Στις 11 Οκτωβρίου 2022, ο Χρήστος Τσώκος, μέλος του Εργαστηρίου Φωτονικών Επικοινωνιών (ΕΦΕ), παρουσίασε με επιτυχία τη Διδακτορική διατριβή του με τίτλο “Οπτικά Δίκτυα Σχηματοποίησης Μικροκυματικών Δεσμών για Εφαρμογές σε Συστήματα Κινητών Δικτύων”.
Στην παρούσα διατριβή, ο κ. Τσώκος εμβάθυνε στο πεδίο της Μικροκυματικής Φωτονικής (Microwave Photonics) και συγκεκριμένα, στα οπτικά δίκτυα σχηματοποίησης μικροκυματικών δεσμών για εφαρμογές στα σύγχρονα συστήματα κινητών επικοινωνιών. Ακολουθώντας μια ολιστική και εξαιρετικά εμπεριστατωμένη μέθοδο, ο κ. Τσώκος ανάλυσε εις βάθος το θεωρητικό υπό βάθρο των υπό μελέτη συστημάτων, το οποίο εκτείνεται από τη θεωρία Ηλεκτρομαγνητισμού και θεωρία κεραιών που διέπουν το επιστημονικό πεδίο της μικροκυματικής έως και τη θεωρία που διέπει τη λειτουργία των οπτικών και οπτό-ηλεκτρικών στοιχείων. Ο κ. Τσώκος χρησιμοποίησε την γνώση που απέκτησε μέσα από την εκτενή βιβλιογραφική έρευνα για τη δημιουργία προηγμένων συστημάτων προσομοίωσης τα οποία αποτελέσαν τη βάση για τη μελέτη διαφορετικών οπτικών δικτύων σχηματοποίησης δεσμών. Επιπρόσθετα, για την υποστήριξη των πειραματικών μελετών, ο κ. Τσώκος ανέπτυξε μια ολοκληρωμένη βιβλιοθήκη ψηφιακής επεξεργασίας σήματος για την ορθή αποδιαμόρφωση των μικροκυματικών σημάτων.
Έχοντας εντοπίσει την ανάγκη των συστημάτων κινητών δικτύων για την επεξεργασία πολλαπλών μικροκυματικών δεσμών, ο κ. Τσώκος πρότεινε μια καινοτόμα αρχιτεκτονική οπτικών δικτύων σχηματοποίησης δεσμών βασισμένη σε οπτικά στοιχεία που εισάγουν πραγματική καθυστέρηση. Ο κ. Τσώκος επιβεβαίωσε την παραπάνω αρχιτεκτονική μέσω εκτενών προσομοιώσεων και έπειτα ανέπτυξε ένα 2×4 οπτικού δικτύου σχηματοποίησης δεσμών χρησιμοποιώντας μια συστοιχία ρυθμιζόμενων οπτικών γραμμών καθυστέρησης και μια συστοιχίας ρυθμιζόμενων οπτικών εξασθενητών. Χάρη στο 2×4 οπτικό δίκτυο, ο κ. Τσώκος επιβεβαίωσε την εγγενή ικανότητα της αρχιτεκτονικής να υποστηρίξει επιτυχώς τους τρεις διαφορετικούς τύπους λειτουργίας – τη σχηματοποίηση μιας μονής δέσμης (single-beam beamforming), τη σχηματοποίηση πολλαπλών δεσμών (multi-beam beamforming), και τη λειτουργία πολλαπλής εκπομπής (multicast).
Αξιοποιώντας τις επιτυχημένες ερευνητικές συνεργασίες του ΕΦΕ, ο κ. Τσώκος χαρακτήρισε την απόδοση του πρώτου πλήρως φωτονικά ολοκληρωμένου 1×4 οπτικού δικτύου σχηματοποίησης δέσμης παγκοσμίως. Το πρωτότυπο σχεδιάστηκε από την Ολλανδική εταιρία LioniX International και βασίζεται στις InP και Si3N4 (TriPleX) φωτονικές πλατφόρμες ολοκλήρωσης. Η πειραματική αξιολόγηση του συστήματος πραγματοποιήθηκε σε δυο στάδια. Στο πρώτο στάδιο, μετρήθηκε το κέρδος ζεύξης, η εικόνα θορύβου καθώς και η επίδραση των μη-γραμμικοτήτων μέσω των SFDR2,3 στις συχνότητες 5 GHz και 10 GHz. Στο δεύτερο στάδιο, θεωρώντας το οπτικό δίκτυο μέρος μιας καθοδικής ζεύξης ενός ασύρματου τηλεπικοινωνιακού συστήματος και χρησιμοποιώντας σήματα QAM με ρυθμό συμβόλων ίσο με 500 Mbaud στα 5 και 10 GHz ως σήματα εισόδου, αξιολογήθηκε η απόδοση του ως προς το ρυθμό εσφαλμένων ψηφίων και το διανυσματικό μέγεθος σφάλματος για γωνίες στόχευσης από 45° έως 135°. Σε όλες τις περιπτώσεις, δεν ανιχνεύτηκαν λάθη στα ληφθέντα σήματα.
Τέλος, ο κ. Τσώκος παρουσίασε μια εκτενής ανάλυση για το σχεδιασμό και τη λειτουργία ενός οπτικού δικτύου σχηματοποίησης μικροκυματικών δεσμών βασισμένο στην αρχιτεκτονική Blass-matrix. Η σχεδίασή του βασίζεται στην χρήση μιας οπτικής μήτρας (Blass-matrix), η οποία αποτελείται από οπτικούς ολισθητές φάσης και οπτικά συμβολόμετρα τύπου Mach-Zehnder (MZIs) και επιτρέπει την παραγωγή Μ-μικροκυματικών δεσμών από Ν στοιχεία μιας στοιχειοκεραίας. Για τον έλεγχο της λειτουργίας της αρχιτεκτονικής, ο κ. Τσώκος ανέπτυξε έναν αλγόριθμο ο οποίος καθορίζει την λειτουργία τόσο οπτικών ολισθητών φάσεων αλλά και των συμβολόμετρων MZIs της μήτρας, έτσι ώστε να επιτευχθεί η σχηματοποίηση πολλαπλών και ανεξάρτητων δεσμών.
