Comunicações Óticas. Janelas de transmissão e Amplificadores a fibra ótica 5 Período Prof. Felipe Henriques

Transcrição

1 Comunicações Óticas Janelas de transmissão e Amplificadores a fibra ótica 5 Período Prof. Felipe Henriques

2 Janelas de transmissão Primeira janela: 850 nm multimodo; Segunda janela: 1300 nm multimodo; Terceira janela: 1550 nm monomodo; Quarta janela: 1600 nm monomodo.

3 Janelas de transmissão ª janela 4ª janela 2ª janela 0.1 1ª janela Atenuação [db/km] Comprimento de onda [nm]

4 Amplificadores óticos Introdução; Fundamentos; Sistemas pioneiros; Amplificação em fibras dopadas; Estrutura básica; Aplicações.

5 Introdução Objetivos da amplificação: Recuperação da amplitude e da forma dos sinais transmitidos.

6 Fundamentos da amplificação ótica Há uma fonte de energia (bombeamento): Garante a transição dos elétrons do material para estados excitados (instáveis); Os elétrons tendem a retornarem ao estado de repouso; Liberam energia (fótons), gerando a amplificação do sinal.

7 Amplificação eletrônica x ótica

8 Sistemas pioneiros A energia de bombeamento deve se propagar no material junto com o feixe ótico que se deseja amplificar. Assim, é possível obter a transferência da energia para o feixe que leva a informação em um processo de amplificação de onda progressiva.

9 Sistemas pioneiros Amplificador de Raman; Amplificador de Brillouin.

10 Amplificador de Raman Explora o espalhamento Raman ; Ocorre quando radiações luminosas interagem com as vibrações dos átomos da fibra ótica; Os átomos absorvem as radiações e as re-emitem na forma de fótons. É chamado espalhamento estimulado: A energia da vibração dos átomos estimula o acréscimo dos níveis de energia dos fótons. Assim temos a amplificação por efeito Raman.

11 Amplificador de Raman O feixe de bombeamento e o de informação são introduzidos na mesma fibra; O feixe de bombeamento e o sinal a ser amplificado podem estar no mesmo sentido ou em sentidos opostos; Precisa de potência elevada; Ganho modesto: 8,5 db, para fibra de 10 Km e 200 mw de potência de bombeamento.

12 Amplificador de Brillouin Explora o espalhamento de Brillouin ; O fóton interage com as moléculas do meio, produzindo uma onda mecânica; A onda perde energia, que é irradiada no sentido contrário de propagação; O feixe a ser amplificado e o de bombeamento devem ter sentidos opostos, para que a energia irradiada amplifique o feixe de informação. Possui eficiência maior do que o Raman: Ganhos entre 20 e 30 db, com 10 mw de bombeamento.

13 Amplificação com fibras dopadas Amplificação da luz em um meio totalmente ótico; Usa-se fibra monomodo com o núcleo dopado por elementos químicos especiais: A dopagem ocorre no processo de fabricação; Capazes de absorver e emitir fótons em determinados comprimentos de onda. Elementos usados: terras raras: Érbio (Er3+): emite luz próximo à 1550 nm;

14 Amplificação com fibras dopadas Amplificador a Fibra Dopada com Érbio (EDFA); A luz é amplificada por um meio totalmente ótico; Sem a necessidade de conversão ótico-elétrica. Outros elementos: Neodímio e praseodímio: Emitem comprimentos em torno de 1300 nm.

15 Amplificação com fibras dopadas Vantagens: Pequena interferência entre canais adjacentes; Permite o aumento da potência ótica do sinal mesmo quando modulado com altas taxas ou quando se emprega modulação analógica; Permite a utilização da multiplexação em comprimento de onda (WDM); Alocação teórica de até bilhões de canais de voz e milhões de canais de vídeo; Pode ser bombeado remotamente.

16 Amplificação com fibras dopadas Desvantagens: Fornece potência limitada na saída; A amplificação insere ruído na comunicação.

17 Estrutura básica do amplificador

18 Estrutura básica do amplificador O feixe de luz do laser externo fornece energia aos átomos de érbio; Acoplador WDM realiza a multiplexação; Esse amplificador pode apresentar reflexões externas, que afetam seu desempenho Isolador; Filtro ótico Garante um aumento da pureza espectral do sinal.

19 Estrutura básica do amplificador

20 Estrutura básica do amplificador Laser de bombeamento: Co-propagante: no mesmo sentido do feixe ótico; Amplificador para potência máxima ganho ótimo. Contra-propagante: sentido oposto; Funciona como pré-amplificador recupera um feixe ótico já atenuado. Bidirecional. Amplificador de linha pode ser empregado em vários estágios, até chegar ao nível de potência desejado. As vezes demanda a utilização de filtros e isoladores entre os estágios, para garantir bom desempenho.

21 Estrutura básica do amplificador

22 Amplificador comercial Pode fornecer uma potência de saída de até 30 dbm, com ganho de até 40 db.

23 Exemplos de aplicações Multiplexação: Possibilidade teórica de até 40 canais óticos multiplexados.

24 Exemplos de aplicações Distribuição de TV por assinatura: Via cabo ótico; A quantidade de assinantes depende da potência ótica entregue pelo laser (tx) e da sensibilidade do fotodetector (rx).