Escola de Engenharia
Curso de Gradua¸
c˜
ao em Engenharia de
Telecomunica¸
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Rafaella Diniz de Oliveira
Filtro WDM e monitor de potˆencia ´
optica para enlaces
com fibras ´
opticas polim´ericas
Niter´
oi – RJ
2018
Rafaella Diniz de Oliveira
Filtro WDM e monitor de potˆencia ´optica para enlaces com fibras ´opticas polim´ericas
Trabalho de Conclus˜ao de Curso apresentado ao Curso de Gradua¸c˜ao em Engenharia de Teleco-munica¸c˜oes da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obten¸c˜ao do Grau de Engenheiro de Telecomunica¸c˜oes.
Orientador: Prof. Dr. Ricardo Marques Ribeiro
Niter´oi – RJ 2018
Bibliotecária responsável: Fabiana Menezes Santos da Silva - CRB7/5274 O48f Oliveira, Rafaella Diniz de
Filtro WDM e monitor de potência óptica para enlaces com fibras ópticas poliméricas / Rafaella Diniz de Oliveira ; Ricardo Marques Ribeiro, orientador ; Vinicius Nunes Herique Silva, coorientador. Niterói, 2018.
104 f.
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Telecomunicações)-Universidade Federal Fluminense, Escola de Engenharia, Niterói, 2018.
1. Fibra ótica. 2. Filtro WDM. 3. Monitor de potência óptica. 4. Produção intelectual. I. Título II.
Ribeiro,Ricardo Marques, orientador. III. Silva, Vinicius Nunes Herique, coorientador. IV. Universidade Federal Fluminense. Escola de Engenharia. Departamento de Engenharia de Telecomunicações.
-Resumo
As fibras ´opticas pl´asticas (POF) s˜ao imunes a interferˆencias eletromagn´eticas externas, s˜ao flex´ıveis, de f´acil manuseio e de baixo custo. Assim sendo, para enlaces de curta distˆancia (<1 km) as POFs apresentam um bom desempenho ao compara-las com fibras ´
opticas convencionais (s´ılica).
Este trabalho de conclus˜ao de curso descreve o desenvolvimento experimental de dispositivos passivos e ativos, que s˜ao os filtros WDM (multiplexa¸c˜ao por divis˜ao de com-primento de onda) e Monitor de Potˆencia ´Optica (OPMo), respectivamente, visando o seu uso em enlaces de fibra ´optica polim´erica padr˜ao base-PMMA (Poly-Methyl-Methacrylato) no espectro vis´ıvel. A s´ıntese deste trabalho consiste basicamente em caracterizar a trans-mitˆancia espectral de filtros ´opticos pl´asticos de celofane e gel operando no vis´ıvel. Estes filtros foram selecionados por serem bastante simples, male´aveis e de baixo custo. Os filtros s˜ao utilizados em demultiplexadores (DEMUXs) por divis˜ao de comprimento de onda e no OPMo, a fim de demonstrar seu funcionamento. Os DEMUX tamb´em s˜ao caracterizados, mas quanto `as perdas por inser¸c˜ao em cada canal e a isola¸c˜ao quanto ao canal cruzado. Al´em disso, descreve-se o OPMo que capta a luz espalhada espontane-amente pela lateral da fibra utilizando foto-darlingtons. O OPMo indica se o enlace de POF esta ativo ou inativo, quando est´a ativo a potˆencia ´optica que trafega na fibra ´e medida sem que haja a interrup¸c˜ao do enlace. Este prot´otipo ´e designado para detectar e medir simultaneamente os n´ıveis da potˆencia ´optica m´edia de dois canais WDM (470 nm e 650 nm). O OPMo n˜ao apresentou satura¸c˜ao para valores de potˆencia > -5dBm.
Abstract
Plastic Optical Fibers (POF) are immune to external electromagnetic interference, are flexible, easy to handle and cost effective. Therefore, for short-distance links (<1 km) POFs perform well when compared to conventional optical fibers (silica).
This undergraduate completion work describes the experimental development of passive and active devices, which are the WDM (wavelength division multiplexing) filters and Optical Power Monitor (OPMo), respectively, aiming its use in standard polymer fiber optic links base-PMMA (Poly-Methyl-Methacrylate) in the visible spectrum.The synthesis of this work basically consists in characterizing the spectral transmittance of optical plastic filters of cellophane and gel operating in the visible. These filters were selected because they are very simple, malleable and low cost. In addition, they will be used in DEMUXs by wavelength division and in OPMo, in order to demonstrate their operation. The DEMUX will also be characterized, but will be for insertion losses in each channel and insulation for the crossed channel. In addition, the OPMo is described which captures light scattered spontaneously by the side of the fiber using photo-darlingtons. The OPMo indicates whether the POF link is active or inactive, when it is active the optical power that travels in the fiber is measured without interrupting the link. This prototype is designed to simultaneously detect and measure the average optical power levels of two WDM channels (470 nm and 650 nm). The OPMo did not show saturation at power values> -5dBm.
”Por mais ´ardua que seja a luta, por mais distante que um ideal se apresente, por mais dif´ıcil que seja a caminhada, existe sempre uma maneira de vencer.”
Agradecimentos
Agrade¸co primeiramente `a Deus pela sua constante presen¸ca em minha vida. A minha fam´ılia, em especial a minha m˜ae, meu pai e meu irm˜ao por todo suporte e apoio comigo, sem eles nada disso seria poss´ıvel.
Ao meu orientador Dr.Ricardo Marques Ribeiro pela paciˆencia para esclarecer mi-nhas d´uvidas, pela confian¸ca e dedica¸c˜ao para orienta¸c˜ao deste trabalho.
A amiga Michele Zanon que me ajudou a caracterizar os filtros e os DEMUXs. A amiga Taiane Alvarenga pela ajuda com os testes realizados para o OPMO. Aos amigos do Laborat´orio de Comunica¸c˜oes ´Opticas (LaCop), em especial ao Fl´ a-vio e Vin´ıcius Tremmel, pelo aux´ılio no desenvolvimento deste trabalho e pelos momentos de descontra¸c˜ao.
As minhas amadas Telecats que est˜ao comigo desde o come¸co, e as que chegaram depois e me deram o g´as para nunca desistir. Em especial a minha amiga-irm˜a, Tha´ıs Amaral que sempre acreditou no meu potencial, me ajudou com seu conhecimento e a superar os obst´aculos.
A amiga Viviane Honorato que al´em de come¸car essa jornada junto comigo, tive a honrar de fazer inicia¸c˜ao cient´ıfica e est´agio junto a ela, foi uma troca de aprendizado de vida pessoal e profissional.
A minha melhor amiga Julia Novaes pelas conversas, presen¸ca constante em minha vida e toda paciˆencia durante esses anos.
A CNPq, pela bolsa de Inicia¸c˜ao Cient´ıfica durante 2 anos.
Dedico este trabalho especialmente em mem´oria das minhas av´os Arlete e Judite que infelizmente n˜ao puderam presenciar e compartilhar este momento de alegria e felici-dade.
Lista de Siglas
MUX Multiplexador/Multiplexer
DEMUX Demultiplexador/Demultiplexer
GI Graded-Index
NA Numerical Aperture
OPMo Optical Power Monitor
PC PolyCarbonate
PF PerFluorinated
PMMA Poly-Methyl-Methacrylate
POF Polymer Optical Fiber
SI Step-Index
SPLICCO Spectrometer and Line Camera Control
WDM Wavelenght Division Multiplexing
Lista de Figuras
2.1 Clivador de POFs . . . 6
2.2 Decapador de jaqueta de POFs . . . 6
2.3 Fibra Multimodo e Fibra Monomodo [6] . . . 7
2.4 Estrutura da Fibra ´Optica, [7] . . . 8
2.5 Abertura Num´erica, [3] . . . 8
2.6 Compara¸c˜ao do modo de propaga¸c˜ao dentro das fibras step-index e graded-index [3]. . . 10
2.7 Defini¸c˜ao de atenua¸c˜ao [3]. . . 11
2.8 Janela de transmiss˜ao e atenua¸c˜ao espectral de POFs com n´ucleo de PMMA [14]. . . 12
2.9 OPMo fabricado pela Velickov [12]. . . 15
2.10 Pl´astico Celofane . . . 17
2.11 Filmes Pl´asticos Tipo Gel . . . 17
2.12 Filtro passa-alta [14] . . . 18
2.13 Filtro passa-baixa [14] . . . 18
2.14 Filtro passa-banda [14] . . . 18
2.15 Filtro rejeita-faixa [14] . . . 19
2.16 Gr´aficos da transmiss˜ao dos filtros de interferˆencia e absor¸c˜ao [15]. . . 20
2.17 Splitter [18]. . . 21
3.1 Diagrama esquem´atico da montagem experimental de caracteriza¸c˜ao da transmitˆancia dos filtros pl´asticos. . . 25
3.2 Resposta de transmitˆancia espectral para 2 camadas de celofane verde. Comportando-se como um filtro passa-banda ´optico . . . 25
3.3 Resposta de transmitˆancia espectral para 2 camadas de celofane vermelho. Comportando-se como um filtro passa-alta ´optico. . . 26
3.4 Diagrama esquem´atico da montagem experimental de caracteriza¸c˜ao da
transmitˆancia dos filtros pl´asticos. . . 26
3.5 Foto da montagem experimental de caracteriza¸c˜ao da transmitˆancia dos filtros pl´asticos [17]. . . 27
