Amplificador óptico híbrido Raman/EDFA com controle automático de ganho para redes DWDM reconfiguráveis

Abstract

Seeking to support the massive deployment of information and communication technologies (ICTs) by means of a more efficient usage of the optical fiber infrastructure, DWDM optical networks have been undergoing a significant capacity evolution, by using advanced modulation formats for optical channels operating at data rates of 100 Gb/s and beyond, as well as by employing dynamic and reconfigurable network topologies. These new generation optical networks impose new performance benchmarks on the optical amplifiers. Specifically, the dynamic characteristics of the network make mandatory the deployment of control schemes which assure stringent optical gain spectral flatness while the usage of high-order advanced modulation formats translate into more strict margins of signal-to-noise ratios for the detected signals. In this context, this thesis proposes and experimentally evaluates an hybrid Raman/EDFA optical amplifier topology, introducing a novel automatic gain control scheme and demonstrating improved performance over the optical amplifiers already in use in DWDM reconfigurable networks. The developed hybrid optical amplifier is based on a distributed counter-propagating Raman stage, displaying excellent noise figure performance (albeit presenting low conversion efficiency-PCE) followed by an EDFA stage, which assures high output power, due to its high PCE. Flat spectral gain was achieved by means of a novel gain control technique, based on the parallel and independently acting of two control schemes, the first applied over the Raman amplifying stage, aiming at a variable target gain and low spectral gain ripple, while the other seeks to attain a fixed target gain at the EDFA, assuring a high output power.

Simulation of Digital Optical Receiver of Intensity Modulation and Direct Detection

“…According to ITU (International Telecommunications Union), 35 nm [9](from 1 530 nm to 1 to be a useful band of amplification of the EDFA. On the other hand, with the increase in power of the input signal, the EDFA gain diminishes.…”

Técnicas avançadas de projeto e processamento digital de sinais para sistemas ópticos sem repetição de alta capacidade

“…em que P s é a potência do sinal, P 0 é a potência de entrada do bombeio, g R é o coeficiente de ganho Raman, α s é o coeficiente de atenuação da fibra para o sinal, z é o comprimento da fibra, G N é o ganho de rede e L ef f é o comprimento efetivo, dado por: [102]. O uso de bombeios de alta ordem possibilita a redução da NF dos amplificadores Raman, uma vez que é possível distribuir uniformemente o ganho ao longo do comprimento da fibra [103]. Para a NF, considerando bombeios de segunda ordem contrapropagante e bidirecional, observam-se ganhos de 1 dB, para o bombeio contrapropagante, e 0,5 dB, para o bidirecional, ambos de segunda ordem em relação aos bombeios de primeira ordem [104].…”

Modelagem dinâmica do EDFA e o controle totalmente óptico de ganho

“…(1558 nm) amplificado por um EDFA com AOGC, com atenuação de 10 dB, quando o canal de controle localiza-se em (1) 1535 nm, (2) 1547,7 nm, (3) 1554 nm e (4) 1557 nm, durante a inserção e retirada de outros 7 canais a cada 1 ms (escala de tempo de 200 μs/div) [21]. mW e potência de entrada de sinal de 0,6 µW, para o modelo de EDFA (a) pelo método de elementos finitos (e resultados experimentais) [28] (da ordem de μs) são lentas quando comparadas ao tempo de trânsito do bombeio e dos sinais ao longo do EDFA (da ordem de ns).…”

“…Ambos os fatores são responsáveis por variações no ganho dos canais após a variação da potência de entrada no EDFA. A Fig.3.2 ilustra como esses fatores influenciam a resposta do EDFA[2,10], onde se observa o comportamento transiente típico dos sinais fotodetectados, que representam os níveis de potência de saída dos canais de um EDFA com AOGC durante a adição e remoção de canais na banda C[21]. Neste caso em particular, o experimento empregou um EDFA com AOGC semelhante ao esquematizado pela Fig 3.1, submetido a um sinal de entrada que contava com a inserção ou retirada de sete de oito canais a cada 1 ms. Neste caso, destaca-se o comportamento de um dos canais (canal sobrevivente) que foi escolhido para permanecer amplificado antes, durante e depois da adição e remoção de outros sete canais, para situações onde  c foi escolhido em 1535, 1547,7, 1554 e 1557 nm.…”

“…Em relação ao esquema da Fig.3.1, observar a substituição dos acopladores direcionais e do filtro sintonizável da malha de realimentação por filtros do tipo add/drop. Neste caso, uma amostra de banda estreita da ASE é retirada na saída do EDFA por meio do add/drop de saída, centrado em um determinado comprimento de onda λ c fixo e fora da banda C. Uma análise experimental mostrou que o comprimento de onda de 1528 nm era um valor adequado para o canal de controle por manter um compromisso entre RO e SHB dentro de níveis sistêmicos aceitáveis[21]. A amostra selecionada é, então, direcionada ao add/drop de entrada, após passar por um atenuador óptico variável (VOAvariable optical attenuator).…”