Departamento de Tecnología Electrónica PhD Thesis ADVANCED DEVICES BASED ON FIBERS, INTEGRATED OPTICS AND LIQUID CRYSTALS FOR WDM NETWORKS Autor: Pedro Contreras Lallana Tutor: Carmen Vázquez García Leganés, Abril de 2011 Tesis Doctoral TÍTULO : ADVANCED DEVICES BASED ON FIBERS , INTEGRATED OPTICS AND LIQUID CRYSTALS FOR WDM NETWORKS AUTOR : D. PEDRO CONTRERAS LALLANA TUTORA : DRA . CARMEN VÁZQUEZ GARCÍA DEPARTAMENTO : TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA TRIBUNAL : FIRMA PRESIDENTA : Dra. María Josefa Yzuel Giménez VOCAL : Dr. Kevin Heggarty VOCAL : Dr. Pedro Corredera Guillén VOCAL : Dr. Salvador Elías Vargas Palma SECRETARIO : Dr. José Manuel Sánchez Pena CALIFICACIÓN Leganés, de de 2011 AGRADECIMIENTOS A pesar de ser el primer párrafo que aparece en este documento, como suele ser habitual, la sección de agradecimientos es la última parte de la Tesis que se escribe. Llegado este momento, en mi vida han sucedido un sinfín de situaciones, normalmente poco relacionadas con la investigación realizada, que no se llegan a plasmar dentro del documento pero que, al fin y al cabo forman parte de él. Sírvase esta sección para expresar de alguna forma mi agradecimiento a todas las personas que directa o indirectamente me han ayudado a la realización de este trabajo. Lo más probable es que se me escape alguno, por ello, pido disculpas por adelantado antes de que me retiren el saludo. En primer lugar, quiero dar las gracias a mis padres, que han realizado un esfuerzo importante, muchas veces poco reconocido, para que haya podido completar mi formación. También a mi hermano que me ha ayudado en los momentos más difíciles. A Virginia, porque ha estado a mi lado, tanto en los buenos momentos como en los malos. Me ha servido de apoyo cuando más lo he necesitado, dando otro punto de vista a las dificultades. A Ricardo, Alberto C., y Javier por compartir esos buenos ratos en la comida. A la gente del B.16 y demás despachos… que grandes momentos hemos pasado: a Juan Carlos por compartir su positivismo, al Sánchez por dar su toque de realismo, a Pablo por hacernos reflexionar, al Barrios por alegrarnos la vida con sus historias, a Carlos por compartir sus inquietudes, a Dani resolvedor de problemas, a Julio puesto que ha sido uno de los orígenes de mi trabajo, al cubano eternamente joven. Al grupo de colombianos y asimilados, Pedro D., Jesús P., Guillermo, Julio, Robinsón, Jesús R. y Jorge que nos aportan una visión diferente a nuestras costumbres. A las nuevas incorporaciones, Alberto T., Fran y en especial Dimitrios que han aportado frescura a los cafés matutinos A Carmen, la directora de este trabajo, porque me ha sabido guiar, no sin mucho esfuerzo, en la realización de este trabajo. También quiero mostrar mi agradecimiento a Pepe por habernos brindado la oportunidad de trabajar en este Grupo. A Marimar y Oscar, porque son capaces de arreglar todos los papeles… para ayer, que siempre que nos acercamos a secretaría vamos con prisa. También quiero hacer extensible mi agradecimiento al resto del personal del Departamento de Tecnología Electrónica, puesto que han servido como ejemplo y ayuda a todos los que nos hemos ido incorporando. PEDRO CONTRERAS LALLANA A los técnicos del laboratorio, Jesús P. Agustín, Cesar, Jesús A. porque tienen todo preparado cuando hay clase. No me quiero olvidar de los becarios y contratados que están trabajando en el laboratorio del Grupo: Yolanda, Iván, Marta, Roberto, Agustín, Mercedes… y tantos que han pasado porque han conseguido mantener También quiero recordar en estos momentos a todos aquellos que han pasado por la Charly, y que han buscado fortuna fuera de la universidad: Rodrigo, Angelito, Piña, María, Miguel Ángel, Manuel, Roca, César, Aurora… A David Larrabeiti y Ricardo Romeral por la participación en Bone. A Yolanda (madre), Paqui, Mari Carmen, Carmen, Ester y al resto de personal de la cafetería del Sabatini, porque gracias a sus cafés nos han mantenido despiertos. A la gente de 300 y del equipo de liga interna, tanto los actuales como los pioneros en los partidos de los miércoles, puesto que gracias a ellos hemos conseguido mantener algo la forma… esférica. I would also thanks to the Brest Telecom staff, Kevin, Bruno F., Bruno V., for making possible my research stay in Brest. I would appreciate Anne Catherine for helping me during my stay in France. I would also thank to the PhD student that work in the Optics Department. I would also thanks to the La Sapienza personnel, Antonio, Domenico, Gianni, Rita, Romeo for their support during my research stay in Rome Al personal del Grupo de Cristales Líquidos de la Universidad Politécnica de Madrid, José Manuel Otón, Xabi, Morten, Eva, Annia, Nourdine, Bea, David P… por su apoyo, y los buenos ratos pasados en los congresos. A Joseba, Manuel López Amo, Pedro Corredera y tantos otros con los que