3.6 Resposta de transmitˆancia espectral para 4 camadas de celofane azul. . . . 27
3.7 Resposta de transmitˆancia espectral para 4 camadas de celofane verde. . . 28
3.8 Resposta de transmitˆancia espectral para 4 camadas de celofane laranja. . 28
3.9 Resposta de transmitˆancia espectral para 4 camadas de celofane vermelho. 29 3.10 Resposta de transmitˆancia espectral do filtro gel azul. . . 30
3.11 Resposta de transmitˆancia espectral do filtro gel verde. . . 31
3.12 Resposta de transmitˆancia espectral do filtro gel vermelho. . . 32
4.1 a) Splitter 1x2 DieMount, b) Splitter DieMount conectado `a POF com sleeves fornecidos pela pr´opria DieMount [20]. . . 34
4.2 Splitter 1X3 da Diemount. . . 34
4.3 A esquerda: Splitter com filtros verde e vermelho. `` A direita: Splitter com filtros azul e vermelho [20]. . . 35
4.4 Prot´otipos MUX/DEMUX de dois canais vis´ıveis WDM [20]. . . 35
4.5 Esquema para a caracteriza¸c˜ao ´optica do DEMUX [20]. . . 36
4.6 Splitter 1X3 com os filtros fixados [20]. . . 38
4.7 Estrutura para a caracteriza¸c˜ao ´optica do DEMUX [20]. . . 39
5.1 OPMo [23]. . . 42
5.2 Modelo esquem´atico do OPMo [21]. . . 42
5.3 Esquema experimental para medir a influˆencia a da impedˆancia de carga no OPMo. . . 43
5.4 Desempenho do OPMo ao variar a impedˆancia de carga resistiva. . . 44
5.5 Estrutura da caracteriza¸c˜ao dos dois canais WDM [22]. . . 44
5.6 Resposta do Canal 1 sob lan¸camento de luz vermelha [23]. . . 45
Lista de Tabelas
2.1 Caracter´ısticas dos filtros de interferˆencia e de absor¸c˜ao. . . 20
3.1 Caracter´ısticas de transmiss˜ao utilizando 4 camadas de filtro celofane. . . . 30
4.1 Parˆametros medidos do DEMUX [20]. . . 37 4.2 Parˆametros medidos do DEMUX [20]. . . 38 4.3 Parˆametros Medidos do DEMUX [20]. . . 39
Sum´
ario
Resumo iv
Abstract v
Agradecimentos vii
Lista de Siglas viii
Lista de Figuras x Lista de Tabelas xi 1 Introdu¸c˜ao 1 1.1 Contextualiza¸c˜ao . . . 1 1.2 Motiva¸c˜ao . . . 2 1.3 Objetivo . . . 3 1.4 Estrutura do Projeto . . . 3
2 Revis˜ao Bibliogr´afica 5 2.1 Introdu¸c˜ao . . . 5
2.2 POFs e Dispositivos Passivos . . . 5
2.2.1 POFs . . . 5
2.2.2 Estrutura Polim´erica da POF . . . 7
2.2.3 Abertura Num´erica . . . 8
2.2.4 Perfil do ´ındice de refra¸c˜ao . . . 9
2.2.5 Step-Index e Graded-Index . . . 9
2.2.6 Atenua¸c˜ao . . . 11
2.2.7 Dispers˜ao e Largura de Banda . . . 12
2.2.8 Dispositivos Passivos . . . 14
2.3 OPMos para POFs e Foto-Darlington . . . 15
2.3.1 OPMos para POFs . . . 15
2.3.2 Foto-Darlington . . . 16
2.4 Filtros ´opticos pl´asticos . . . 16
2.4.1 Pl´astico tipo gel . . . 16
2.5 Classifica¸c˜ao dos Filtros . . . 17
2.5.1 Filtro de Interferˆencia . . . 19
2.5.2 Filtro de Absor¸c˜ao . . . 20
2.6 Desempenho dos divisores de luz . . . 21
3 Filtros ´opticos pl´asticos coloridos e a sua caracteriza¸c˜ao 24 3.1 Introdu¸c˜ao . . . 24
3.2 Experimentos,resultados e discuss˜oes . . . 24
4 Filtros WDM baseados em divisores de luz e a sua caracteriza¸c˜ao 33 4.1 Introdu¸c˜ao . . . 33
4.2 Experimento, resultados e discuss˜oes . . . 33
4.2.1 Splitter 1X2 . . . 34
4.2.2 Splitter 1X3 . . . 38
5 OPMo para 1 (dynamic range enhancement) e 2 canais (WDM) 41 5.1 Introdu¸c˜ao . . . 41
5.2 Experimentos, resultados e discuss˜oes . . . 42
5.2.1 A influˆencia da impedˆancia no OPMo . . . 42
5.2.2 Caracteriza¸c˜ao e Configura¸c˜ao dos dois canais WDM . . . 44
6 Conclus˜ao e Trabalhos Futuros 47 6.1 Introdu¸c˜ao . . . 47
6.2 Conclus˜ao . . . 47
6.3 Trabalhos Futuros . . . 48
Referˆencias Bibliogr´aficas 49
Cap´ıtulo 1
Introdu¸
c˜
ao
1.1
Contextualiza¸
c˜
ao
As fibras ´opticas polim´ericas, conhecidas como POF (Polymeric Optical Fiber ) come¸caram a serem desenvolvidas na d´ecada de 1960 [1]. No entanto as POFs tinham o uso limitado em ilumina¸c˜ao de curta distˆancia, devido `a alta atenua¸c˜ao e `a escassa solicita¸c˜ao em aplica¸c˜oes comerciais [2].
Na d´ecada de 1970 houve um aperfei¸coamento na tecnologia de fabrica¸c˜ao da fibra, resultando em aumento da banda passante e redu¸c˜ao na atenua¸c˜ao. Somente em 1996 ´e que as POFs tornaram-se de interesse de mercado para os servi¸cos de DataCom de pequena distˆancia. Desde ent˜ao surgiram aplica¸c˜oes em redes de acesso e pequenas redes de comunica¸c˜ao, sendo esta uma solu¸c˜ao inteligente [1].
O material de fabrica¸c˜ao mais comum das POFs ´e o pol´ımero Poli-metil-metacrilato (PMMA), pois apresenta baixa atenua¸c˜ao, enquanto as fibras ´opticas convencionais s˜ao constitu´ıdas de S´ılica (ou SiO4) [1] e tamb´em s˜ao chamadas de fibra de vidro.
A utiliza¸c˜ao de POFs em enlaces de curta distˆancia apresenta vantagens em rela¸c˜ao ao uso de fibras de vidro. As POFs s˜ao mais leves pois a densidade do pl´astico ´e metade da densidade do vidro [1], s˜ao flex´ıveis, ou seja, s˜ao de f´acil manuseio e o seu diˆametro ´e de 2,2 mm (n´ucleo de 0,98 mm), dessa forma n˜ao h´a a necessidade de utilizar um conector de alta precis˜ao, reduzindo o custo do sistema. Sendo assim, a conectividade entre POFs e de POFs com outros dispositivos ´e bastante simples.
Em virtude das vantagens citadas, in´umeras aplica¸c˜oes com POFs tˆem surgido nos ´
redes industriais, redes residenciais, sensores, entre outros [3].
1.2
Motiva¸
c˜
ao
Com o aumento da procura por servi¸cos de telecomunica¸c˜oes, o uso de cabos de cobre tornou-se insuficiente pois tal demanda estava relacionada a servi¸cos de voz, como Voice Over IP (VOIP), acesso ´a Internet ou telefonia fixa. Estes servi¸cos requerem cada vez mais largura de banda, torna necess´ario o desenvolvimentos de uma melhor tecnologia [4] para atender a demanda, tendo em vista que utilizariam muitos cabos de cobre para tentar atender essa solicita¸c˜ao, mas seria uma solu¸c˜ao momentˆanea. Dessa forma, o uso de fibras ´opticas nas redes de telecomunica¸c˜oes aumentou significativamente, pois alem de serem imunes as interferˆencias eletromagn´eticas externas e possu´ırem pequena dimens˜ao, disp˜oem de alta capacidade de transmiss˜ao e fornecem elevada seguran¸ca quanto a transmiss˜ao de dados [2].
As fibras ´opticas polim´ericas s˜ao vi´aveis apenas para enlaces de curta distˆancia. As fibras polim´ericas de ´ındice degrau (Step Index, SI) s˜ao indicadas para essa aplica¸c˜ao [2], e transmitem uma taxa de 165 Mbps em 100 m. Al´em disso, foi desenvolvido por Koike e Asahi Glass uma fibra a base de pol´ımeros fluoretados, designada CYTOP que apresenta atenua¸c˜ao menor que as POFs de PMMA (30 dB/Km), o que possibilita um aumento no alcance de at´e 1 Km para taxa de transmiss˜ao de 1,2 Gbps/Km [2].
Os dispositivos passivos como multiplexadores (MUX) e demultiplexadores (DE-MUX) utilizam princ´ıpios das comunica¸c˜oes ´opticas. A multiplexa¸c˜ao em comprimento de onda (Wavelength Division Multiplexing, WDM) ´e muito utilizado em enlaces ´opticos, uma vez que essa tecnologia aumenta a capacidade do sistema pois permite transportar diferentes comprimentos de onda em uma ´unica fibra. Logo, h´a um melhor aproveita-mento de banda [5] e pode-se utilizar cada canal WDM para transportar informa¸c˜oes diferentes. Dessa forma, o uso de um dispositivo WDM possibilita implementar um en-lace de POF com tamanho reduzido, visto que POFs podem ser implementadas em enen-laces bidirecionais [3].
A t´ecnica WDM possibilita o envio de v´arios feixes de luz em uma ´unica POF, podendo transmitir muita informa¸c˜ao em um ´unico canal. Para isso basta utilizar fontes de luz com diferentes comprimentos de onda. Sem o uso do WDM, essas fontes devem ser
conectadas em fibras ´opticas distintas. Entretanto, o WDM permite combinar os sinais no multiplexador e trafegarem o sinal multiplexado em uma ´unica POF. No final do enlace, esse sinal ´e separao em suas componentes pelo demultiplexador.
Na demultiplexa¸c˜ao, existem in´umeros filtros ajust´aveis que s˜ao h´abeis para isolar os comprimentos de onda multiplexados. Entretanto, os filtros comercializados n˜ao s˜ao muito adequados para utiliza¸c˜ao em POFs de PMMA devido `a dependˆencia com o ˆangulo e por serem constru´ıdos para operar na faixa em torno de 1550 nm. Dessa forma, a pesquisa para a utiliza¸c˜ao da tecnologia WDM em POFs tornou-se importante. Ocasionando no estudo de filtros passivos desenvolvido neste trabalho de conclus˜ao de curso.
