Sistemas de Comunicações Ópticas

Prof. Dr. Marcelo Augusto C. Fernandesmfernandes@sj.unisal.br

Janelas de Transmissão

Janelas de Transmissão

Transmissor ÓpticoO transmissor possui uma fonte optica que e

modulada de acordo com o sinal a ser transmitido.◦ O papel do transmissor optico e de converter um

sinal eletrico em um sinal optico correspondente.

Transmissor ÓpticoO sinal elétrico pode modular a

fonte óptica de duas maneiras:◦Diretamente: A modulação ocorre

diretamente na fonte óptica.◦Indiretamente: Utilizando

acopladores, tal forma de modulação do sinal se destina a obter taxas de transmissão elevadas.

Transmissor ÓpticoA escolha de uma determinada fonte

óptica depende das seguintes observações:◦O comprimento de onda da fonte óptica

deve corresponder aos comprimentos de onda das janelas com baixos valores de atenuação.

A largura espectral da fonte óptica deve ser a menor possível.

Deve ser possível modular a fonte óptica em valores de taxa de transmissão da ordem de Gb/s.

Transmissor ÓpticoAlem dessas observações, e

desejável que a fonte óptica seja eficiente, compacta, tenha confiabilidade, seja durável e economicamente viável.

Todas essas características são satisfeitas quando se utiliza materiais semicondutores baseados nos elementos: In (Índio), Ga (Gálio), As (Arsênio) e P (Fósforo).

Emissores ÓpticosO emissor óptico é composto por

um dispositivo emissor de luz e um circuito elétrico associado.

Dois tipos de dispositivos são comumente utilizados como fontes luminosas em sistemas de transmissão por fibras ópticas:◦Diodos Laser (DL)◦Diodos Eletroluminescentes (LED)

Fontes de Luz

LEDMais simples e baratoFonte bastante não coerente

◦Entre 30nm e 60nmPerda no acoplamento com a

fibra◦Baixa eficiência até 2%

Menor potência luminosa

LED

LED

LED

LED

LED

LED

LED

Largura Espectral das Fontes na Ausência de Modulação

Largura Espectral das Fontes na Ausência de Modulação

LD (Laser diode)Funciona segundo o princípio LASER

(light amplification by stimulated emission of radiation)

Uma dos principais tipos de fonte em comunicações ópticas

Potência óptica acoplada à fibra◦Popt de 1 a 5 mW

Tipicamente 1 nm para cavidades Fabry-Perot e menor que 0,1 nm para emissão laser com realimentação distribuída (DFB, Distributed Feedback Laser);

LED e LDVantagens do LD vs LED:

◦Maior potência de emissão (1-5 mW vs 10-100 mW).

◦Menor largura espectral ◦Maior diretividade (permite chegar a

uma eficiência de acoplamento de 50% para as fibras monomodo vs <1% com LED’s para essas fibras

LED e LDDesvanteagens do LD

◦Custo de fabricação LD’s monomodo os mais caros

◦Dependência da temperatura◦Complexidade do circuito de

alimentação

LED e LD

Laser monomodo vx Laser multimodoVantagens do laser monomodo

vs laser multimodo◦Maior potência de emissão (0 -

10dBm)◦Menor largura espectral (10-5 a 10-3

nm vs 2 nm – 5 nm) ◦Taxa >2.5 Gbit/s

Desvantagens do laser monomodo vs laser multimodo◦Custo de fabricação e complexidade

Modulação DiretaA potência óptica é modulada por

via da modulação da corrente eléctrica de excitação.◦Potência óptica emitida pelo laser

deverá ser uma “imagem” da corrente

Modulação Direta

Modulação Externa

Elétrico

Tipos de LDFP - Fabry-Perot SLD - Superluminescent DiodeDFB - Distributed Feedback

LasersVCSEL - Vertical-Cavity Surface-

Emitting Laser

Type Rate Distance W.L Source Fiber Diagnose Application

SFP-03-3831M-12 SFP-03-3311S-12 SFP-03-1311S-12 SFP-03-1521S-12 SFP-12-3311S-12 SFP-12-1311S-12 SFP-12-1521S-12 SFP-24-3831M-12 SFP-24-3311S-12 SFP-24-1321S-12 SFP-24-1521S-12 SFP-48-3831M-12 SFP-48-3311S-12 SFP-48-2321S-12 SFP-48-1521S-12 SFP-03-3831M-22 SFP-03-3311S-22 SFP-03-1311S-22 SFP-03-1521S-22 SFP-12-3311S-22 SFP-12-1311S-22 SFP-12-1521S-22 SFP-24-3831M-22 SFP-24-3311S-22 SFP-24-1321S-22 SFP-24-1521S-22 SFP-48-3831M-22 SFP-48-3311S-22 SFP-48-2321S-22 SFP-48-1521S-22 SFP-48-3831M-11 SFP-48-3831M-21

