Sistemas de Comunicações Ópticas
Prof. Dr. Marcelo Augusto C. [email protected]
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
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