ComunicaçõesÓpticas 16 17

Comunicações Ópticas

Amplificadores Ópticos

2

Introdução

 Em um sistema de comunicação óptica, o sinal

óptico é atenuado após a propagação na fibra óptica e até pelos dispositivos encontrados no caminho de propagação, tais como multiplexadores, comutadores e acopladores.

3

Introdução

 Após alguma distância, a perda acumulada pode

fazer com que a potência óptica do sinal recebido no fotodetector não possa ser detectada.

 Antes disso acontecer, o sinal óptico necessita de

4

Introdução

 Amplificadores Puramente Ópticos são aqueles

que amplificam exclusivamente as Radiações Luminosas, na forma de Fótons.

 Os Amplificadores Puramente Ópticos ou,

simplesmente Amplificadores Ópticos, conhecidos como: AO´s (do Inglês: Optical Amplifiers), são considerados um dos pontos mais importantes de um Sistema de Telecomunicações Ópticas.

5

Introdução

 Sua finalidade básica é a de promover a

amplificação óptica dos sinais entrantes, de forma transparente, independente do tipo de modulação ou protocolo utilizado.

 Portanto, com o uso de AO´s, um sinal óptico

poderá ser transmitido a distâncias muito maiores, sem necessidade de Regeneradores.

6

Introdução

 Lembramos que os Regeneradores são

equipamentos que convertem primeiramente as Radiações Luminosas em Energia Elétrica, na forma de Elétrons, promovem a amplificação elétrica e, a re-converte novamente em Radiações Luminosas, fazendo desta forma uma conversão indesejável O - E - O.

7

Introdução

 No caso de Enlaces Ópticos que se utilizam Sistemas

C/D/DWM, esta amplificação deve ser a mais uniforme possível, em todos os canais em que o Sistema opera.

 Os Amplificadores Ópticos são largamente usados em

Sistemas de Comunicações Ópticas, exercendo funções de

Amplificador de Potência (conhecido como Booster ), usado logo após o Multiplexador, Amplificador de Linha, colocado no meio de um enlace e, também como Pré-Amplificador, logo antes do Demultiplexador.

8

Aplicações gerais

 Amplificador de potência (Pós-amplificador)

É colocado logo a seguir à fonte óptica de modo a aumentar a potência transmitida, e deste modo aumentar a distância de transmissão. Conjugando um amplificador de potência com um pré-amplificador é possível atingir distâncias entre 200 e 250 km em sistemas limitados pela atenuação.

9

Aplicações gerais

 Amplificador de linha

Usado para compensar a atenuação da fibra óptica em sistemas limitados pela atenuação, permitindo aumentar a distância entre regeneradores.

10

Aplicações gerais

 Pré-amplificador

Usado para amplificar um sinal fraco antes da fotodetecção, permitindo mitigar o efeito do ruído de origem térmica originado no receptor e melhorar a relação sinal-ruído.

11

Aplicações gerais

 Amplificador de compensação

Usado para compensar as perdas devidas à derivação de potência.

12

Amplificadores Ópticos x Regeneradores

 Os amplificadores ópticos possuem algumas

vantagens em relação aos regeneradores:

– Os regeneradores dependem da taxa de transmissão e do formato de modulação utilizado pelo sinal óptico.

13

Amplificadores Ópticos x Regeneradores

– Amplificadores ópticos possuem uma largura de banda de ganho maior para amplificação, de modo que um único amplificador óptico pode amplificar diversos comprimentos de onda ao mesmo tempo.

 Em contrapartida, introduzem ruído ao longo da

propagação do sinal no sistema de transmissão óptico.

14

Parâmetros dos Amplificadores Ópticos

Amplificador Óptico, são os seguintes:

– Faixa de Operação [ nm ]

– Faixa de Variação de Potência de Entrada [ dBm ] – Faixa de Variação de Ganho [ dB ]

– Figura de Ruído [ dB ] – Potência de Saída [ dBm ]

– Eficiência da Conversão de Potência [ % ]

– PDG ( P olarization D ependent G ain ) [ dB ] – PMD ( P olarization M ode D ispersion ) [ ps ]

15

Principais Tipos de Amplificadores Ópticos

 Vamos para fins didáticos, dividir os Amplificadores

Puramente Ópticos, em duas Categorias:

1. Amplificadores Ópticos baseados em Fibras Ópticas, geralmente denominados de OFA´s (do Inglês: Optical Fibre Amplifiers).

2. Amplificadores Ópticos baseados em Guias de Onda Ópticas, normalmente chamados de OWGA´s (do Inglês: Optical Wave Guide Amplifiers).

16

Principais Tipos de Amplificadores Ópticos

baseados em Fibras Ópticas, (OFA´s) da maneira abaixo:

- EDFA (do Inglês: Erbium Doped Fibre Amplifier)

- EYDFA ( do Inglês: Erbium Ytterbium Doped Fibre

Amplifier)

- PDFFA (do Inglês: Praseodymium Doped Fluoride Fibre

Amplifier)

- TDFFA (do Inglês: Thulium Doped Fluorid Fibre Amplifier) - RA (do Inglês: R aman A mplifier)

17

Principais Tipos de Amplificadores Ópticos

 Os Amplificadores Ópticos baseados em Guias de Onda

Ópticas ( OWGA ´s), podem ser subdivididos da seguinte forma:

- EDWA (do Inglês: Erbium Doped Waveguide Amplifier)

- SOA (do Inglês: Semiconductor Optical Amplifier) - LOA (do Inglês: Linear Optical Amplifier )

18

Compressão de Ganho

 Independentemente do tipo do Amplificador

Óptico utilizado, utiliza uma técnica chamada de Compressão de Ganho.