O Monitor de Potˆencia ´Optica (OPMo) ´e um dispositivo ativo, utilizado para medir a potˆencia que trafega em um enlace de fibra. Atualmente, n˜ao h´a nenhum OPMo n˜ ao-invasivo. Por essa raz˜ao, investiga-se a viabilidade de um OPMo baseado no espalhamento da luz pela lateral da fibra (esse espalhamento ´e espontˆaneo). A proposta ´e dar seguimento aos trabalhos desenvolvidos no Laborat´orios de Comunica¸c˜oes ´Opticas (LACOP).
Com a crescente utiliza¸c˜ao de fibras ´opticas de PMMA em redes de curto alcance, encontra-se a motiva¸c˜ao para o estudo desse TCC. A proposta ´e desenvolver uma nova tecnologia para melhorar o aproveitamento de banda, utilizando em um dispositivo passivo (filtro) e outro ativo (OPMo).
1.3
Objetivo
O presente projeto tem como objetivo desenvolver dispositivos passivos e ativos, filtro WDM e Monitor de Potˆencia ´Optica , respectivamente, visando o seu uso em enlace de PMMA-POFs para WDM. Para tal, inicialmente foram realizado estudos para definir o melhor filtro, caracterizando-os. Posteriormente, ap´os an´alise dos resultados, verificou-se a viabilidade da sua aplica¸c˜ao como filtro WDM. Para o OPMo, foi realizado um estudo bibliogr´afico afim de definir a melhor maneira de construir um dispositivo original, confi´avel e de baixo custo.
1.4
Estrutura do Projeto
Este Projeto Final de Gradua¸c˜ao est´a estruturado em 6 cap´ıtulos, referˆencias bibliogr´aficas e anexos, conforme descrito a seguir:
O Cap´ıtulo 2 cont´em a revis˜ao bibliogr´afica necess´aria para obter um melhor en-tendimento do projeto a ser desenvolvido. Neste disserta-se sobre fibra ´optica de pl´astico (POFs), tipos de dispositivos ´opticos, em especial divisores de luz. S˜ao apresentados em seguida,os Monitores de Potˆencia ´Optica (OPMos) para POFs, o modelo comercial dis-pon´ıvel, e al´em disso ´e descrito o conceito e funcionamento sobre fotodarlingtons. Ao final do capitulo ´e apresentado uma introdu¸c˜ao sobre os filtros ´opticos pl´asticos que ser˜ao utilizados.
O Cap´ıtulo 3 discursa a respeito dos filtros ´opticos pl´asticos coloridos, mostrando os testes com os diferentes filtros pl´asticos, analisando e discutindo o desempenho.
O Cap´ıtulo 4 discursa sobre os filtros para multiplexa¸c˜ao em comprimento de onda (WDM) baseados nos divisores de luz, discutindo o conceito e aplica¸c˜ao desse tipo de multiplexa¸c˜ao. Foi realizado uma caracteriza¸c˜ao, e ap´os a an´alise experimental foram obtidos os resultados que ser˜ao apresentados e discutidos.
O Cap´ıtulo 5 discursa sobre o OPMo para 1 e 2 canais WDM, sendo descrito os testes realizados com os filtros ´opticos de pl´astico e LEDs.
Por fim, o Cap´ıtulo 6 apresenta a conclus˜ao a respeito do que foi estudado, al´em de sugest˜oes e aplica¸c˜oes de projetos futuros.
Cap´ıtulo 2
Revis˜
ao Bibliogr´
afica
2.1
Introdu¸
c˜
ao
Antes de desenvolver o trabalho experimental sobre POFS, foi realizada uma pesquisa bibliogr´afica, para obter o embasamento te´orico necess´ario para realizar o este trabalho.
Inicialmente, ´e detalhado um resumo sobre as POFs e dispositivos relacionados, seguindo para o ambiente em que pode ser aplicada.
Em conclus˜ao, haver´a um t´opico dedicado aos OPMos para POFs e uma explica¸c˜ao sobre os filtros ´opticos pl´asticos.
2.2
POFs e Dispositivos Passivos
2.2.1
POFs
As Fibras ´Opticas Polim´ericas (Polymeric Optical Fiber, POF) tem a capacidade de trans-mitir dados com taxa elevada e baixa taxa de erro por bit.
As POFs s˜ao leves e tem um diˆametro grande o que facilita quando h´a a necessidade de acoplamento, sendo assim ´e uma fibra de f´acil manuseio. A simplicidade na conex˜ao se origina de seu grande diˆametro e de sua abertura num´erica (Numerical Aperture, NA), possibilitando a utiliza¸c˜ao de uma tecnologia mais barata e simples [1]. As fermentas de clivagem e decapagem da fibra auxiliam para que haja uma boa liga¸c˜ao entre as fibras. Estas ferramentas s˜ao de baixo custo, consequentemente o pre¸co de implementa¸c˜ao do sistema n˜ao ´e alto.
Figura 2.1: Clivador de POFs
Figura 2.2: Decapador de jaqueta de POFs
POFs de PMMA operam apenas na luz vis´ıvel o que torna a opera¸c˜ao mais segura, tendo em vista que a luz infravermelho ´e invis´ıvel ao olho humano, al´em disso o operador pode detectar se o sinal est´a sendo transmitido.
As POfs podem ser classificadas em rela¸c˜ao ao pol´ımero utilizado na fabrica¸c˜ao, ao n´umero de modos de propaga¸c˜ao e ao perfil de ´ındice de refra¸c˜ao. Em rela¸c˜ao ao pol´ımero utilizado na fabrica¸c˜ao os principais s˜ao: pol´ımero termopl´astico PMMA, pol´ımero fluo-retados (PerFluorinated polymers, PF), policarbonato (PolyCarbonate, PC), poliolefinas, poliestireno, pol´ımeros deuterados e elastˆomero. Quanto ao n´umero de modos, temos as
fibras: monomodos que s˜ao aquelas em que a luz se propaga no n´ucleo em um ´unico modo, enquanto as mult´ımodos a luz se propagam em v´arios modos, como observado na Figura 2.3:
Figura 2.3: Fibra Multimodo e Fibra Monomodo [6]
Com rela¸c˜ao ao ´ındice de refra¸c˜ao, podemos classifica-los como: gradual (Graded-Index, GI), ´ındice degrau (Step-(Graded-Index, SI), SI com NA reduzida (Low -NA), SI com alto NA (High-NA), sendo os perfis GI e SI os mais simples e comuns.
As fibras ´opticas com n´ucleo de pol´ımero termopl´astico PMMA, conhecido por Plexiglas , que ser˜ao utilizadas nos estudos do presente projeto, foram introduzidas noR mercado na d´ecada de 1960 [2]. Desde ent˜ao est˜ao sendo aprimoradas para diminuir as perdas e aumentar a largura de banda.
2.2.2
Estrutura Polim´
erica da POF
A fibra ´optica ´e um condutor de luz diel´etrico com espessura fina e transparente. Em comunica¸c˜oes ´opticas as fibras podem ser de s´ılica ou pl´astico. A sua estrutura ´e composta por um n´ucleo por onde a luz ´e transmitida, com um diˆametro em torno de 50 - 980 µm; uma casca que se encontra ao redor do n´ucleo com um ´ındice de refra¸c˜ao menor; e ao redor da casca h´a uma capa protetora polim´erica capaz de proteger o interior contra danos mecˆanicos, agress˜oes qu´ımicas e da atmosfera.
Figura 2.4: Estrutura da Fibra ´Optica, [7]
As fibras diferenciam em rela¸c˜ao ao material que as constituem e as caracter´ısticas intr´ınsecas, ambas s˜ao determinadas durante a fabrica¸c˜ao.
2.2.3
Abertura Num´
erica
A abertura num´erica (NA) ´e o ˆangulo de admiss˜ao da fibra, um ˆangulo m´aximo (Θmx) em
rela¸c˜ao ao eixo central, para que a luz seja transmitida e tenha reflex˜ao total no interior da fibra. A abertura num´erica ´e dada pela equa¸c˜ao (2.1) e pode ser visualizada na Figura 2.5: N A = sinΘmx = p n2 ncleo˘n2casca (2.1)
A NA de uma fibra ´e um parˆametro utilizado para calcular a capacidade da luz a ser guiada, e sua banda passante est´a associado ao perfil de ´ındice de refra¸c˜ao da fibra. A abertura num´erica de uma POF ´e maior que das fibras de vidro. Para a potˆencia de emiss˜ao ser acoplada de forma eficiente na fibra, ´e necess´ario combinar o NA da fibra e da fonte de luz.
2.2.4
Perfil do ´ındice de refra¸
c˜
ao
A reflex˜ao do feixe luminoso no interior da fibra ocorre devido a diferen¸ca do ´ındice de refra¸c˜ao entre a casca e o n´ucleo. Atrav´es da dopagem adequada em mat´erias diferentes ´e obtida a caracter´ıstica do perfil ´ındice de refra¸c˜ao, um dos respons´aveis pela largura de banda da fibra [3].
O perfil do ´ındice de refra¸c˜ao pode ser: degrau (SI) ou gradual (GI). Isso ´e classi-ficado de acordo com o ´ındice de refra¸c˜ao do n´ucleo da fibra que pode ser homogˆeneo ou n˜ao, uma vez que o da casca ´e constante.
2.2.5
Step-Index e Graded-Index
POFs com perfil de ´ındice de refra¸c˜ao degrau (SI) apresentam um n´ucleo homogˆeneo, com isso os raios se propagam em linha reta pois a reflex˜ao ocorre apenas na interface entre o n´ucleo e a casca. Em virtude desse comportamento os raios percorrem distˆancias diferentes em tempos diferentes, gerando uma dispers˜ao (modal) no pulso de sa´ıda.
A SI- POF tem como caracter´ıstica, f´acil acoplamento com fonte ´optica, devido as suas dimens˜oes relativamente grandes e elevada dispers˜ao intermodal. ´E empregada em comunica¸c˜oes de curta distˆancia como por exemplo em transmiss˜ao de dados ou ilumina-¸c˜ao.
