Resumo aula anterior

1. Resumo aula anterior Conectores, acopladores e adaptadores tanto para comunicações qtotb para outros propósitos. Interruptores ópticos 20110523

2. Tarefas? • Design and Simulation of Planar Electro-optic Switches in Ferroelectrics • M. Krishnamurthi, L. Tian and V. Gopalan, Appl. Phys. Lett., 93 052912 (2008).PDFouPDF2 Interruptor de 60ns: NanonaTM High Speed & Low Loss Optical Switch Semiconductor optical switches reach the speed of light April 29, 2011 Ctistis, G., Yuce, E., Hartsuiker, A., Claudon, J., Bazin, M., Gérard, J., & Vos, W. (2011). Ultimatefastopticalswitchingof a planar microcavity in thetelecomwavelength range AppliedPhysicsLetters, 98 (16) DOI: 10.1063/1.3580615 switch a light beam within a semiconductor device at speeds of 0.3 picosecond 2 Tarefa: como detectar?

3. Light Cloak • http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7553061.stm Page last updated at 00:53 GMT, Monday, 11 August 2008 01:53 UK Invisibility cloak 'step closer' • http://www.sciencedaily.com/releases/2008/08/080811092450.htm Invisibility Cloak One Step Closer: New Metamaterials Bend Light Backwards • http://www.newsguide.us/education/science/Invisibility-Cloak-for-Almost-Visible-Light/ Invisibility Cloak for Almost-Visible Light

4. A última sobre light cloak Presentation QTuG5 "Three-dimensional invisibility carpet cloak at 700 nm wavelength," by Joachim Fischer et al. is at 11 a.m. Tuesday, May 3. Fischer et al. will also present CML1, "Three-Dimensional Laser Lithography with Conceptually Diffraction-Unlimited Lateral and Axial Resolution," at 10:15 a.m. Monday, May 2. Appearing in CLEO: QELS - Fundamental Science categorywas a paperdemonstrating a full 3-D invisibilitycloak in visible light by a researchteamfromthe Karlsruhe Instituteof Technology in Germany. Ainda não publicado extensivamente

5. AMPLIFICADOR ÓPTICO O QUE É PARA QUE É QUE TIPOS HÁ

6. Exemplo de comunicação óptica

7. Antigamente • Tradicionais repetidores eletrônicos

8. Objetivos dos amplificadores

9. Parte das perdas são atribuídas a diferentes tipos de acoplamentosLembremos

10. SMF SMF SMF ωo = 5.15µm núcleo núcleo SMF ωo = 25µm Eficiência de Acoplamento Sensitividade ao desalinhamento transversal ∆x η(∆x) = e –(∆x/ωo)2 www.worldtechconsultants.com

11. SMF SMF Ө SMF ωo = 25µm núcleo núcleo SMF ωo = 5.15µm Eficiência de acoplamento Sensitividade de desalinhamento angular η(Ө) = e -(ΠӨωo/λ)2 • Modo expandido melhora a sensitividade de desalinhamento transversal, mas aumenta a sensitividade angular. • Modo limitado pelas dimensões da fibra -> bom compromisso

12. SMF SMF núcleo núcleo SMF ωo = 5.15µm SMF ωo = 5.15µm SMF ωo = 25µm SMF ωo = 25µm Eficiência de acoplamento Sensitividade por desalinhamento longitudinal ∆z For “large” ∆z lensing is required η(z) = 1/(1+λz/(1+ Πz/2ωo2)2

13. Pq há necessidade de um amplificador óptico? Atenuação do sinal. De onde vem a atenuação do sinal? São várias as razões: longa distância, acoplamento entre outras. Qual a vantagem de ter um amplificador óptico? Principalmente amplificar um sinal óptico sem necessidade de converte-lo antes em elétrico.

14. Outros tipos de sistemas para acoplamento da luz com fibra para minimizar perdas

15. Componente óptico Lente no feixe • O feixe Gaussiano pode ser caracterizado por sua fase e amplitude em qualquer ponto do feixe • Para um acoplamento “perfeito” tanto a fase e amplitude devem estar casadas

16. Tela Lentes no feixe Aplicações • Componentes passivos • isoladores • filtros • splitters • circuladores • WDM • alguns são dispositivos com mais de 2 portas • lasers • receptores • moduladores • Projeção de feixe • Solda a laser • apontadores Componentes ópticos entre fibras Isolator Laser