 Esta técnica reserva uma parte do ganho do

Amplificador Óptico para compensar problemas Sistêmicos e, também existentes no amplificador em si.

19

Compressão de Ganho

 As compensações sistêmicas são as advindas da

degeneração das condições iniciais de projeto, devido à:

 Aumento da atenuação do enlace, devido à

Degradação das Fibras Ópticas.

 Perda de sensibilidade pelo Receptor Óptico,

20

Compressão de Ganho

 Aumento da atenuação dos ´´Jumpers`` (cabos

óticos usados na interligação dos equipamentos ópticos) devido, via de regra, a realocação de equipamentos nas estações terminais e de passagem.

 Aumento da atenuação nos conectores Ópticos,

principalmente quando sujeitos a um número elevado de manobras.

21

Compressão de Ganho

 Aumento da atenuação do enlace, pela introdução

de emendas por fusão, devido à rupturas acidentais, no Cabo de Fibras Ópticas.

 os Amplificadores Ópticos operam em uma

determinada Faixa de Passagem (também chamada de Banda Passante) e, apresentam Variação de seu Ganho, em função do Comprimento de Onda e da Potência do Sinal de Entrada.

22

Compressão de Ganho

 Dessa forma, a amplificação de determinados

Comprimentos de Ondas está limitada a Faixa Passagem do Amplificador Óptico e, a Variação de Ganho em Função da Potência do Sinal de Entrada.

23

Compressão de Ganho

 Quando um sinal de pequena intensidade é

aplicado na entrada de um Amplificador Óptico inicia-se um processo de amplificação, proporcionando um alto ganho. Com o aumento do Sinal de Entrada, o ganho do amplificador diminui, e desta forma, a potência do sinal na saída, diminui na mesma proporção.

24

Compressão de Ganho

 Esse comportamento ocorre até um ponto onde

um aumento da Potência do Sinal de Entrada implica em uma queda da Potência do Sinal de Saída.

 Este valor da Potência do Sinal de Entrada define

a condição de Saturação do Amplificador, isto é, para Sinais de Entrada com intensidade superior ao ponto de saturação, não haverá uma amplificação significativa.

25

Compressão de Ganho

 A esta faixa de onde o ganho está saturado,

denomina-se Compressão de Ganho.

 Alguns Fabricantes utilizam em seus

equipamentos um ganho menor que o máximo ganho possível, logo abaixo da Compressão de Ganho , com a finalidade de poder garantir a operação do Amplificador Óptico, mesmo com uma diminuição indesejável da Potência do Sinal de Entrada.

26

Compressão de Ganho

 Isto é feito para compensar algumas das

degenerações das condições iniciais de projeto que já descritas anteriormente e, o valor adotado para esta Compressão é, de 3db.

27

Tipos de amplificadores ópticos

 Amplificador de fibra dopada

A amplificação tem lugar num troço de fibra dopada (érbio para a banda de 1.55 μm e neodímio para a banda de 1.3 μm). A alimentação é feita por um laser.

28

Amplificadores a fibra dopada com Érbio

(EDFA)

 Disponibilidade de lasers de bombeio a

semicondutor compactos e confiáveis.

 Dispositivo completamente óptico.

 Não é dependente da polarização do sinal.

 Permite fácil acoplamento do sinal óptico na fibra

óptica e vice-versa.

 Utilizado na amplificação de sinais na banda C e

29

Tipos de amplificadores ópticos

 Amplificador de Raman

A amplificação tem lugar na fibra óptica usada na transmissão do sinal óptico através do efeito de Raman.

30

Amplificadores Raman

 Utiliza-se do efeito não-linear de espalhamento

Raman estimulado.

 Pode fornecer ganho em qualquer comprimento

de onda, sendo utilizado nas outras bandas em que o EDFA não é utilizado.

 O bombeio é transmitido na própria fibra, não

havendo necessidade de conexão com uma fibra dopada.

31

Tipos de amplificadores ópticos

 Amplificador de semicondutor (SOA,

semiconductor optical amplifier)

A amplificação tem lugar numa heterojunção de material semicondutor, acoplada à fibra óptica.

32

Amplificadores ópticos a

semicondutor

 São utilizados em comutadores ópticos e

dispositivos conversores de comprimento de onda.

 Introduz muita interferência (crosstalk) em sistemas

WDM.

 Os ganhos e as potências de saída possuem valores

inferiores aos alcançados com os EDFAs.

 As perdas de acoplamento e as relacionadas às

perdas dependentes da polarização do sinal são maiores que nos EDFAs.

 Os valores de figura de ruído são maiores que os

33

Vantagens

 Devido à largura de banda elevada permite

amplificar sinais WDM constituídos por um grande número de canais.

34

Vantagens

 Como a amplificação tem lugar no domínio

óptico, permite realizar uma ligação transparente relativamente ao formato e ao débito binário.

35

Vantagens

 Permite aumentar a capacidade atuando

unicamente nos terminais do sistema.

 Permite compensar as perdas de componentes

passivos (derivadores, filtros,acopladores, comutadores ópticos, etc.)