Ao analisar a Equa¸c˜ao (2.1) ´e poss´ıvel observar que quanto maior for a diferen¸ca entre o ´ındice de refra¸c˜ao do n´ucleo e o ´ındice de refra¸c˜ao da casca, maior ser´a a NA. Assim temos SI-POF High NA e SI-POF Low NA. Uma SI-POF High NA tem um valor alto de ˆangulo de aceita¸c˜ao e SI-POF Low NA o ˆangulo de aceita¸c˜ao foi reduzido, o que possibilita em uma largura de banda maior ao compara-la com a SI-POF High.
As fibras de ´ındice de refra¸c˜ao gradual (GI) n˜ao apresentam um n´ucleo homogˆeneo, sendo o ´ındice maior no centro do n´ucleo. Devido a isso o raio ´e guiado atrav´es de refra¸c˜oes sucessivas, com velocidade e caminhos distintos, sendo constantemente refratados em
dire¸c˜ao ao eixo da fibra. Os modos mais externos s˜ao mais r´apidos, pois o ´ındice de refra¸c˜ao ´e menor resultando em uma velocidade maior que os modos mais internos. ´E poss´ıvel diminuir a dispers˜ao modal ao fazer uma combina¸c˜ao adequada dos diferentes ´ındices de refra¸c˜ao, assim sendo h´a um aumento na largura de banda passante da fibra.
Na equa¸c˜ao 2.2 ´e poss´ıvel observar o ´ındice de refra¸c˜ao do n´ucleo em fun¸c˜ao da distˆancia em rela¸c˜ao ao centro da fibra:
n = neixo[1 − ∆(
distaciadoeixo raiodonucleo )
g]
(2.2)
onde, o parˆametro g: ´e o expoente de perfil (para g = 2 o n´ucleo apresentar´a um comportamento parab´olico e g = ∞ indica o ponto que o n´ucleo acaba abruptamente) e o ∆ indica a diferen¸ca do ´ındice de refra¸c˜ao do centro do n´ucleo e da casca [3].
Embora a GI-POF disponha de uma NA menor que a SI-POF, e consequentemente uma banda passante maior n˜ao ´e poss´ıvel aplica-la em redes de comunica¸c˜oes de longa distˆancia.
A Figura 2.6 mostra a forma com que a onda se propaga dentro das fibras step-index e graded-index.
Figura 2.6: Compara¸c˜ao do modo de propaga¸c˜ao dentro das fibras step-index e graded-index [3].
2.2.6
Atenua¸
c˜
ao
A atenua¸c˜ao ´e a perda gradual de energia da luz que se propaga por um meio, est´a ´e uma das principais caracter´ısticas da fibra ´optica. A mesma relaciona a potˆencia de sa´ıda do sistema com a potˆencia de entrada ao passar por uma fibra ´optica de comprimento L, com isso a potˆencia ´e atenuada (Figura2.7). O c´alculo da atenua¸c˜ao pode ser feito atrav´es da equa¸c˜ao 2.3 [3].
Figura 2.7: Defini¸c˜ao de atenua¸c˜ao [3].
αdB = 10 L log ( PL P0 ) (2.3) Onde,
αdB: Atenua¸c˜ao em dB por unidade de comprimento;
L: Comprimento da fibra; PL : Potˆencia ´Optica de sa´ıda;
P0 : Potˆencia ´Optica de entrada.
A atenua¸c˜ao ´e adimensional, lembrando que dB ´e uma rela¸c˜ao entre grandezas f´ısicas do mesmo tipo.
Na Figura 2.8 ´e poss´ıvel observar que a atenua¸c˜ao depende do diˆametro do n´ucleo da fibra. Isso ocorre porque o processo de fabrica¸c˜ao dessas fibras ´e mais dif´ıcil de contro-lar, ocasionando em maior n´umero de imperfei¸c˜oes geom´etricas. Al´em disto, h´a intera¸c˜ao maior dos raios entre a interface do n´ucleo e a casca, onde as imperfei¸c˜oes s˜ao mais fre-quentes, aumentando a possibilidade da potˆencia ´optica penetrar na casca que tem mais
atenua¸c˜ao. Para uma POF com n´ucleo PMMA e 0,5 mm de diˆametro, a atenua¸c˜ao para um feixe com 570 nm ´e de 70 dB/Km, enquanto que na mesma faixa esta atenua¸c˜ao seria de 130 dB/km para um diˆametro de 0,25 mm [3].
Al´em disso, podemos observar na Figura 2.8 as janelas de transmiss˜ao, faixa do espectro no qual a atenua¸c˜ao ´e m´ınima. As janelas est˜ao na faixa do vis´ıvel, centradas em: 470 nm, 525 nm, 570 nm e 650 nm.
Figura 2.8: Janela de transmiss˜ao e atenua¸c˜ao espectral de POFs com n´ucleo de PMMA [14].
A abertura num´erica (NA) da fibra e a largura espectral da fonte ´optica tamb´em influenciam na atenua¸c˜ao. Ao aumentar a NA ou a largura de espectral, h´a um aumento na atenua¸c˜ao. Por exemplo, para uma POF de PMMA com NA igual a 0,1 teremos uma atenua¸c˜ao de 70 dB/Km, por´em no caso de NA igual a 0,65 a atenua¸c˜ao ´e de 88 dB/Km [3]. A atenua¸c˜ao nas POFs podem ser causadas por mecanismo intr´ınseco ou extr´ınseco. As perdas intr´ınsecas s˜ao um fenˆomeno devido ao material da fibra ´optica, temos as perdas por absor¸c˜ao e espelhamento Rayleigh. ´E o limite de perda m´axima de transmiss˜ao, pois n˜ao podem ser eliminadas. As perdas extr´ınsecas acontecem, pois na fabrica¸c˜ao da fibra ´
optica pode haver impurezas no material. H´a tamb´em a perda por radia¸c˜ao, originada devido a curvatura ao longo da fibra, caso os raios que incidirem tiverem um ˆangulo menor que o ˆangulo critico, n˜ao sofrer˜ao reflex˜ao total [3].
2.2.7
Dispers˜
ao e Largura de Banda
A largura de banda de uma fibra ´optica est´a relacionada com a capacidade do receptor detectar os pulsos do sinal modulado. Nas fibras ´opticas a dispers˜ao ocorre quando os modos se propaga¸c˜ao s˜ao transmitidos em velocidades diferentes e consequentemente
che-gam ao receptor em tempos distintos, o que ocasiona em um alarche-gamento temporal do sinal, limitando a largura de faixa m´axima que pode ser transmitida atrav´es da fibra.
Os efeitos que contribuem para a distor¸c˜ao da forma do sinal s˜ao: • Dispers˜ao Modal;
• Dispers˜ao Material;
• Dispers˜ao de Guia de Onda.
Em POFs a dispers˜ao modal ´e a mais importante, mas h´a pequenas contribui¸c˜oes da dispers˜ao material. Entretanto, a dispers˜ao de guia de onda e de meios de polariza¸c˜ao s˜ao irrelevantes.
Dispers˜ao Modal
As caracter´ısticas das fibras ´opticas s˜ao capazes de acarretar percursos diferentes dos feixes de luz no interior do n´ucleo, produzindo tempos diferentes aos modos de propaga¸c˜ao. A dispers˜ao modal acontece nas fibras multimodo, de ´ındice degrau e gradual, sendo mais relevante nas de ´ındice degrau. Essa ´e o principal mecanismos que ocorre em fibras multimodos.
Dispers˜ao Material
A dispers˜ao material ´e importante para fibras monomodos e multimodos [3]. O ´ındice de refra¸c˜ao de um material depende do comprimento de onda, sabendo que as fontes lumino-sas possuem largura espectral finita, essa dispers˜ao decorre porque diferentes componentes do espectro de luz cursam em diferentes velocidades como resultado, alargam o pulso.
Dispers˜ao de Guia de Onda
Essa dispers˜ao ocorre devido as caracter´ısticas do guia de onda e em fun¸c˜ao ao compri-mento de onda. O deslocacompri-mento de Goos-H¨anchen causa nas POFs essa dispers˜ao, em que os modos de propaga¸c˜ao invadem a casaca [3]. A dispers˜ao de guia de onda so ´e significativa em fibras monomodo, pois uma pequena fra¸c˜ao da luz em modos de ordem mais alta penetra na casca, essas fibras possuem dispers˜ao material reduzida [3]. Por´em, esse tipo de dispers˜ao n˜ao ´e pertinente para POFs.
2.2.8
Dispositivos Passivos
Dispositivos passivos, n˜ao necessitam de energia. Com isso, n˜ao aumentam a potˆencia de um sinal e nem s˜ao capazes de amplifica-los. No presente projeto utilizaremos em especial divisores de luz, mas os conectores e filtro ´opticos tamb´em est˜ao presentes.
Filtro ´optico
Um filtro ´optico seleciona a banda de frequˆencias (´opticas) que ir´a transmitir. Sobretudo, os mais comuns e que ser˜ao utilizados neste projeto s˜ao filtros que permitem a passagem de luz em uma determinada banda ou comprimento de onda. Dessa forma, executam a multiplexa¸c˜ao e a demultiplexa¸c˜ao. Os filtros passivos podem ser de interferˆencia ou absor¸c˜ao. Esses filtros ser˜ao abordados nas subse¸c˜oes 2.5.1 e 2.5.2, respectivmente.
Acopladores/Combinadores de luz
Os acopladores s˜ao dispositivos simples que podem fazer a divis˜ao ou o a jun¸c˜ao do sinal ´optico, e em seguida a filtragem ´e realizada com o uso de filtros pl´asticos que ser˜ao apresentados em breve.
O acoplador pode dividir o sinal luminoso em v´arios sinais para alimentar muitos dispositivos, ou combinar diversos sinais de dispositivos diferente para alimentar a entrada de outro. Outrossim, podem ser direcionais, distributivos, de multiplexa¸c˜ao WDM e de demultiplexa¸c˜ao WDM. Os direcionais, direcionam a inser¸c˜ao ou o desvio de potˆencia [8]. O distributivo, divide o sinal vindo de uma porta de entrada, igualmente e simultanea-mente para as demais portas de sa´ıda [8]. Um filtro de multiplexa¸c˜ao WDM, combina sinais de diferentes comprimentos de onda em uma ´unica fibra [8]. Um filtro de demul-tiplexa¸c˜ao WDM, separam sinais multiplexados em WDM numa ´unica fibra e entrega-os aos seus correspondentes receptores ´opticos [8].