155Mb/s 155Mb/s 155Mb/s 155Mb/s 622Mb/s 622Mb/s 622Mb/s 1.25Gb/s 1.25Gb/s 1.25Gb/s 1.25Gb/s 2.5Gb/s 2.5Gb/s 2.5Gb/s 2.5Gb/s 155Mb/s 155Mb/s 155Mb/s 155Mb/s 622Mb/s 622Mb/s 622Mb/s 1.25Gb/s 1.25Gb/s 1.25Gb/s 1.25Gb/s 2.5Gb/s 2.5Gb/s 2.5Gb/s 2.5Gb/s 2.125Gb/s 2.125Gb/s

2km 20km 40km 80km 20km 40km 80km 0.5km 10km 40km 70km 0.3km 2km 15km 40km 2km 20km 40km 80km 20km 40km 80km 0.5km 10km 40km 70km 0.3km 2km15km 40km 0.3km 0.3km

850nm 1310nm 1310nm 1550nm 310nm 1310nm 1550nm 850nm 1310nm 1310nm 1550nm 850nm 1310nm 310nm 1550nm 850nm 1310nm 1310nm 1550nm 1310nm 1310nm 1550nm 850nm 1310nm 1310nm 1550nm 850nm 1310nm 1310nm 1550nm 850nm 850nm

VCSEL FP FP DFB FP FP DFB VCSEL FP DFB DFB VCSEL FP DFB DFB VCSEL FP FP DFB FP FP DFB VCSEL FP DFB DFB VCSEL FP DFB DFB VCSEL VCSEL

MM SM SM SM SM SM SM MM SM SM SM MM SM SM SM MM SM SM SM SM SM SM MM SM SM SM MM SM SM SM MM MM

No No No No No No No No No No No No No No No No Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes YesYes Yes Yes No Yes

OC-3/STM-1/fast ethernetOC-3/STM-1/fast ethernetOC-3/STM-1/fast ethernetOC-3/STM-1/fast ethernetOC-12/STM-4OC-12/STM-4OC-12/STM-41000M-ethernet1000M-ethernet1000M-ethernet1000M-ethernetOC-48/STM-16OC-48/STM-16OC-48/STM-16OC-48/STM-16OC-3/STM-1/fast ethernetOC-3/STM-1/fast ethernetOC-3/STM-1/fast ethernetOC-3/STM-1/fast ethernetOC-12/STM-4OC-12/STM-4OC-12/STM-41000M-ethernet1000M-ethernet1000M-ethernet1000M-ethernetOC-48/STM-16OC-48/STM-16OC-48/STM-16OC-48/STM-16Fiber channelFiber channel

Tipos de LD

LD - DFB  Parameters Symbol Min Typ Max Unit

  CW Output power(25C) Pf 10 --- 30 mW

  Threshold current It h -- 25 60 mA

  Operating current If -- 300 -- mA

  Forward voltage Vf -- 2.0 3.0 V

  Center Wavelength λc 1540 1550 1570 nm

  Linewidth Δ λ -- 2 -- MHz

  Monitor Current Im -- 200 -- μA

  Monitor dark current(Vr=-5V) Id -- -- 100 nA

  Isolation(Optional) Iso -30 -- -- dB

  TEC current ITEC -- 1.2 -- A

  TEC voltage VTEC -- 3.2 -- V

 Thermistor resistance(at 25 )℃ Rt h 9.5 10 10.5 kΩ

 Operating Temperature Range

To -20 -- 65 C

  Storage temperature Tst g -40 -- 85 C

LD-DFB

Components DFB diode Thermoelectric

cooler Thermistor Photodiode Optical isolator Fiber-coupled lens

LD – DFBAplicações

VCSELLaser de Emissão por Superfície

de Cavidade Vertical◦Similar ao laser tradicional◦Porem emite luz de forma similar ao

LED◦Trabalha em 850 e 1300 nm◦Igualmente rápido como o FP◦Custo mais acessível◦Bastante utilizado em fibras MM

VCSEL

Exemplo - Eye Diagram

Exemplo - Eye Diagram

Exemplo - Eye Diagram

NRZ e RZ