Compensação da dispersão cromática

Desde a introdução dos amplificadores ópticos de fibra dopada com Érbio, a dispersão cromática tornou-se o principal factor limitativo do aumento da distância de propagação e dos ritmos de transmissão, em sistemas ponto a ponto. Várias técnicas têm sido sugeridas para reduzir a penalidade colocada pela dispersão cromática, através de, por exemplo, a utilização de moduladores de intensidade electro-ópticos a funcionarem com um chirp negativo e ajustável (técnica de pré-chirping) [44,45].

O esquema do sistema de transmissão simulado e posteriormente implementado experimentalmente encontra-se na figura 3.22, sendo constituído por um emissor baseado num modulador de intensidade, um receptor pré-amplificado e por 95 km de fibra óptica com dispersão padrão. A fibra tem uma dispersão cromática de 17 ps nm-1 km-1 para um comprimento de onda de 1550 nm.

Na simulação, foram utilizados um total de 16384 bits e a potência óptica total à saída do emissor foi mantida sempre inferior a 3 dBm, para eliminar as contribuições dos efeitos não lineares da fibra. Desta forma, obtém-se o desempenho do sistema somente em função da razão de extinção e do chirp do sinal. O receptor é constituído por um pré- amplificador óptico de fibra dopada com Érbio, um fotodíodo, um filtro eléctrico passa baixo com uma frequência de corte de 7 GHz, um amplificador eléctrico com controlo automático de ganho e por uma unidade de recuperação do sinal de relógio. A sensibilidade do receptor é de –27 dBm para uma taxa de erro do bit de 10-9. Durante a simulação, a potência óptica à entrada do receptor foi mantida constante num valor de –20 dBm. 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Razão de extinção (dB) Pa ra m e tr o α H 6.675 -- 7.000 6.350 -- 6.675 6.025 -- 6.350 5.700 -- 6.025 5.375 -- 5.700 5.050 -- 5.375 4.725 -- 5.050 4.400 -- 4.725 4.075 -- 4.400 3.750 -- 4.075 3.425 -- 3.750 3.100 -- 3.425 2.775 -- 3.100 2.450 -- 2.775 2.125 -- 2.450 1.800 -- 2.125 1.475 -- 1.800 1.150 -- 1.475 0.8250 -- 1.150 0.5000 -- 0.8250

Figura 3.23 – Factor Q medido no receptor em função da razão de extinção e do parâmetro αH no emissor.

Foi verificada a dependência do desempenho do sistema com o parâmetro αH e com

a razão de extinção. Para tal, avaliou-se a taxa de erro do bit (BER) para um nível e um instante de decisão óptimos. Considerando uma aproximação gaussiana, a relação sinal ruído do sinal eléctrico, ou factor Q, pode ser estimada a partir da taxa de erro do bit recorrendo à expressão (7.8) [46]. A figura 3.23 mostra o factor Q, obtido para o sistema após propagação em 95 km de fibra a um ritmo de transmissão de 10 Gbit/s e em função da razão de extinção e do parâmetro αH do sinal óptico à saída do emissor. Como esperado, o

valores negativos, devido ao alargamento temporal dos impulsos induzidos pela dispersão cromática da fibra e do chirp. A variação da razão de extinção também afecta significativamente o desempenho do sistema, principalmente na região negativa de chirp.

Para um valor da razão de extinção de 11.0 dB e um parâmetro αH igual a –0.538,

existe um máximo para o valor do factor Q. O desempenho do sistema de transmissão com baixos valores da razão de extinção e valores negativos do parâmetro αH é superior ao

desempenho com valores elevados da razão de extinção, independentemente do valor do parâmetro αH. Isto pode ser explicado porque para baixos valores da razão de extinção, o

chirp está distribuído temporalmente, devido aos maiores tempos de subida e descida,

quando comparados com a região com uma elevada razão de extinção. Impulsos ópticos com baixa razão de extinção sofrem menos os efeitos da dispersão, devido à distribuição espectral mais estreita, provocada pelos tempos de transição mais longos [47,48]. O parâmetro αH e a razão de extinção foram optimizados, para o sistema de 10 Gbit/s com

95 km, com os valores respectivamente de –0.538 e 11.0 dB. Esta optimização foi feita através do ajuste das tensões de modulação e de polarização aplicada aos dois eléctrodos do modulador.

a) b)

Figura 3.24 - Diagramas de olho simulados: a) Com compensação da dispersão e b) sem compensação da dispersão.

Nas figuras 3.24 a) e b) podem-se observar respectivamente os diagramas de olho do sinal no receptor com compensação de dispersão (αH = –0.538, εe = 11.0 dB) e para um

sistema sem compensação (αH = 0.0, εe = 18.0 dB). A penalidade de potência para uma

BER de 10-9 foi reduzida em 4.2 dB para o sistema com compensação de dispersão, quando comparado com o sistema sem compensação de dispersão. Verificou-se, assim, por simulação, que é possível melhorar o desempenho de um sistema de transmissão ponto a ponto limitado pela dispersão cromática da fibra, através de uma técnica de pré-chirping.

3.3.2.1. Verificação experimental

O sistema simulado foi implementado experimentalmente, de acordo com o esquema da figura 3.22. O sinal do laser DFB é introduzido no modulador, através de um controlador de polarização para garantir que o campo eléctrico do sinal óptico esteja polarizado exclusivamente no modo TE. O chirp e a razão de extinção foram sintonizados através do controlo dos sinais de modulação aplicados a ambos os braços do modulador e da tensão de polarização aplicada ao braço 1. Devido à inexistência no laboratório de geradores de sequência a operam a este ritmo de transmissão, foram utilizados 2 geradores de rádio-frequência a funcionarem em oposição de fase. A fibra de dispersão padrão utilizada tem uma dispersão e uma atenuação total respectivamente de 1615 ps nm-1 e 18.0 dB. Devido, também, à inexistência de detectores de erros para este ritmo de transmissão, a análise do desempenho do sistema foi feita qualitativamente através dos diagramas de olho.

a) b)

Figura 3.25 - Diagramas de olho medidos no receptor: a) com compensação da dispersão e b) sem compensação da dispersão.

O desempenho do sistema de transmissão foi analisado para os dois pontos de funcionamento descritos anteriormente. Nas figuras 3.25 a) e b) mostram-se os diagramas de olho dos sinais no receptor para esses pontos de funcionamento. Nestas figuras, pode-se verificar que os resultados experimentais descrevem o desempenho do sistema simulado e que é possível, através de técnicas de pre-chirping, compensar a dispersão cromática em sistemas ponto a ponto.

Uma das desvantagens dos moduladores electro-ópticos reside na sua sensibilidade à polarização do campo eléctrico da portadora óptica. Várias técnicas têm sido utilizadas na construção de moduladores MZ insensíveis à polarização, utilizando, por exemplo, uma

sido reportados, também, moduladores de intensidade semicondutores, usualmente, de MQW, baseados no efeito de electro-absorção que utilizam a alteração da energia de hiato em função de um campo eléctrico externo para modular o sinal óptico. Estes tipos de moduladores permitem ritmos de transmissão elevados [50-52] e têm a vantagem de poderem ser integrados na mesma pastilha semicondutora do laser.