Atenuador
´
2.3
OPMos para POFs e Foto-Darlington
2.3.1
OPMos para POFs
O monitor de potˆencia ´optica (OPMo) ´e um dispositivo capaz de medir a potˆencia que trafega ao longo de uma fibra, em qualquer ponto sem que haja a interrup¸c˜ao do fluxo de dados. Na instala¸c˜ao ´e o ´unico momento em que h´a a interrup¸c˜ao do sinal. Podem ser implantados tempor´aria ou permanentemente em amplificadores, enlaces simples, redes ou em circuitos a fibra sendo desenvolvidos em laborat´orio [9, 10].
Usualmente, nos modelos comerciais dispon´ıveis os OPMos s˜ao conectados no final de um enlace para desta forma medir o n´ıvel de potˆencia que trafega na fibra e emerge desta. Al´em disso, a entrada deve ser de um sinal que os modos j´a tenham atingido uma distribui¸c˜ao modal equilibrada. Em POFs est´a estabiliza¸c˜ao ocorrem em 50 m -70 m pois s˜ao fibras aplicadas em distˆancias curtas, nesse caso ´e necess´ario o uso de um embaralhador de modos (Mode Scrambler ) antes do OPMo para ter uma boa leitura da potˆencia m´edia [9, 11].
A Velickov Engineering ´e uma empresa alem˜a que fabrica e comercializa diversos dispositivos e equipamentos optoeletrˆonicos relacionados `a tecnologia de POFs, dentre estes dispositivos, destaca-se o modelo de OPMo (para POFs), por´em, para apenas um canal de comprimento de onda. O referido OPMo ´e capaz de medir a potˆencia m´edia, m´axima e m´ınima de um fluxo de dados, seja na entrada ou na sa´ıda do enlace. No entanto, na tela do monitor s´o ´e exibida a potˆencia m´edia [12].
O modelo dispon´ıvel citado acima, pode ser visto na Figura 2.9, ´e o POF Meters: FPM (Fiber Power Meter ), PM (Power Meter ).
2.3.2
Foto-Darlington
Foto-Darlington ´e um dispositivo optoeletrˆonico que une um foto-transistor com um tran-sistor bipolar em um ´unico encapsulamento, no qual possibilita a incidˆencia de luz na jun¸c˜ao base-coletor. Este dispositivo ´e bom para quando h´a a necessidade de uma am-plifica¸c˜ao alta, no entanto o tempo de resposta ´e maior ao se comparar com um foto-transistor.
Neste projeto foi utilizado o Foto-Darlington modelo SD3410/5410 da Honeywell [24], que atrav´es de uma micro-lente, capta a luz espalhada.
2.4
Filtros ´
opticos pl´
asticos
Os filtros ´opticos pl´asticos podem ser usados para reduzir a interferˆencia (canal cruzado ou cross-talk ) entre sinais multiplexados opticamente de um sistema, pois possuem a caracter´ıstica de transmitir ou bloquear a luz em uma determina banda. Os filtros ´opticos pl´asticos aqui estudados foram fabricados a partir do celofane e do pl´astico tipo gel.
Celofane
O celofane ´e derivado da celulose, possui uma espessura entre 0,02 mm e 0,07 mm de f´acil manuseio, flex´ıvel e encontrado em v´arios tons coloridos. O custo de uma folha de 85 cm por 100 cm ´e de aproximadamente R$2,00, sendo poss´ıvel cortar muitos filtros. Sendo assim,trata-se de um filtro simples, pr´atico e de baixo custo. Contudo algumas vezes ´e necess´ario superpor camadas de filtro para se ter um espectro de transmitˆancia aceit´avel, aumentando a perda. Al´em do que o celofane perde a cor com o tempo. Logo dispositivos que utilizam o celofane devem estar vedados para impedir a incidˆencia de qualquer luz externa.
2.4.1
Pl´
astico tipo gel
Ap´os analisar as desvantagens do papel celofane, a utiliza¸c˜ao do pl´astico tipo gel como filtro foi escolhido. Os filmes pl´asticos tipo gel tem como base o polietileno tereftalato, s˜ao usados para dar cor a luz que sai do flash de cˆameras fotogr´aficas. Tamb´em s˜ao male´aveis e de baixo custo, sua espessura ´e 10 vezes maior que a do celofane, por isso n˜ao ´e necess´ario superpor muitas camadas para compor um filtro com espectro de sa´ıda aceit´avel.
Figura 2.10: Pl´astico Celofane
Esse material tem propriedade t´ermica mais resistente que a do celofane, pois foram desenvolvidos para suportar temperaturas vinda dos flashes.
Figura 2.11: Filmes Pl´asticos Tipo Gel
2.5
Classifica¸
c˜
ao dos Filtros
Os filtros ´opticos regulam a passagem de luz dependendo do comprimento de onda e da banda passante, s˜ao classificados como: filtro passa-alta, passa-baixa, passa-banda e rejeita-faixa (filtro notch).
Filtro passa-alta
O filtro passa-alta, permite a passagem de luz acima do comprimento de onda de corte (λc), onde existe uma atenua¸c˜ao de 3dB do sinal que n˜ao est´a sendo filtrado [14], rejeitando
a luz abaixo do comprimento de onda de corte, ou seja, rejeitando comprimentos de onda curtos.
Figura 2.12: Filtro passa-alta [14]
Filtro passa-baixa
Figura 2.13: Filtro passa-baixa [14]
O filtro passa-baixa, permite a passagem de luz abaixo do comprimento de onda de corte (λc), ou seja, s´o passam comprimentos de onda curtos.
Nos filtros passa-alta e passa-baixa, o corte ´e progressivo a partir do comprimento de onda de corte, onde ocorre uma inclina¸c˜ao da curva.
Filtro passa-banda
Figura 2.14: Filtro passa-banda [14]
No filtro passa-banda, s´o passa luz em uma determinada faixa de comprimento, h´a um comprimento de onda de corte superior e outro inferior, pode-se dizer que esse filtro ´e uma combina¸c˜ao dos filtros passa-alta e passa-baixa [14].
Filtro rejeita-faixa (filtro notch )
No filtro rejeita-faixa (filtro notch), rejeita-se uma faixa bastante estreita de comprimen-tos de onda [14], ou seja, esses filtros s˜ao capazes de impedir a passagem de uma banda
Figura 2.15: Filtro rejeita-faixa [14]
em torno de um comprimento de corte central.
Os filtros ´opticos passivos tamb´em s˜ao classificados em filtro de interferˆencia ou de absor¸c˜ao.
2.5.1
Filtro de Interferˆ
encia
Os filtros de interferˆencia s˜ao constitu´ıdos por m´ultiplas camadas, que normalmente s˜ao formadas por diel´etrico. Nesses filtros, passam apenas uma faixa de comprimento de onda (ou uma banda) e os demais s˜ao refletidos, seguindo o princ´ıpio que a luz tem propriedade ondulat´oria.
As interferˆencias podem ser construtivas, se os campos el´etricos da luz se sobre-puserem em fase, gerando um m´aximo de transmiss˜ao. Caso os campos se sobreponham defasados com 180◦ entre si, haver´a uma interferˆencia destrutiva.
Este filtro tem uma largura de banda menor que 10 nm, com uma transmiss˜ao de luz maior que os filtros de absor¸c˜ao, como pode ser visto na Figura 2.16 [15], por´em o custo desse filtro ´e maior ao compara-lo com o de absor¸c˜ao. Podem ser usados nas regi˜oes ultravioleta, vis´ıvel e infravermelho do espectro [16].
O filtro dicr´oico, as grades ´opticas e interferˆometros (como Fabry-Perot) s˜ao exem-plos de filtros de interferˆencia.
Figura 2.16: Gr´aficos da transmiss˜ao dos filtros de interferˆencia e absor¸c˜ao [15].
2.5.2
Filtro de Absor¸
c˜
ao
Os filtros de absor¸c˜ao s˜ao fabricados a partir da dopagem do vidro, com corante ou semicondutores. Sendo mais comum encontrar esse filtro em vidro colorido, ou corante suspenso em gelatina ou entre placas de vidro [16]. Utilizam a propriedade dos mat´erias que o comp˜oem para absorver parte do espectro da luz e transmitir outra. Este filtro ´e limitado a regi˜ao vis´ıvel do espectro [15], o que ´e uma vantagem pois as POFs s´o operam nessa regi˜ao. S˜ao simples, de baixo custo, com largura de banda maior que 50nm, geralmente funcionam como filtro passa-alta. Entretanto, apresentam alta perda devido a absor¸c˜ao do espectro de luz.
A Tabela 2.1 mostra a compara¸c˜ao entre os filtros de interferˆencia e de absor¸c˜ao.
Tabela 2.1: Caracter´ısticas dos filtros de interferˆencia e de absor¸c˜ao.
Este trabalho utilizar´a o filtro de absor¸c˜ao, pois tem como objetivo desenvolver filtro WDM para POFs de PMMA.
2.6
Desempenho dos divisores de luz
Os divisores s˜ao conhecidos como splitter , e s˜ao utilizados em sistemas de redes com fibras ´
opticas, principalmente em sistemas WDM, ao dividir a luz eles podem alimentar diversos dispositivos.
A divis˜ao do sinal de luz pode resultar em perda de inser¸c˜ao, que ´e a raz˜ao entre a potˆencia do sinal de sa´ıda e a potˆencia de entrada. Tamb´em h´a a perda devido `as reflex˜oes internas no dispositivo, que ocorre quando a energia que entra vaza por outra porta de entrada, essa perda ´e a perda de retorno. Existe ainda a perda devido ao processo de fabrica¸c˜ao (excess loss) [18].
A Figura 2.17 mostra um splitter dividindo dois comprimentos de ondas em fibras diferentes.
Figura 2.17: Splitter [18].
O desempenho do acoplador (splitter ) depende dos seguintes fatores: • Perda por Inser¸c˜ao;
• Perda excedente (Excess Loss); • Diretividade;
• Raz˜ao de Acoplamento.
