65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

ANÁLISE DA PLANICIDADE DO GANHO DE AMPLIFICADORES ÓTICOS COM BOMBEAMENTO RAMAN RESIDUAL

Fernando Almeida Diniz - Engenharia Elétrica – CEFET-MG Daniel Tartaglia de Souza - Engenharia Elétrica – CEFET-MG Leonardo Paganotto - Engenharia Elétrica – CEFET-MG Márcia da Mota Jardim Martini - Profa. Dra./Orientadora – DFM – CEFET-MG

INTRODUÇÃO:

O crescimento acelerado da demanda por tráfego de dados fez com que as comunicações por meio de sistemas óticos fossem cada vez mais exploradas. A tecnologia de transmissão de informação por fibra ótica é, atualmente, considerada a principal alternativa para aumentar a banda de transmissão, mantendo algumas características importantes como baixas atenuação e distorção do sinal, entre outros. Com isso, tem-se a necessidade de dispositivos construídos totalmente em fibras óticas, reduzindo custos na amplificação e regeneração da informação transmitida. O amplificador ótico se tornou a ferramenta que permitiu a amplificação simultânea de um número grande de canais, ao contrário dos regeneradores eletrônicos que operavam canal por canal. A explosão da capacidade de enlaces de fibra ótica reside na multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM). Este trabalho analisa amplificadores óticos híbridos, utilizando bombeamento Raman residual, que poderão ser utilizados na expansão da capacidade de sistemas de comunicações óticas.

OBJETIVO DO TRABALHO:

O objetivo deste trabalho é estudar o desempenho de amplificadores óticos híbridos Raman e amplificador de fibra dopada com Érbio, em onda contínua, utilizando bombeamento residual, para uso em comunicações óticas. Esse estudo poderá contribuir para o conhecimento das vantagens e desvantagens desses amplificadores, como também mensurar a aplicabilidade de pacotes comerciais em novas proposições.

MÉTODOS:

Inicialmente foram estudados os conceitos envolvidos na amplificação Raman e EDFA. A metodologia utilizada tenta ajustar o perfil do ganho do estágio Raman, de maneira que compense o ganho do segundo estágio de amplificação (EDFA – amplificador com fibra dopada com Érbio). A caracterização do amplificador híbrido Raman+EDFA proposto foi realizada através de simulações computacional. Para efeito de simplificação, não são abordados efeitos fase, modulação cruzada de fase e mistura de quatro ondas. Resultados foram obtidos considerando configurações de bombeamento simples, duplo e triplo como também múltiplos canais de entrada WDM (8, 16, 32, 64 e 128 canais) e três níveis de potência do sinal de entrada (20 dBm, 10 dBm e 0 dBm). A análise do desempenho do referido amplificador foi realizada em termos do ganho global e de cada estágio de amplificação. A caracterização do ganho em cada estágio foi feita para melhor entendimento das interações que ocorrem entre sinal-sinal, sinal-bombeamento e bombeamento-bombeamento.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Os resultados foram obtidos com base na configuração contrapropagante utilizando bombeamento simples e duplo. A variação do ganho global de cada canal de entrada encontrada na configuração bombeamento simples foi de aproximadamente 3,2 dB. Considerando o bombeamento duplo foram obtidas variações do ganho de aproximadamente 2,1 dB e para o bombeamento triplo de aproximadamente de 3,6 dB. Estes valores foram encontrados para uma faixa de 30 nm. Essa análise poderá contribuir para o entendimento das interações sinal-sinal, sinal-bombeamento e bombeamento-bombeamento que ocorrem devido aos efeitos não lineares. Analisando o desempenho tanto da configuração bombeamento simples, duplo quanto bombeamento triplo, em termos do ganho global, observou-se valores de aproximadamente 25 dB, 30 dB e 32,1 dB, respectivamente. Esses resultados demonstram a robustez do amplificador proposto, devido ao fato que o ganho do estágio Raman não sofre variações significativas com o aumento da potência do sinal de entrada. Também foi observado que segundo estágio de amplificação (EDFA) sofre variações significativas, fazendo com que este tenda à saturação. Isso se deve ao fato de que o segundo estágio recebe o sinal já amplificado. Isso ocorre, principalmente, com os sinais com comprimentos de onda menores que 1540 nm.

CONCLUSÕES:

O presente estudo permite concluir que simulações, com software comercial, podem ser utilizadas para validação de resultados experimentais apesar de possuírem condições não ideais para o funcionamento do sistema simulado. O estudo das interações entre sinais propagantes em direções opostas, devido ao efeito Raman, que são consideradas nas simulações, é o ponto de maior interesse nesse trabalho. Os resultados demonstram que os amplificadores híbridos com bombeamento residual, combinado com escolha adequada de potência e comprimento de onda do laser de bombeamento Raman, permitem projetar amplificadores óticos com banda larga e ganho alto. Foram realizadas simulações do amplificador híbrido, considerando as configurações de bombeamento contrapropagante, sendo que os valores de ganho global máximo obtidos foram de aproximadamente 32,1 dB. Para o cenário investigado, considerando sinais de entrada WDM, as soluções de custo eficaz parecem ser a utilização da configuração com apenas um laser de bombeamento, apesar do aumento do ganho global, quando o número de lasers de bombeamento Raman é aumentado.

Palavras-chave: Efeitos não-lineares, Amplificadores híbridos, Amplificação Raman.