17. O que há em usar lentes discretas • Duram bastante tempo • Alta performance • Oferece desenho de dispositivos mais flexíveis • Relativamente barato • Continua a ser ”bons amigos” na industria MAS… • A colocação de componentes adicionais, e.g., lentes • reduce a robustes e confiabilidade • aumento de custos de manipulação • Maioria das lentes discretas são grandes em relação às fibras • Aumento no tamanho das embalagens • Aumento no tamanho do modo – OK para algumas aplicações mas não para outras

18. Typical n(r) - Square Law n(R) -Refractive Index (au) R GRIN Lens a 0 R - Radial Distance (au) a a Fiber GRIN Lens Graded-Index Lens • GRIN lens very popular - high quality & cylindrical shape • But, large and expensive

19. SM Fiber L=1/4 Pitch L > ¼ Pitch Graded Index MMF Imagem com sistema Fibra/Lente Grin

20. Fused “Collimated” Beam MMF Lens SMF Core (SMF) Core (MMF) ¼ Pitch Fibra-lente

21. Fibras-Lentes Fundidas Vantagens Podem ser fundidas em fibras • Elimina a sensitividade do desalinhamento transversal de fibras SM • Casamento de índice na interface – minimiza reflexões e perdas • Tendo o mesmo diâmetro SMFsimplificação de desenho e empacotamento • Custo da lente ~”zero” • Oferece um bom compromisso entre sensitividades transversal e angular • Altamente flexível: da expansão de modo simples para sistemas de focamento

22. Core/core alignment • Fiber eccentricity • Core concentricity • Reproducible fusion process • Interface diameter control • Fiber eccentricity • Bulging/necking • Dopant diffusion control • Means to polish endface • Final length control • Apex control • Determination of beam • parameters vs endface contour • Relationship of endface contour • and optical performance Montagem da fibra-lente fundidaProcessos críticos MMF SMF • Fiber lens choice: • Eccentricity • Centricity of core • Fusion compatability • Uniformity & Flexibility) • Accurate & reproducible lens • length • Post fusion • After final polish 3. Fiber Lens Endface 2. Fiber Lens 1. Fiber/Lens Fused Interface

23. MMF Lens SMF Core (MMF) Core (SMF) Silica Section Outra opção de Fibra-Lente • The insertion of a silica “fiber section” between the SMF and the MMF lens adds additional flexibility to fiber-lens applications

24. Lembrem-se mais uma aquela da lente esférica formato de bola na frente da fibra

25. Acoplamento fibra-esfera/fibra-fibra

26. Amplificadores Ópticos

27. Diferentes tipos de Amplificadores Ópticos • Semicondutor (SOA) (= Semiconductor Optical Amplifier) • SOA convencional • GC-SOA (Gain-Clamped SOA) • LOA (Linear Optical Amplifier) • Fibra Óptica (FOA)Fibras dopadas com Terras Raras • Erbium-Doped Fiber Amplifiers (EDFA) : C, L-Band • Thulium-Doped Fiber Amplifiers (TDFA) : S-Band • Praseodymium-Doped Fiber Amplifiers (PDFA) : O-Band Conversosr de frequência  comprimento de onda http://www.ee.byu.edu/photonics/fwnomograph.phtml

28. Conversosr de frequência  comprimento de ondahttp://www.ee.byu.edu/photonics/fwnomograph.phtml Equation: f * λ = c where: f = frequency in Hertz (Hz = 1/sec) λ = wavelength in meters (m) c = the speed of light and is approximately equal to 3*108 m/s Frequency / Wavelength Calculator If you want to convert wavelength to frequency enter the wavelength in microns (μm) and press "Calculate f". The corresponding frequency will be in the "frequency" field in GHz.OR enter the frequency in gigahertz (GHz) and press "Calculate λ" if you want to convert to wavelength. Wavelength will be in μm. **see nomograph below

29. http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialdwdm/pagina_4.asp desde ha um tempo

30. Mapa atualizado (2011?)

31. Hoje • Amplificadores a diodo laser • Amplificadores a fibra dopada (Er, operam em 1,55m m ). O Amplificador Óptico a Fibra Dopada com Érbio (AFDE) pode funcionar como amplificador de potência para aumentar o nível do sinal de saída do transmissor; posicionado na entrada do receptor, como pré-amplificador, para aumentar a sensitividade na recepção; ou como repetidor ou amplificador de linha para amplificar o sinal já atenuado ao longo do enlace óptico. • TX representa o transmissor do sinal • RX representa o receptor do sinal, • SMF representa a Fibra Monomodo Padrão (Standard Monomode Fibers) sendo o meio de transmissão, • AFDE que representa o Amplificador a Fibra Dopada com Érbio.