Perda por Inser¸c˜ao
A perda por inser¸c˜ao est´a relacionada com a perda entre a potˆencia ´optica de entrada e a de sa´ıda do acoplador (splitter ). A equa¸c˜ao 2.4 [19] ´e utilizada para calcular esse tipo de perda em cada porta do acoplador.
IL(M ) = −10log
PM
Pin
(2.4) Onde,
IL(M ) ´e a perda por inser¸c˜ao,
PM ´e a potˆencia de uma das portas de sa´ıda,
Pin ´e a potˆencia injetada na entrada.
Perda Excedente (Excess Loss)
A perda excedente ´e a raz˜ao entre a potˆencia ´optica injetada na entrada do acoplador, e a soma das potˆencias ´opticas de sa´ıda em cada porta. A equa¸c˜ao 2.5 [19] permite calcular a perda excedente. PEL= −10log PM i PM Pin (2.5) Onde,
PEL ´e a perda de excesso no acoplador,
PM
i PM ´e o somat´orio das potˆencias ´opticas de sa´ıda,
Pin ´e a potˆencia injetada na entrada.
Diretividade ´
E a diferen¸ca entre a potˆencia ´optica injetada na entrada do acoplador e a potˆencia ´optica que retorna pela mesma entrada devido a reflex˜oes internas. A Diretividade pode ser calculada pela equa¸c˜ao 2.6 [19].
D = 10logP2 Pin
(2.6) Onde,
P2 ´e a potˆencia de retorno da porta,
Raz˜ao de Acoplamento
´
E a raz˜ao entre quanto de potˆencia ´optica sai por cada porta do acoplador e o somat´orio das potˆencias ´opticas que saem por todas as portas de sa´ıda, essa raz˜ao pode ser em dB. Essa raz˜ao pode ser calculada pela equa¸c˜ao 2.7 [19].
PCR(M 1) = −10log
PM 1
PM
i PM
(2.7)
Nesta equa¸c˜ao ´e calculado a raz˜ao para porta M1, onde, PM 1 ´e a potˆencia que sai da porta,
PM
Cap´ıtulo 3
Filtros ´
opticos pl´
asticos coloridos e a
sua caracteriza¸
c˜
ao
3.1
Introdu¸
c˜
ao
Este Cap´ıtulo apresenta e explica o desenvolvimento de um filtro ´optico de f´acil manuseio, male´avel e de custo reduzido. Devido as desvantagens do celofane, os filtros constru´ıdos s˜ao de base de polipropileno (filtros tipo gel), operando apenas no vis´ıvel. Al´em disso, ´e mostrado que o filtro ´optico desenvolvido atua apenas como passa-banda ou passa-alta.
3.2
Experimentos,resultados e discuss˜
oes
Foram realizados testes com filtros nas cores: azul, verde, laranja e vermelho pois estes apresentam menores valores de atenua¸c˜ao e correspondem as melhores janelas de trans-miss˜ao das POFs.
Primeiramente, os filtros de celofane foram caracterizados utilizando-se o seguinte sistema: uma fonte de corrente alimenta a lˆampada (a lˆampada utilizada foi a mesma que ´e comercializada em pisca-pisca de natal), que por sua vez injeta luz na POF de PMMA. Esta luz atravessa o filtro de celofane, e ´e capturado pelo cabo de s´ılica de 50 µm, que est´a conectado a fenda de entrada de um espectrˆometro-CCD (400 − 800 nm) modelo SP1-USB 2.0 da Thorlabs, controlado por um computador com o software SPLICCO (Spectrometer and Line Camera Control ). A Figura 3.1 apresenta o diagrama esquem´atico da montagem experimental.
O software SPLICCO gera uma planilha de valores com intensidade e comprimento de onda, que est˜ao na faixa de 400nm – 800nm, com a intensidade da luz que foi captada. Ent˜ao, ao lan¸car os valores da planilha em um editor de gr´afico, ´e poss´ıvel analisar o espectro atrav´es de uma curva de intensidade da luz para cada valor de comprimento de onda, neste projeto foi utilizado o editor de gr´afico Origin.
Figura 3.1: Diagrama esquem´atico da montagem experimental de caracteriza¸c˜ao da trans-mitˆancia dos filtros pl´asticos.
Efetuou-se a caracteriza¸c˜ao dos filtros celofanes. Devido a espessura entre 0,02mm e 0,07mm, s˜ao necess´arias v´arias camadas de filtro para obter um espectro de transmitˆancia aceit´avel. As figuras a seguir exibem a resposta espectral dos filtros.
A Figura 3.2 mostra a resposta espectral para duas camadas de filtro de celofane verde.
Figura 3.2: Resposta de transmitˆancia espectral para 2 camadas de celofane verde. Comportando-se como um filtro passa-banda ´optico
A Figura 3.3 mostra a resposta espectral para duas camadas de filtro de celofane vermelho.
Figura 3.3: Resposta de transmitˆancia espectral para 2 camadas de celofane vermelho. Comportando-se como um filtro passa-alta ´optico.
A lˆampada aplicada nesse experimento n˜ao suporta altas tens˜oes e nem ficar ligada por muito tempo, pois acaba queimando e ainda provoca o derretimento da capa que protege o n´ucleo da POF. Em consequˆencia dessas adversidades, ocorreu a troca por uma lˆampada hal´ogena da marca Komlux, uma luz “fria” com ajuste eletrˆonico de potˆencia. O sistema experimental usado nessa fase est´a ilustrado na Figura 3.4. A fonte de luz “fria” injeta luz em um cabo de fibra ´optica, que est´a conectado a uma estrutura onde encontra-se o filtro a ser caracterizado. A luz injetada, atravessa o filtro e ´e capturado por um cabo de s´ılica de 50µm, que por sua vez est´a conectado `a fenda de entrada de um espectrˆometro-CCD (400 - 800 nm) modelo SP1-USB 2.0 da Thorlabs, controlado por um computador com o software SPLICCO [17].
Figura 3.4: Diagrama esquem´atico da montagem experimental de caracteriza¸c˜ao da trans-mitˆancia dos filtros pl´asticos.
A Figura 3.5 mostra a foto do sistema experimental utilizado na medida da trans-miss˜ao espectral dos filtros [17], correspondente a Figura 3.4.
Figura 3.5: Foto da montagem experimental de caracteriza¸c˜ao da transmitˆancia dos filtros pl´asticos [17].
Os gr´aficos nas Figuras 3.6- 3.9 mostram os resultados obtidos da caracteriza¸c˜ao dos filtros de celofane com quatro camadas, cada.
Figura 3.7: Resposta de transmitˆancia espectral para 4 camadas de celofane verde.
Figura 3.9: Resposta de transmitˆancia espectral para 4 camadas de celofane vermelho.
O filtro azul (Figura 3.6) comporta-se como um filtro passa-banda ´optico, rejei-tando 100% nos comprimentos de onda no vermelho e no amarelo, mas deixando passar um pouco do verde, λ < 540nm. Na faixa do azul h´a a transmiss˜ao total da luz.
O filtro verde (Figura 3.7) comporta-se como um filtro passa-banda ´optico, rejei-tando 100% os comprimentos de onda do vermelho, mas h´a a transmiss˜ao de toda faixa do amarelo, azul e verde.
O filtro laranja (Figura3.8) comporta-se como um filtro passa-alta ´optico, per-mitindo a passagem de luz a partir do comprimento de onda de 480nm, ou seja, h´a a transmiss˜ao de toda a faixa do vermelho e a transmiss˜ao parcial na faixa do amarelo, azul e verde. Este filtro n˜ao ser´a utilizado neste trabalho, pois s´o bloqueia a faixa do ultra violeta.
O filtro vermelho (Figura 3.9) comporta-se como um filtro passa-alta ´optico, trans-mitindo toda faixa do vermelho, rejeitando 100% a faixa de transmiss˜ao do amarelo, verde e azul.
A Tabela 3.1 mostra um resumo dos resultados obtidos para cada filtro de celofane utilizado anteriormente.
Tabela 3.1: Caracter´ısticas de transmiss˜ao utilizando 4 camadas de filtro celofane.
Devido as desvantagens que o papel celofane apresenta, citadas no Capitulo 2, tamb´em foram testados os pl´asticos tipo gel da Neewer.
A Figura 3.10 `a esquerda, mostra o espectro de transmiss˜ao utilizando uma camada de filme gel azul e `a direita utilizando duas camadas.
Figura 3.10: Resposta de transmitˆancia espectral do filtro gel azul.
O filtro em gel azul, comporta-se como um filtro ´optico passa-banda, ao utilizar duas camadas h´a o bloqueio de 100% da transmiss˜ao de luz no comprimento de faixa do
vermelho, amarelo e verde, ou seja, ocorre apenas a transmiss˜ao de luz na faixa do azul. Al´em disto, a largura de banda diminui.
A Figura 3.11 `a esquerda, mostra o espectro de transmiss˜ao utilizando uma camada de filme gel verde e `a direita utilizando duas camadas.
Figura 3.11: Resposta de transmitˆancia espectral do filtro gel verde.
Este filtro comporta-se como um filtro ´optico passa-banda, ao utilizar duas camadas a transmiss˜ao de luz na faixa do comprimento do azul, muda de λ > 470nm para λ > 480nm e a largura de banda diminui. Nas demais faixas n˜ao h´a altera¸c˜ao, ou seja, continua bloqueando totalmente a faixa do vermelho, mas permite atravessar a faixa do amarelo e do verde.
A Figura 3.12 `a esquerda, mostra o espectro de transmiss˜ao utilizando uma camada de filme gel vermelho e `a direita utilizando duas camadas.
Figura 3.12: Resposta de transmitˆancia espectral do filtro gel vermelho.
Este filtro comporta-se como um filtro ´optico passa-alta, ao utilizar duas camadas o comprimento de onda de corte aumenta. Em rela¸c˜ao a transmiss˜ao de luz, ocorre apenas na faixa do comprimento de onda do vermelho.
A partir desses resultados, cnclui-se que os filmes-gel podem ser usados como filtros ´
opticos em sistemas WDM de dois ou trˆes canais, devido `a largura de banda apresentada por estes filmes.