hemos compartido buenos momentos. También me gustaría dedicar unas líneas a mis amigos de la universidad, que a pesar de que cada vez nos vemos menos, todavía mantenemos el contacto y nos vemos muy de vez en cuando. No me puedo olvidar en estos momentos de los amigos de Almenar de Soria, Pedro, David, Toño, Valen, Judith, Sandra… con los que he compartido muy gratos momentos. Así como tampoco quiero perder la oportunidad de agradecer a la Virgen de Lallana que algún favor habrá hecho, más que nada por eso de llevarla en el apellido. Por último y no menos importante, quiero agradecer a mis compañeros de los diversos equipos de fútbol, II Milienio y Jackie Dani con los que me he podido desestresar en los momentos más complicados. ii Contents Contents .............................................................................................................................. i List of Figures.................................................................................................................. vii List of Tables .................................................................................................................... xi Glossary .......................................................................................................................... xiii Chapter I ............................................................................................................................ 1 INTRODUCTION ................................................................................................................................ 1 I.1.- Motivation and Objectives .................................................................................................... 3 I.2.- Contents of the Work ............................................................................................................. 4 I.3.- Acknowledgements ................................................................................................................ 6 Chapter II .......................................................................................................................... 7 SWITCHING TECHNOLOGIES IN OPTICAL NETWORKS ................................................................... 7 II.1.- Introduction ......................................................................................................................... 9 II.2.- Evolution of Optical Networks ............................................................................................. 9 II.3.- Types of Optical Networks ................................................................................................. 12 II.3.a.- Backbone Networks ................................................................................................................... 12 II.3.b.- Metropolitan Area Networks...................................................................................................... 13 II.3.c.- Access Networks ........................................................................................................................ 13 i Pedro Contreras Lallana II.4.- Applications of Polymer Optical Fibres ............................................................................. 14 II.4.a.- Polymer Optical Fibres in Automobile Networks ....................................................................... 16 II.4.b.- Polymer Optical Fibre in Home and Office Networks ................................................................ 18 II.4.c.- Polymer Optical Fibre Sensors Networks ................................................................................... 19 II.5.- Parameters of Optical Switches.......................................................................................... 21 II.5.a.- Switch Performance Parameters ................................................................................................. 22 II.5.b.- Network Requirements ............................................................................................................... 23 II.5.c.- System Requirements ................................................................................................................. 24 II.6.- Type of Switches ................................................................................................................. 24 II.6.a.- Applications of Optical Switches ................................................................................................ 24 II.6.b.- Optical Switching Technologies ................................................................................................. 26 II.7.- Comparison between Optical Switches .............................................................................. 34 Chapter III ......................................................................................................................