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Parâmetros normalizados Frequência normalizada Constante de Propagação Normalizada Contraste (abertura numérica)

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Apresentação em tema: "Parâmetros normalizados Frequência normalizada Constante de Propagação Normalizada Contraste (abertura numérica)"— Transcrição da apresentação:

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3 Parâmetros normalizados

4 Frequência normalizada Constante de Propagação Normalizada Contraste (abertura numérica)

5 Modo fundamental da fibra

6 Modo fundamental LP 01 Modo LP 01 único modo em regime unimodal Frequência de corte nula V C = U C = 0 Existe isolado na banda de frequências Equação característica Soluções aproximadas No intervalo 1.5 < V < < V < Solução de Gloge Solução de Rudolph/Neumann

7 Dispersão dos modos LP de uma fibra óptica

8 Distribuição de potência na Fibra

9 Distribuição de potência na fibra óptica A potência transportada pela FO está distribuida no núcleo e na baínha Factor de confinamento de potência Γ = 1 - U 2 /V 2 = 0.1

10 (a) (b) (a) U 2 /V 2 = 0.1 ou Γ = 0.9 (b) U 2 /V 2 = 0.9 ou Γ = 0.1

11 Capacidade de transmitir informação Largura de banda

12 Transmissão do sinal na Fibra Óptica limitada por Atenuação Dispersão

13 Capacidade de transmitir informação Capacidade taxa máxima de transmissão fiável C = B log 2 (1 + S/N) [Lei de Shannon] B – largura de banda do canal B T - ritmo de transmissão máximo B T ~ 2 B Para transmitir ao ritmo B T ~ é necessário um canal com uma largura de banda B = B T /2 (código NRZ) ou B = B T (código RZ).

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15 Distorsão do sinal - aumenta com B e L B – ritmo de transmissão L – espaçamento entre repetidores Capacidade de um sistema de comunicação Mede-se produto BL 1970 – 100 Mb/s – km > Mb/s – km

16 a)Raio axial b) Raio meridional extremo Regime multimodal (descrição da óptica geométrica) Dispersão intermodal ӨiӨi ØtØt ØiØi n1n1 ' n2n2 Raios meridionais a)Velocidade máxima: modo cujos raios são praticamente axiais. b)Velocidade mínima: modo cujos raios incidem na interface núcleo/baínha segundo

17 Ritmo de transmissão A dispersão intermodal conduz ao espraiamento dos impulsos transmitidos o que se traduz na diminuição do ritmo de transmissão Impulso de duração 2 Δt c Ritmo de transmissão máximo: Soluções para reduzir/eliminar dispersão intermodal: a) Fibras de núcleo não homogéneo b) Fibras monomodo

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20 Fibra monomodal Tempo de transmissão do sinal: Para reduzir/eliminar a dispersão intermodal: - utilizam-se fibras ópticas unimodais - utilizam-se fibras ópticas multimodais com índice de refracção variável n 1 (ρ). A velocidade de propagação aumenta com ρ porque n 1 diminue com ρ, o que compensa os percursos maiores a percorrer pelos raios associados aos modos de ordem superior. Fibra multimodal Perfil gradual ρ n (ρ) Perfil parabólico

21 Mecanismos de dispersão da fibra óptica O PCM (Pulse Code Modulation) é um dos métodos usados em sistemas de comunicação com fibras ópticas para modular a luz portadora. A diferença (dispersão) dos tempos de grupo das várias componentes espectrais contidas no impulso, dá origem à sua distorção. Dispersão intermodal Ocorre em fibras a operar em regime multimodal. Os modos apresentam vg diferentes (excepto quando são degenerados). Dispersão material O índice de refracção da fibra, n 1, varia com ω. Dispersão estrutural Dispersão do guia de ondas (estrutura dieléctrica que guia as ondas). As dispersões material e estrutural estão presentes quer em fibras em regime unimodal quer em regime multimodal e são ambas proporcionais à largura de banda do impulso transmitido.

22 Dispersão material - Alargamento do impulso Dispersão traduzida na eq. característica: D (ω, k z ) = 0 Atraso de grupo por unidade de comprimento: Indice de grupo λ Δ λ << λ 0 λ0λ0

23 Dispersão estrutural É intrínseca a todos os sistemas de propagação guiada. Traduz a dependência de λ das constantes de propagação no núcleo e na baínha. A dispersão estrutural só é relevante em fibras monomodo para regiões de λ em que o coeficiente de dispersão material se aproxima de zero (ex: λ 1300 nm)

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25 Dependência de alguns parâmetros modais com a frequência (normalizada) Confinamento de potência Dispersão estrutural.

26 Dispersão material Largura espectral Coeficiente de dispersão Alargamento do impulso O coeficiente de dispersão M caracteriza o alargamento do impulso devido às variações do índice de refração do núcleo (sílica) com o comprimento de onda (ω).

27 Atenuação 1ª geração ~0.8 m 2ª geração ~ 1.3 m 3ª geração ~ 1.55 m 4ª geração aumento B multiplexagem; amplificação óptica 1500 km 2Gb/s 5ª geração propagação de solitões km 2.4 Gb/s (experimental)

28 Espaçamento L entre repetidores a)Influência da atenuação Atenuação > Amplificação b)Distorção dispersiva > Regeneração (da forma do sinal) a)Atenuação P rec = F s n h f BT n – nº de fotões que o receptor precisa para detectar 1 bit hf – energia de um fotão (h-cte Planck, × Js) B t – ritmo de transmissão F s – factor de segurança (Fs > 1) B 0 – ritmo de transmissão de referência (bits/s) L P in

29 L 0 – espaçamento associado ao ritmo de referência B 0. L L 0 BTBT B0B0 Variação lenta

30 Espaçamento entre repetidores: atenuação e distorção A conjugação dos efeitos devidos à atenuação e á distorção conduz aos seguintes resultados: - a atenuação é o factor limitativo para os ritmos de transmissão baixos. - a distorção é o factor limitativo para os ritmos de transmissão altos. L (log) B (log) atenuação distorção


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