Cap´ıtulo 4
Filtros WDM baseados em divisores
de luz e a sua caracteriza¸
c˜
ao
4.1
Introdu¸
c˜
ao
Neste capitulo s˜ao demonstrados os experimentos realizados com divisores de luz (POF-Splitter ) para divis˜ao do sinal ´optico, que em seguida ´e filtrado utilizando os filmes-gel.
4.2
Experimento, resultados e discuss˜
oes
Neste experimento foram caracterizados splitters 1x3 e 1x2, para posteriormente utiliz´ a-los em sistemas de MUX/DEMUX com POFs de PMMA. Os splitters do projeto s˜ao da DieMount.
Os divisores foram constru´ıdos com filtros de filmes-gel que atuam como passa – banda ´optico ou passa – alta ´optico, essa caracter´ıstica depende da cor do filtro, conforme discutido no Cap´ıtulo 3.
As principais janelas de transmiss˜ao das POFs de PMMA s˜ao: 650 nm, 520 nm, 570 nm e 450nm, logo os filtros em gel selecionados para serem utilizados como filtro foram: o vermelho, o verde e o azul.
Figura 4.1: a) Splitter 1x2 DieMount, b) Splitter DieMount conectado `a POF com sleeves fornecidos pela pr´opria DieMount [20].
Figura 4.2: Splitter 1X3 da Diemount.
Ap´os os resultados apresentados no Capitulo 03,concluiu-se que seria mais ade-quado combinar os filtros vermelho e verde; vermelho e azul. Uma vez que o filtro vermelho bloqueia 100% a transmiss˜ao das luzes, verde e azul; o filtro verde bloqueia a transmiss˜ao de luz para λ > 600nm; e o filtro azul, bloqueia 100% a transmiss˜ao da luz vermelha.
4.2.1
Splitter 1X2
Nas extremidades dos demultiplexadores existe uma camada de filme pl´astico gel. Um deles cont´em os filtros vermelho e verde; enquanto no outro est˜ao os filtros azul e vermelho. ´
E poss´ıvel observar quanto um filtro ´e capaz de transmitir um canal e rejeitar outro. Os filtros tˆem uma largura e uma altura menor que 2 mm e maior que 1 mm. Na Figura 4.3 [20] ´e poss´ıvel visualizar os splitters com os filtros.
Figura 4.3: `A esquerda: Splitter com filtros verde e vermelho. `A direita: Splitter com filtros azul e vermelho [20].
Para realizar o experimento foi fixado uma POF nas extremidades dos splitters a fim de proteger esses filtros. A conex˜ao entre a POF e a extremidade do acoplador foi feita pingando uma pequena gota de SuperBonder Gel e inserindo um ferrolho de metal, fornecido pela DieMount junto aos acopladores. Na Figura 4.4 [20] ´e poss´ıvel observar o acoplador em seu estado final.
O SuperBonder Gel foi utilizado pois o seu tempo de cura ´e menor que o Super-Bonder Original, sendo poss´ıvel fazer um alinhamento melhor entre a POF e o filtro, e uma pequena perda de transmiss˜ao. Al´em dessas vantagens, acredita-se que o ´ındice de refra¸c˜ao do SuperBonder Gel ´e de 1,49 combinando com o da POF-PMMA SI (n= 1,492) [20].
Para caracterizar os prot´otipos, verifica-se a perda de luz ao passar pelo demulti-plexador. A potˆencia ´e injetada no Mode-Scrambler (embaralhador de modos) que est´a conectado com o DEMUX, ao final do enlace a potˆencia ´e medida em cada porta, utili-zando o medidor de potˆencia ´optica da Thorlabs, modelo PM20A. Efetua-se uma sequˆencia de dez medidas, para obter a m´edia desses valores como resultado final.
O Mode-Scrambler no padr˜ao japonˆes JIS6863 constru´ıdo no pr´oprio laborat´orio, for¸ca o equil´ıbrio modal na POF, antes da luz chegar no acoplador. A potˆencia de luz injetada pelo laser na entrada do acoplador, ´e chamada de Pref. As potˆencias de sa´ıda de
cada porta s˜ao referidas como PS1 e PS2.
O desenho esquem´atico para realizar as medidas pode ser visto na Figura 4.5 [20].
Figura 4.5: Esquema para a caracteriza¸c˜ao ´optica do DEMUX [20].
Demultiplexador de 2 canais: verde e vermelho
No primeiro experimento utilizou-se o laser de diodo verde de 520 nm da Roithner e em seguida o laser vermelho HeNe de 633 nm, da optoeletrˆonica de S˜ao Carlos. Lembrando que ´e realizado uma sequˆencia de dez medidas, ent˜ao para cada laser e cada filtro, calcula-se a perda de incalcula-ser¸c˜ao m´edia (IL) em dB, e as potˆencias m´edias de entrada e sa´ıda como observado na Tabela 4.1 [20].
Tabela 4.1: Parˆametros medidos do DEMUX [20].
Ao utilizar o laser de diodo verde, obteve-se na sa´ıda S1 uma perda de inser¸c˜ao m´edia de 9,8 dB, por´em na sa´ıda S2 houve o bloqueio de 100% da luz verde. Com o laser vermelho HeNe da optoeletrˆonica de S˜ao Carlos, na sa´ıda S1 observa-se uma perda de inser¸c˜ao m´edia de 44,2 dB, sendo poss´ıvel considerar que houve um bloqueio total da luz vermelha, na sa´ıda S2 a perda foi de 9,2.
Demultiplexador de 2 canais: azul e vermelho
O experimento seguiu o mesmo passo do prot´otipo anterior, a ´unica diferen¸ca s˜ao os filtros que ser˜ao caracterizados, e o laser verde foi substitu´ıdo pelo azul pois a inten¸c˜ao ´e verificar e efic´acia dos filtros.
As medidas come¸caram com o laser de diodo azul de 450nm da Roithner, e poste-riormente o laser vermelho HeNe de 633 nm, da optoeletrˆonica de S˜ao Carlos foi colocado. O filtro vermelho encontra-se na porta de sa´ıda S1 e o azul na porta de sa´ıda S2. A Tabela 4.2 mostra a perda de inser¸c˜ao m´edia (IL) em dB, e as potˆencias m´edias de entrada e sa´ıda [20].
Tabela 4.2: Parˆametros medidos do DEMUX [20].
Com o laser de diodo azul, verifica-se um bloqueio de 100% da luz azul na porta de sa´ıda S1 e na S2 h´a uma perda de inser¸c˜ao m´edia de -9,2 dB. Na segunda etapa, com o laser vermelho, nota-se na porta de sa´ıda S1 uma perda de inser¸c˜ao m´edia de -8,7 dB e na sa´ıda S2 a perda ´e de -47,2 dB, sendo poss´ıvel concluir que o filtro azul bloqueou quase 100% da luz vermelha.
4.2.2
Splitter 1X3
Da mesma forma que os demultiplexadores 1X2, na sa´ıda do demultiplexador h´a uma camada de filme em gel nas cores verde, vermelho e azul. A fim de proteger os filmes, foi fixado em cada extremidade uma POF com aproximadamente 6 cm de comprimento, e a conex˜ao entre o splitter e a POF foi feita atrav´es de um sleeve. Na Figura 4.6 [20] ´e poss´ıvel ver esse prot´otipo.
Figura 4.6: Splitter 1X3 com os filtros fixados [20].
Para caracterizar o DEMUX, uma potˆencia de luz ´e injetada pelo laser na entrada do acoplador, essa potˆencia ´e chamada de Pref. As potˆencias de sa´ıda de cada porta
s˜ao medidas com o uso do medidor de potˆencia ´optica da Thorlabs, modelo PM20A, as potˆencias de sa´ıdas s˜ao referidas como PS1, PS2 e PS3.
Na Figura 4.7 [20] ´e poss´ıvel observar a estrutura utilizada para realizar a carac-teriza¸c˜ao do DEMUX.
Figura 4.7: Estrutura para a caracteriza¸c˜ao ´optica do DEMUX [20].
Os lasers azul e vermelho s˜ao os mesmos utilizados na caracteriza¸c˜ao do DEMUX 1X2. O laser verde ´e o de Nd-YAG da Roithner de 532 nm, devido a intercess˜ao espectral que existe entre as curvas de transmitˆancia dos filtros verde e azul, que est´a na faixa de 460 nm a 525nm [20]. Manteve-se a sequˆencia de dez medidas, para depois efetuar a m´edia dos resultados. A porta de sa´ıda S1 cont´em o filtro verde, a S2, o vermelho e a S3, o azul.
A Tabela 4.3 mostra as perdas de inser¸c˜ao m´edia (IL) em dB, e as potˆencias m´edias de entrada e sa´ıda [20] para este experimento.
Tabela 4.3: Parˆametros Medidos do DEMUX [20].
Na primeira etapa, o laser de diodo verde ´e utilizado. Obteve-se uma perda de inser¸c˜ao m´edia na sa´ıda S1 de 15,2 dB, na sa´ıda S2 houve o bloqueio de 100% da luz e
na sa´ıda S3 a perda de inser¸c˜ao m´edia foi -30,9 dB podendo ser considerado o bloqueio de quase 100% da luz.
Na segunda etapa com laser vermelho de HeNe, verifica-se que nas sa´ıdas S1 e S3 ocorre o bloqueio de 100% da luz, enquanto que na sa´ıda S2 foi medida uma perda de inser¸c˜ao m´edia de 12,5 dB.
Por ´ultimo, o laser de diodo azul ´e utilizado e observa-se, nas sa´ıdas S1 e S2 que a luz ´e 100% bloqueada, mas na sa´ıda S3 a perda de inser¸c˜ao m´edia ´e de 14,7 dB.
Conclu´ı-se que os demultiplexadores em quest˜ao s˜ao eficazes, pois transmitem o comprimento de onda do canal desejado e rejeita os indesejados.
