-path reconfigurable and optical transparent. Optical amplification without optoelectronic conversion is a key technology in all-optical networks. semiconductor optical amplifier (SOA) is a very potential device in this field. Besides the linear amplification, the nonlinear features of SOA make it has a broad application in wavelength conversion, tunable wavelength filter, optical switching and optical logic. The simple structure and very compact size of SOA indicate the essential low-cost and compatibility of integration. Resonant cavity is the basic structure of conventional SOAs, while gain-clamped SOAs (GC-SOAs) provide a constant gain which raises a lot of interests in applications. SOA with Distributed Bragg Reflectors (DBR) is one of the structures to realize the clamped gain. In this thesis the performances of traveling wave SOA (TW-SOA) and DBR-SOA are compared through a dynamic model. This model consists of a distributed feedback wave equation, a carrier rate equation and a material gain model, thereby can be used to simulate both of the two SOAs. To balance the time cost of simulation and the accuracy of the result, three important non-physical parameters, simulated bandwidth, cavity discritization and frequency discretizaiton, are investigated. The simulation results show that DBR-SOA has a very stable device gain which is independent on input optical power. From a noise level point of view DBR-SOA and TW-SOA have different characteristics. These comparison is conducted with both large signal input and small signal input. In addition, a desirable application, SOA in a multi-channel WDM system, is also simulated with GC-SOA and TW-SOA. The Bit Error Rate (BER) of TW-SOA increases greatly due to inter-channel cross talk, while the BER of GC-SOA is virtually constant with the variation of WDM channel number. Another application, wavelength converter, shows TW-SOA is very useful in non-linear application. Part II Impact of Dispersion on Hybrid of Frequency-Hopped Optical CDMA and WDMA Networks. A new analytical formula for analysis of the system performance of the Hybrid of Wavelength Division Multiple Access (WDMA) and Code Division Multiple Access (CDMA) is developed and presented. The effects of fiber dispersion and inter-channel crosstalk are considered and their impact on system performance is analyzed in terms of power penalty. Finally, methods to overcome the effects of the fiber dispersion are discussed. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

Η επιθυμία του ανθρώπου για ποιοτική και αδιάκοπη επικοινωνία, έχει ωθήσει την τεχνολογία να κάνει άλματα εξέλιξης. Η συνεχής ανάπτυξη των απαιτήσεων των χρηστών των τηλεπικοινωνιακών δικτύων, καθιστά αναγκαία την ανανέωση των τεχνολογιών και ιδιαίτερα την αύξηση του παρεχόμενου εύρους ζώνης, ώστε να συμβαδίζει με τις ανάγκες τους. Γι’αυτό το λόγο τα τελευταία χρόνια έχουν εμφανιστεί οι οπτικές ίνες, που με τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν, κερδίζουν ολοένα και περισσότερο τις αγορές και τους καταναλωτές. Στην παρούσα διπλωματική παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και οι τεχνολογίες που χρησιμοποιεί ένα δίκτυο βασισμένο σε οπτικές ίνες (παθητικό οπτικό δίκτυο – PON). Εξετάζεται τόσο η τεχνολογία TDMA, όσο και η WDMA στα PONs. Η μελέτη γίνεται πάνω στο πρότυπο ΕΡΟΝ (Ethernet-PON), που ορίστηκε ως το καταλληλότερο συγκριτικά με άλλα παρόμοιά του. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζεται η διάθεση εύρους ζώνης στο ανοδικό κανάλι (από τον χρήστη προς το τηλεπικοινωνιακό κέντρο) στα συστήματα ΕΡΟΝ και τι αποτελέσματα και συμπεράσματα μπορούν να ληφθούν. Αρχικά, αναφέρεται μια προηγούμενη μελέτη ενός ΕΡΟΝ η οποία κάνει χρήση του αλγορίθμου IPACT, της περιορισμένης υπηρεσίας (limited service) του αλγορίθμου και υποστηρίζει μονοδιάστατη ανοδική κίνηση δεδομένων. Το δίκτυο ΕΡΟΝ μοντελοποιείται και προσφέρει αποτελέσματα ύστερα από μαθηματική ανάλυση με χρήση της γλώσσας προγραμματισμού C, καθώς και αποτελέσματα με τη χρήση της γλώσσας προσομοίωσης SIMSCRIPT II.5. Στη συνέχεια, περιγράφεται και μοντελοποιείται ένα δίκτυο ΕΡΟΝ που κάνει χρήση της σταθερής υπηρεσίας (fixed service) του αλγορίθμου IPACT και υποστηρίζει πολλαπλές κατηγορίες υπηρεσιών ανοδικής κίνησης δεδομένων με διαφορετικές προτεραιότητες. Και σε αυτή την περίπτωση, το δίκτυο ΕΡΟΝ προσφέρει αποτελέσματα τόσο από ένα αναλυτικό μοντέλο, όσο και από ένα μοντέλο προσομοίωσης. Τέλος, περιγράφεται και μοντελοποιείται ένα δίκτυο όμοιο με το προηγούμενο δίκτυο ΕΡΟΝ, με τη διαφορά να έγκειται στη χρήση της τεχνολογίας WDM στο ΕΡΟΝ. Η μελέτη σε αυτό το τμήμα της εργασίας γίνεται με χρήση επίσης της σταθερής υπηρεσίας (fixed service) του αλγορίθμου IPACT και υποστηρίζει πολλαπλές κατηγορίες υπηρεσιών ανοδικής κίνησης δεδομένων με διαφορετικές προτεραιότητες. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται μια σημαντική αύξηση του διαθέσιμου εύρους ζώνης του ανοδικού καναλιού που προσφέρεται στους χρήστες. Για άλλη μια φορά παρουσιάζονται αποτελέσματα ύστερα από ανάλυση και προσομοίωση του μοντέλου, με χρήση, όπως και προηγουμένως, της γλώσσας προγραμματισμού C και της γλώσσας προσομοίωσης SIMSCRIPT II.5. Τα συμπεράσματα που εξάγονται, ύστερα από τις παραπάνω μελέτες, είναι άξια προσοχής. / In the past few years technology, in the communication field, has made great progress due to the fact that people desire more and more good quality of service. The continuous demand for development of the subscribers using the telecommunication services, necessitates the technological renewal and especially the increase of the available bandwidth. For this reason, optical fibers have appeared in the networking field and they are becoming more known by the users and in the market every day. In this dissertation the advantages and the technologies a network, based on optical fiber uses, are presented. An optical fiber network it is also called Passive Optical Network (PON). The TDMA (Time Division Multiplexing Access) and WDMA (Wavelength Division Multiplexing Access) technologies are examined. The study is based on an EPON (Ethernet-PON) standard, which was chosen as the most suitable among others. More specifically, the available upstream (from the users to the Central Office) bandwidth in an EPON model and the results that can be deduced are examined. In the beginning, a previous study of an EPON which uses the IPACT (Interleaved Polling with Cycle Time) algorithm is reported. The EPON network uses the limited service of the IPACT algorithm and supports a single rate. A specific model of an EPON network is studied and results using the C programming language and the simulation language SIMSCRIPT II.5 are given. Moreover, an EPON network which uses the fixed service of the IPACT algorithm which supports a multi-rate upstream with different priorities is described and modeled. In this case as well, the EPON model network gives results based on analysis and simulation. In the end, a same EPON network, as the one described before, is studied and modeled having as a difference that a WDM technology is used. The fixed service of the IPACT algorithm is used and a multi-rate upstream with different priorities are supported again. With this different technology, an important increase in the available upstream bandwidth which is provided to the users is accomplished. Once again, the results are presented after an analysis and a simulation of the model, using the programming language C and the simulation language SIMISCRIPT II.5. The extracted results which the models can offer are worthy of attention.