Transientes de potência no RFA em função do comprimento da fibra

Para analisar os transientes de potência nos RFAs para fibras óticas com diferentes comprimentos, o mesmo sistema usado na seção 5.3.1 foi utilizado, mas agora as duas fibras usadas como meio de ganho Raman foram uma DCF e uma NZ-DSF. Todos os sistemas simulados usaram o esquema de bombeio contra-propagante. Três diferentes comprimentos de RFA foram simulados para cada tipo de fibra e a retirada e inserção de 8 canais foi analisada.

Os resultados para os amplificadores com fibra DCF são apresentados na Figura 5. 15. Para este caso, quando a fibra DCF tem um comprimento de 10 km, excursão de potência apresenta o

overshoot e o undershoot e sua máxima excursão de potência é aproximadamente 0,9 dB. Quando o

comprimento da fibra é aumentado para 30 km o overshoot e undershoot tornam-se mais suaves e a máxima excursão de potência atinge 1,2 dB. Este aumento da excursão aconteceu porque o aumento do comprimento da fibra mudou as características do RFA e este agora apresenta um nível de saturação que leva a um maior ganho quando os canais são retirados. Para o comprimento da fibra de 60 km a excursão máxima de potência caiu para menos de 0,5 dB e o overshoot e undershoot praticamente foram eliminados. É importante notar que os transientes tornam-se mais lentos com o aumento do comprimento de fibra e que esta velocidade não está relacionada a máxima amplitude da excursão.

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 E xc ur são de pot ênc ia [d B ] Tempo [ms] 10 km 30 km 60 km

Figura 5. 15 - Sinal “sobrevivente” em 1550,4 nm na saída do RFA-DCF com bombeio contra-propagante para diferentes comprimentos de fibra DCF usados.

Os resultados para o RFA com a fibra NZ-DSF são mostrados na Figura 5. 16. Como no caso do DCF-RFA o overshoot e undershoot estão presentes para nos RFAs de menor comprimento e vão desaparecendo a medida que a fibra torna-se mais longa. No caso da excursão de potência houve uma diminuição da máxima excursão com o aumento do comprimento da fibra e, como no caso da fibra DCF, a velocidade dos transientes diminuíram com o aumento do comprimento da fibra.

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 E xc ur são de pot ênc ia [d B ] Tempo [ms] 50 km 80 km 120 km

Figura 5. 16 - Sinal “sobrevivente” em 1550,4 nm na saída do RFA-NZDSF com bombeio contra-propagante para diferentes comprimentos de fibra NZDSF usados.

5.4 Controle de Transientes em Amplificadores Raman

Como visto no capítulo 4, um das grandes preocupações de se usar amplificadores a fibra dopada com terra raras em redes dinâmicas WDM, é que estas redes tornam-se vulneráveis aos transientes devido à modulação cruzada de ganho. Desde que os amplificadores óticos em geral, e RFAs em particular tornam-se saturados devido a potência total dos sinais, a inserção ou retirada de canais em uma rede WDM pode perturbar os canais em outros comprimentos de onda que usam o mesmo caminho ótico, causando os transientes de potência nos canais “sobreviventes” que podem resultar em falhas no sistema [ 7 ]. Portanto sistemas de controle têm que ser implementados para evitar ou minimizar este problema.

Alguns sistemas de controle implementados no laser de bombeio foram estudados para minimizar o impacto dos transientes de potência no sistema. Em particular foi analisado o uso de um controlador PD em uma configuração semelhante ao usado para os EDFAs, de forma a controlar a potência de bombeio do amplificador Raman e compensar a variação de potência dos sinais de entrada. Para projetar o controlador, foi usado o mesmo método de otimização usado anteriormente no controlador dos EDFAs. A principal diferença no processo de otimização foi a inclusão da possibilidade de se otimizar o controle para um conjunto maior de lasers de bombeio.

Como primeiro caso, foi utilizado 40 km de uma fibra DSF como meio de ganho Raman. Esta fibra apresenta características semelhantes à usada na última seção. Neste sistema, 8 canais são alocados na banda que vai de 1546 nm à 1553 nm com espaçamento entre canais de 1 nm e potência de entrada de –3dBm por canal. O laser de bombeio apresenta uma potência de entrada de 29 dBm e comprimento de onda em 1450 nm. Na simulação, a retirada de 7 dos 8 canais é feita em t = 0,5 ms e a evolução do transiente de potência é visualiza no canal “sobrevivente”.

Usando o método de otimização baseado nos algoritmos genéticos descrito no capítulo anterior e em [ 8 ], os coeficientes de ganho proporcional e derivativo do controlador foram encontrados após 10 gerações de uma população de 20 indivíduos. Neste caso, o controlador PD apresenta os seguintes coeficientes KP = 16,43 e KD = 11,4x10-4, quando os coeficientes possuem os limites

definidos por: 0<KP<20 e 0<KD<2x10-3. A Figura 5. 17 apresenta os resultados encontrados para a

simulação de duas situações: (1) o amplificador não apresenta controle de transientes e a excursão de potência do canal sobrevivente chega a alcançar mais de 1,8 dB. (2) O RFA apresenta o controle de transientes e com isso a excursão máxima de potência permitida é menor que 0,36 dB e tem uma duração menor que 200 us. A potência de bombeio controlada chega a variar mais do que 0,5 dB e logo se estabiliza quando o transiente termina.

0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 E xc ur são de pot ênc ia [d B ] Tempo [ms] ∆P_pump

∆P_sobrev. - com controle

∆P_sobrev.

Figura 5. 17- Excursão da potência de saída do canal sobrevivente em 1546 nm para o RFA com controle e sem controle de transientes e a excursão da potência de entrada de bombeio quando o sistema é controlado.

Com o controle de transientes, a excursão máxima de potência no canal “sobrevivente” diminui aproximadamente 1,5 dB. Embora o tempo de duração deste transiente seja maior do que os encontrados para os EDFAs, deve ser considerado aqui que os 40 km de fibra DSF causa um maior atraso na ação do controlador e desta forma o transiente acaba tendo uma duração maior. Para estes casos com um único laser de bombeio o sistema de controle é bem parecido com o do EDFA e as respostas seguem uma mesma tendência para o bombeio contra-propagante.

Para o caso de múltiplos lasers de bombeio a atuação do controle é um pouco diferente e será demonstrado mais nas próximas seções, mas antes o projeto de um amplificador Raman com múltiplos lasers de bombeio é apresentado.