32. Diagrama de blocos de um repetidor regenerativo • Uma das grandes vantagens dos amplificadores ópticos está no fato de um único amplificador poder substituir todo o complexo circuito que compõe um repetidor regenerativo. • CAG representa o Controlador de Aumento e Ganho do repetidor regenerativo • A conseqüência imediata é o aumento da velocidade de transmissão. Outro ponto importante é que esses amplificadores são transparentes à taxa de bits e pode-se aumentar a taxa de transmissão, por exemplo: de 155Mbps para 622Mbps, sem que seja necessário alterar o sistema de amplificação.

33. Componentes de um EDFA ou AFDE • laser semicondutor de bombeamento, operando em uma das bandas de absorção do Érbio, 980nm ou 1480nm • por um acoplador que opera com multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), cuja função é acoplar em uma mesma fibra a potência óptica do laser de bombeamento e o sinal óptico a ser amplificado • um trecho limitado de fibra dopada com érbio (FDE), responsável pelo processo de amplificação.

34. Diagrama de níveis de energia do Er3+

35. Tipos de emissão: Estimulada e espontânea

36. Como opera o EDFA • Um EDFA consiste de uma extensão curta de fibra(~ 10m) dopada com uma pequena quantidade controlada de Er3+. • Os íons de Er3+ tem vários estados de energia (meta-estados). Quando o Er está num estado excitado, um fóton de luz poderá estimular para que ceda algo de sua energia na forma de luz voltando para um estado de menor energia mais estável. • A medida que o sinal de entrada está sendo alimentado no sistema, um laser diodo gera um sinal de bombeio (10 a 200 mW)(l = 980nm ou 1480nm) de tal forma que os íons de Er absorverão os fótons indo para estados excitados.

37. ERBIUM ELECTRONS IN EXCITED STATE ENERGY ABSORPTION PUMP PHOTON 980 nm PUMP PHOTON 980 nm ERBIUM ELECTRONS IN FUNDAMENTAL STATE ERBIUM ELECTRONS IN FUNDAMENTAL STATE Princípios do Amplificador Óptico 1

38. EXCITED STATE TRANSITION METASTABLE STATE PUMP PHOTON 980 nm FUNDAMENTAL STATE Princípios do Amplificador Óptico 2 NR

39. TRANSITION EXCITED STATE METASTABLE STATE STIMULATED PHOTON 1550 nm PUMP PHOTON 980 nm SIGNAL PHOTON 1550 nm FUNDAMENTAL STATE FUNDAMENTAL STATE Princípios do Amplificador Óptico 3

40. Perfil do Ganho do Amplificador Óptico ASE = Amplified Spontaneous Emission

41. ASE = Amplified Spontaneous Emission • O que é ASE • Efeitos da ASE sobre sistemas em cascata • Como atenuar a ASE • Aplicações positivas da ASE

42. Amplificador Óptico:Amplificação de Multi-Comprimentos de Onda

43. Configurações de montagens de EDFA OI = Optical Isolator WSC = Wavelength Selective Coupler (a) Bombeamento co-propagado – baixo ruído baixa potência de saída (b) Bombeamento contra-propagado – maior potência de saída mas maior ruído (c)Bombeamento dual

44. Melhor bombear com 980nm ou 1480nm? • Com 980nm • Baixo ASE, amplificador de ruído bx • Com 1480nm • Laser de bombeio maior • Maior potência de saída • Não tão eficiente • Grau de inversão de população é menor

45. Quais fontes de laser para bombear?

46. Outro exemplo GFF = Gain-Flattening Filters http://www.furukawa.co.jp/review/fr020/fr20_05.pdf

47. Em sistemas de transmissão usamos unidades de potência em dB. Assim........

48. DECIBEL (dB)– num sistema de transmissão Sistema Potência de Entrada = Pin Potência de Saída = Pout Transmissão do Sistema : Exemplos: -10dB é Pout = Pin/10 -40dB é Pout = Pin10-4 Transmissão em dB: dBm é a Potência em dB relativo a 1mW Exemplos: -10dBm é P = 0,1W +40dB é P = 10W

49. Ganho do EDFA • O ganho do EDFA depende do comprimento da fibra. O ganho começa a decrescer após certo comprimento devido a que o bombeio não tem potência suficiente para criar a inversão de população. • Assim a região não bombeada absorve o sinal • Gmax = exp(rsL) • sé a seção transversal da emissão do sinal • ré a concentração de Er • L é o comprimento do amplificador de fibra

50. Ganho e ruído nas configurações anteriores