Cap´ıtulo 5
OPMo para 1 (dynamic range
enhancement) e 2 canais (WDM)
5.1
Introdu¸
c˜
ao
Neste capitulo s˜ao demonstrados os testes realizados para o OPMo de um canal e dois canais WDM.O OPMo opera sem perturbar a propaga¸c˜ao da luz e ´e bidirecional. A luz que emerge naturalmente da fibra exposta ´e captada pelo Foto-Darlington. O OPMo proposto tem como objetivo medir a potˆencia ´optica m´edia do sinal propagado na fibra, sem interromper o enlace.
O OPMo ´e constitu´ıdo por um tubo de PVC, contendo um furo longitudinal e dois transversais vedados de luz externa. No orif´ıcio longitudinal, passa um trecho de POF de 20 cm, com 2,2 mm de diˆametro, sendo 11mm de POF sem a cobertura de poliestileno para captar a luz que emerge naturalmente. Nos furos transversais que s˜ao pr´oximo ao trecho de fibra exposta, s˜ao fixados dois fotodetectores com a configura¸c˜ao Foto-Darlingtons (PD). Os fotodetectores escolhidos s˜ao do modelos SD3410/5410 da Honeywell [24], funcionam simultaneamente como detector de luz e amplificador, n˜ao h´a a necessidade de recorrer a um circuito eletrˆonico adicional de amplifica¸c˜ao. Al´em disso, uma impedˆancia de 6,8K ´e conectada em s´erie com os fotodetectores [21]. O datasheet do PD encontra-se no apˆendice.
Figura 5.1: OPMo [23].
A Figura 5.2 [21], mostra o esquema da estrutura experimental do OPMo, que foi explicado anteriormente.
Figura 5.2: Modelo esquem´atico do OPMo [21].
5.2
Experimentos, resultados e discuss˜
oes
5.2.1
A influˆ
encia da impedˆ
ancia no OPMo
Para analisar a influˆencia da impedˆancia no OPMo, a impedˆancia que ´e ligada em s´erie com os PDs ´e variada, come¸cando em 6,8 KΩ , aumentando para 110 KΩ, 220 KΩ ,680 KΩ e por fim 1 MΩ.
A varia¸c˜ao da impedˆancia de 6,8 KΩ at´e 1 MΩ pode resultar no dispositivo um ganho de 10,8 dB, a equa¸c˜ao 5.1 mostra esse c´alculo:
P (dB) = 10log s
1M Ω 6, 8Ω
(5.1)
Um LED da DieMount, emitindo luz no comprimento de onda central de 650 nm, injeta luz no experimento. Um volt´ımetro ´e utilizado para medir a tens˜ao na resistˆencia. O PD ´e eletricamente polarizado com 5V DC, e ao final do enlace h´a o medidor de potˆencia ´
optica. O ´oleo mineral Nujol foi aplicado entre as conex˜oes, pois ele faz o “casamento de impedˆancia ´optica”, diminuindo a atenua¸c˜ao entre as conex˜oes. Este ´oleo apresenta um ´ındice de refra¸c˜ao de 1,49 que ´e bem pr´oximo ao da POF.
Na Figura 5.3 temos o esquema experimental utilizado para medir a influˆencia da impedˆancia de carga no OPMo.
Figura 5.3: Esquema experimental para medir a influˆencia a da impedˆancia de carga no OPMo.
A varia¸c˜ao da impedˆancia ligada em s´erie com o PD, resulta em um aumento de at´e 10dB em sua sensibilidade ´optica e n˜ao se observa satura¸c˜ao na faixa de potˆencia ´
optica testada, quando apenas um Foto-Darlington ´e utilizado [21]. Na figura 5.4 pode ser visto o desempenho do OPMo.
Figura 5.4: Desempenho do OPMo ao variar a impedˆancia de carga resistiva.
No momento em que a carga de impedˆancia resistiva est´a em 1 MΩ, a leitura dos dados ´e relativamente est´avel. Por esse motivo a impedˆancia foi variada at´e 1 MΩ, pois para valores acima seria necess´ario fazer processamento de dados [21].
Como n˜ao h´a satura¸c˜ao do PD para potˆencias maiores que -5 dBm, a faixa dinˆamica do OPMo pode aumentar para valores acima de 45 dB [21].
5.2.2
Caracteriza¸
c˜
ao e Configura¸
c˜
ao dos dois canais WDM
Nesta estapa, cada PD ´e conectado em s´erie com uma impedˆancia de carga de 680 KΩ. Os LEDs usados s˜ao os da DieMount, centrados em 470 nm e 650 nm. A luz ´e injetada no circuito e, ao final, o sinal el´etrico de sa´ıda ´e medido (dBV). A finalidade ´e verificar a capacidade do filtro em transmitir bem o comprimento de onda no qual o seu canal est´a centrado, e rejeitar o outro. O Nujol continua sendo aplicado nas conex˜oes.
Na Figura 5.5 [22] apresenta a configura¸c˜ao da caracteriza¸c˜ao dos dois canais WDM.
As folhas de celofane utilizadas s˜ao a laranja e a azul, pois durante a realiza¸c˜ao desse experimento n˜ao havia folha de celofane vermelho. Al´em disso, ainda n˜ao havia sido realizado os estudos com os filtros em gel e os mesmo n˜ao estavam dispon´ıveis. As folhas de celofane foram manuseadas adequadamente para ficarem compactas e serem colocadas em frente `a janela plana transparente dos fotodetectores. O canal 1 cont´em duas camadas de filtro azul, o canal 2 cont´em trˆes camadas de filtro laranja.
Ao injetar luz no OPMo ´e efetuada uma varredura da potˆencia ´optica injetada (dBm) e dos sinais el´etricos de sa´ıda (dBV).
Considerando apenas o canal 1, com o LED azul, obt´em-se a sensibilidade e faixa dinˆamica de -25 dBm e 28 dB. Ao injetar a luz do LED vermelh, a rejei¸c˜ao ´e de 45 dB, esse resultado est´a na Figura 5.6.
Considerando apenas o canal 2, com o LED azul, a rejei¸c˜ao ´e de 20,2 dB, como ilustrado na Figura 5.7. Ao injetar a luz do LED vermelho, obt´em-se a sensibilidade e faixa dinˆamica de -35 dBm e 40 dB, respectivamente. As luzes n˜ao foram injetadas ao mesmo tempo no OPMo [23].
Figura 5.7: Resposta do Canal 2 sob lan¸camento de luz azul [23].
Os experimentos realizados permitem concluir, que ´e poss´ıvel comprovar o funcio-namento de um monitor de potˆencia ´optica para dois canais WDM em um enlace de POF de PMMA. Os filtros utilizados obtˆem os resultados esperados.
Cap´ıtulo 6
Conclus˜
ao e Trabalhos Futuros
6.1
Introdu¸
c˜
ao
Neste cap´ıtulo, ´e realizado a recapitula¸c˜ao de tudo que foi apresentado e fornecer´a suges-t˜oes futuras que possibilitar˜ao a continuidade e o aperfei¸coamento deste trabalho.
6.2
Conclus˜
ao
Este trabalho de conclus˜ao de curso, tratou da aplica¸c˜ao de filtros WDM e do desenvol-vimento de um dispositivo com caracter´ısticas originais, a fim de medir a potˆencia m´edia que trafega em um enlace de fibra ´optica polim´erica padr˜ao de SI-PMMA. Nos primei-ros cap´ıtulos encontra-se o embasamento te´orico para o entendimento dos experimentos descritos nos cap´ıtulos subsequentes.
Na etapa experimental, primeiro foi realizado um estudo a fim de escolher o melhor filtro para ser empregado em um sistema WDM de at´e 3 canais, concluindo que o filtro ´
optico a base de pl´astico tipo gel ´e o mais adequado, pois s˜ao de baixo custo e de f´acil manuseio. Al´em disso, os resultados obtidos s˜ao melhores ao compar´a-lo com o filtro ´optico de celofane, visto que n˜ao h´a a degrada¸c˜ao da cor com o tempo e tendo uma espessura maior, n˜ao h´a a necessidade de empregar muitas camadas de filtro. Os filmes-gel na cor azul, verde e vermelho funcionam de forma adequada em um sistema WDM, uma vez que essas cores s˜ao compat´ıveis com a janela de transmiss˜ao da POF. O filme-gel vermelho, bloqueia 100% a luz verde e azul, enquanto que a luz vermelha pode ser apenas um pouco omissa, com a utiliza¸c˜ao dos filmes-gel azul ou verde.
associada ao fotodetector em um Monitor de Potˆencia ´Optica (OPMo). A impedˆancia foi variada de 6,8 KΩ at´e 1 MΩ, verificando que h´a um aumento de 10 dB na sensibilidade (e faixa dinˆamica).
Por fim, apresentou-se o funcionamento do OPMo para 2 canais WDM, com o uso de filtros ´opticos de celofane pois at´e o momento n˜ao estava dispon´ıvel os filtros ´
opticos a base de gel. Ao analisar o canal 1(continha 2 camadas de filtro azul), para o LED vermelho, observou-se uma sensibilidade e faixa dinˆamica de -35 dBm e 40 dB, respectivamente. Repetindo a mesma varredura, mas com o LED azul, a rejei¸c˜ao medida foi de 20,2 dB. J´a para o canal 2 (3 camadas de filtro laranja), para o LED azul, resultou-se em uma sensibilidade e faixa dinˆamica de -25 dBm e 28 dB, respectivamente. Repetindo a mesma varredura, mas para a o LED vermelho, a rejei¸c˜ao medida foi de 45 dB.
Os divisores de luz com o filtro em gel apresentaram um bom desempenho para rede de curta distˆancia.
6.3
Trabalhos Futuros
Todo o trabalho escrito at´e aqui apresentou o estudo e as experiˆencias para a realiza¸c˜ao de filtro WDM e monitor de potˆencia ´optica (OPMo) para enlaces com fibras ´opticas polim´ericas.
Visando a continua¸c˜ao desse trabalho, espera-se realizar a caracteriza¸c˜ao dos fil-tros em gel no OPMo. Espera se obter um aprimoramento deve para possibilitar a co-mercializa¸c˜ao do OPMo, com um microprocessador ou micro controlador para controle e processamento de dados em um visor de cristal l´ıquido. Com uma alimenta¸c˜ao fornecida por fonte de bateria ou alternada.
