FIGURA DE RUÍDO

Existem muitas fontes primárias de ruído em um amplificador Raman. Uma delas é o duplo espalhamento Rayleigh (DRS – Double Rayleigh Scattering), que corresponde a dois eventos de espalhamento (um contra-propagante o outro co- propagante) devido à heterogeneidade microscópica da composição de vidro da fibra óptica. O DRS é proporcional ao comprimento da fibra e ao ganho, sendo um fenômeno de extrema importância quando se trata de amplificadores Raman de longos comprimentos de fibra.

Outra fonte de ruído é a amplificação da emissão espontânea (ASE – Amplified Spontaneous Emission). Para pequenos níveis de potência de sinal, o batimento sinal- espontâneo é a fonte dominante de ruído adicionado pelo amplificador.

Se tratando de amplificadores Raman de múltiplos bombeios, a fonte mais comum de ruído é originada pela estimulação óptica de fônons. Este efeito ocorre quando comprimentos de onda de sinal estão localizados espectralmente próximos a região dos comprimentos de onda dos bombeios. Em temperaturas elevadas, há um aumento da população de fônons induzidos na fibra criando assim um ruído adicional para os sinais próximos aos comprimentos de onda dos bombeios.

Para exemplificar esta análise, Fludger [25] calculou e mediu a emissão espontânea originada pela distribuição térmica de fônons no estado fundamental. O fator de emissão espontânea ܧ_௜ é a distribuição Bose-Einstein e leva em conta a população térmica de fônons no estado fundamental:

ܧሺοɋሻ ൌ ͳ ൅ ͳ

‡š’ ቀ݄οߥ_{݇ܶ ቁ െ ͳ} (15)

onde h, k, T e οɋ_௜ são a constante de Planck, a constante de Boltzmann, a temperatura em Kelvin e a diferença de freqüência entre o bombeio e o sinal, respectivamente.

A equação acima mostra que a figura de ruído é dependente do fator de emissão espontânea. Como exemplos são mostrados os perfis de ganho e ruído de um amplificador Raman discreto de cinco bombeio nas bandas S+C+L nas figuras 21 e 22:

48 Figura 21 - Perfil de ganho espectral de um amplificador Raman discreto de

cinco bombeios na banda S+C+L [25].

Observe que na figura 21, o ganho relativo de cada bombeio foi escolhido para fornecer um espectro largo e plano com o comprimento de onda mais longo de bombeio em 1495 nm para o sinal de comprimento de onda mais curto perto de 1500 nm. Há uma contribuição significativa de ganho do bombeio em 1495 nm para os comprimentos de onda mais curtos de sinal.

Figura 22 - Desempenho do ruído do amplificador Raman discreto na banda S+C+L em temperaturas diferentes [25].

Na figura 22 é mostrado o perfil de figura ruído para várias temperaturas do mesmo amplificador Raman. Por causa da soma substancial de ganho aos comprimentos

49 de onda mais curtos sendo dada pelo bombeio em 1495 nm, há um aumento na emissão espontânea quando os sinais se aproximam do bombeio.

Na simulação foi obtido também o perfil de figura de ruído do amplificador Raman discreto para a melhor configuração de bombeio na banda “O” à temperatura ambiente (ൎ ͵ͲͲܭሻ. Este perfil é mostrado na figura 23.

Figura 23 – Figura de ruído do amplificador Raman na banda O com oito bombeios.

Para temperaturas ambientes, o valor da figura de ruído do amplificador Raman discreto na banda “O” pode ser comparada com o perfil das bandas S+C+L na figura 22. Embora o nível de figura de ruído do amplificador Raman nas bandas S+C+L seja menor do que na banda O, a transferência de emissão espontânea dos bombeios de comprimentos de onda mais longos para sinais de comprimentos de ondas mais curtos é verificada nas duas bandas.

De acordo com a Eq. 15, os sinais mais próximos espectralmente aos bombeios recebem uma quantidade maior de emissão espontânea comparada aos outros sinais mais distantes para uma dada temperatura.

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6. Conclusão

Utilizando algoritmo genético de um simulador comercial, a otimização de um amplificador Raman discreto na banda O foi realizada. Para uma largura de banda fixa em 70 nm (de 1275 até 1345 nm) e ganho de 10 dB, o número de bombeio foi variado e a variação de ganho foi gerada para cada configuração. A menor variação de ganho de 0.35 dB foi obtida com oito bombeios contra-propagantes nesta banda compreendendo 62 pontos de freqüências de sinal sendo que este foi o único resultado abaixo de 0.5 dB dentre as demais configurações.

Apesar dos bons resultados gerados nesta banda, há dois pontos a serem observados. O primeiro ponto é a pequena quantidade de potência do sétimo bombeio na configuração de oito bombeios. Isto foi decorrente da precisão dada no início da simulação para calcular as potências de entrada do amplificador. Em um projeto de amplificador Raman de múltiplos bombeios não seria necessário a utilização deste bombeio, pois sua contribuição não causaria grande impacto na diminuição da variação de ganho nesta configuração.

O segundo ponto seria a grande quantidade de bombeios utilizada na otimização do amplificador. Em qualquer banda de transmissão, o projeto de um amplificador Raman em sistemas de comunicações ópticas se torna viável quando o número de bombeios é suficiente para fornecer ganho plano (variação pequena de ganho) para toda banda correspondente. Entretanto, o melhor resultado da simulação foi gerado com oito bombeios. Isto quer dizer que ao tratar do projeto de um amplificador Raman, o custo de implementação de seis ou mais lasers de bombeios para fornecer valores pequenos de variação de ganho aos sistemas WDM seria muito alto, sendo este o principal ponto negativo da otimização.

Outra simulação foi a obtenção do nível de figura de ruído para o amplificador Raman nesta faixa. Analisando apenas a distribuição de ganho ao sistema entre as bandas, a banda O mostrou níveis maiores de figura de ruído do que as demais bandas. Porém o perfil entre as bandas se mostrou similar devido principalmente a alta transferência de emissão espontânea de bombeios de comprimentos de onda mais longos para sinais de comprimentos de onda mais curtos.

Na simulação deste trabalho, o principal parâmetro de variação foi o número de bombeios especificamente. Dada uma banda de transmissão específica, o grande desafio em projetar amplificadores Raman em redes de telecomunicações é utilizar um método

51 de otimização que encontre, não apenas os comprimentos de onda e as potências, mas também a quantidade de bombeios necessária para que forneça ganho plano naquela banda.

Para trabalhos futuros, a idéia é construir um algoritmo genético próprio visando a localização das potências, dos comprimentos de onda e do número ideal de bombeios para qualquer banda de transmissão.

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