Amplificadores Ópticos - Aspectos gerais -

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1 Amplificadores Ópticos - Aspectos gerais - Os amplificadores ópticos (AO) operam somente no domínio óptico sem quaisquer conversões para o domínio eléctrico; Os AO são transparentes ao ritmo de transmissão e ao formato da modulação; Os AO são particularmente úteis em situações em que a distância entre repetidores é limitada pela atenuação (caso geral) in-line amplifier; Outras aplicações dos AO: pré-amplificadores, pós-amplificadores (power amplifier) e amplificadores de compensação numa LAN (LAN booster amplifier); Tipos de AO: Amplificadores de fibra dopada (DFA doped-fiber amplifier): Amplificadores de fibra dopada a Érbio (EDFA erbium doped fiber amplifier); Amplificadores de semicondutor (SOA semiconductor optical amplifier): Travelling-wave amplifier (TWA).

2 Amplificadores Ópticos - Funcionamento e tipos de AO - Os AO aumentam o nível de potência óptica através de um processo de emissão estimulada; O mecanismo para a criação da inversão de população é o mesmo que é usado nos díodos laser. Conectores Sinal óptico de entrada eio activo Sinal óptico amplificado Exemplo: TWA - Travelling-wave amplifier EDFA: O meio activo é uma fibra óptica (SiO ) com m de comprimento ligeiramente dopada com érbio (Er) AO concentrados; tiliza a emissão laser (fotões) para obter a inversão de população necessária à emissão estimulada, i.e. a fonte bombeadora é um laser; Têm fracas perdas de acoplamento; Trabalha somente na 3ª janela; Ganho praticamente constante em função da frequência. Fonte bombeadora SOA: O meio activo é o material semicondutor (e.g. Fósforo, Gálio, Indío); tiliza uma corrente de polarização externa como fonte bombeadora (pump source); Fácil integração no mesmo substracto que outros dispositivos ópticos; Consomem menos potência que as EDFA s; Trabalham em ambas as janelas (ª e 3ª); Ganho menos constante quando comparado com o ganho obtido com as EDFA s (origina crosstalk quando se está a amplificar vários sinais)

3 Projecto de uma ligação óptica - Tipos de arquitecturas - Ligações ponto-a-ponto (point-to-point links) : Inferiores a 1 km - short haul; ilhares de km - long haul : so de regeneradores (torna a ligação uma cadeia de transmissão); A atenuação pode ser compensada através do uso de amplificadores ópticos: vantajoso para sistemas WD (wavelenght division multiplexing); introdução do ruído de emissão espontânea do amplificador óptico; Redes de difusão (broadcast) e distribuição: Difusão de múltiplos canais de televisão e distribuição de serviços telefónicos no lacete do assinante através da TV cabo (CATV community antenna TV ou, mais recentemente, cable TV). LAN s: A maior motivação no uso da fibra é a elevada largura de banda disponível, o que permite a transmissão de elevados ritmos binários; Configurações: Bus: Ethernet a 10 bit/s, 100 bit/s, 1 Gbps, 10 Gbit/s; Anel duplo: FDDI (fiber distributed data interface) a 100 bit/s interligação de diferentes LAN s;

4 Projecto de uma ligação óptica ponto a ponto (sem amplificação óptica) Requisitos de uma ligação ponto-a-ponto: Distância desejável para a ligação; Ritmo binário; Taxa de erros binária (BER típica: 10-1 ). Fonte óptica Fibra óptica Receptor óptico Para satisfazer estes requisitos o projectista tem de escolher entre os seguintes componentes e suas características: Fibra monomodo ou multimodo: Dimensão do núcleo, atenuação, dispersão, abertura numérica, perfil do núcleo; LED ou díodo laser: Comprimento de onda, largura espectral da fonte, potência óptica emitida, número de modos emitidos; Fotodíodo PIN ou APD: Respostividade, comprimento de onda, largura de banda, sensibilidade.

5 Projecto de uma ligação óptica ponto a ponto (cont.) L [km] Fonte óptica Receptor óptico P S Troço de fibra P r Junta (A j ) Conector (Ac ) Potência do sistema (power budget): PE = Pr + αl + naj + Ac + sistema O objectivo deste parâmetro é assegurar que uma determinada potência mínima chega ao receptor (limitação provocada pela atenuação). sistema é a margem do sistema Velocidade do sistema (rise-time budget): V in 1 0 t Sistema linear V out 0 T r T = T + T + T r tr t fibra rec O objectivo deste parâmetro é assegurar que o sistema opera sem problemas no ritmo binário pretendido (limitação provocada pela dispersão). T r é o tempo que leva o sinal de saída a passar dos 10% aos 90% do seu valor final quando a entrada varia abruptamente.

6 WD wavelength division multiplexing Permite: Aumentar a capacidade; Transparência ao formato de transmissão; Encaminhamento de comprimentos de onda (o comprimento de onda é usado como mais uma dimensão a considerar na comutação); Comutação de comprimentos de onda (reconfiguração da rede ao nível óptico). Tx Tx Tx λ 1 λ λ N Ligação WD ponto-a-ponto DE λ 1 λ λ N Rx Rx Rx Grelha de frequências (comprimento de onda) do IT-T: ª janela ( nm): 14 THz; 3ª janela ( nm): 15 THz; Rec. G.69 do IT-T: espaçamento de 100 GHz (0.8 nm) entre canais na banda nm (40 canais).

7 WD wavelength division multiplexing (cont.) Dispositivos ópticos para a tecnologia WD: Filtros ópticos sintonizáveis (e.g. filtro de Fabry-Perot); ultiplexores e desmultiplexores de comprimento de onda (e.g. dispositivos baseados na difracção ou na interferência); OAD (optical add-drop multiplexer); Encaminhadores de comprimento de onda; OC (optical cross-connects); Conversores de comprimento de onda; Emissores e receptores WD. Redes ópticas Funções no domínio óptico LAN Protecção; Encaminhamento; Reconfiguração. Para camadas de transporte superiores OC AD OC DC OC AD PAB 1 PC P PON D D D BISDN 1,1 1, 1,Q LE l 1 l l Q Radio OC DC OC DC Para outros nós Interface de Banda Larga OC - Comutadores de cruzamento ópticos DC - Comutadores de cruzamento eléctricos AD - ultiplexor de inserção/extracção LE - Central de comutação local BISDN - RDIS de Banda Larga PON - Rede óptica passiva 1 P Comutador óptico espacial