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Dispersão do Modo de Polarização (Polarization Mode Dispersion - PMD) em Comunicações Ópticas

Dispersão do Modo de Polarização, PMD, é um parâmetro de grande importância nos sistemas modernos de comunicações ópticas. Ela impõe limitações tanto nos sistemas ópticos analógicos (CATV) como nos sistemas digitais de telecomunicação de longa distância. Neste sentido, os projetistas de sistemas precisam entender profundamente a questão da PMD, para poderem especificar fibras e outros componentes. Por outro lado, os fabricantes de fibras e cabos ópticos precisam desenvolver produtos que satisfaçam as especificações cada vez mais exigentes. Também, as técnicas de instalação dos enlaces precisam ser revistas para garantir que a PMD se mantenha em níveis aceitáveis. Orgãos internacionais como ITU, TIA, IEC e EU-COST estão conduzindo diversos estudos, de maneira a traçarem suas recomendaçãoes técnicas. No Brasil, a Embratel, Telebras e operadoras de telecomunicações já começam a seguir as recomendações preliminares destes orgãos

A dispersão de polarização surge do fato de que mesmo nas fibras atuais, as quais possuem uma geometria excelente e pouca tensão interna, existe um pequeno nível de birrefringência. A birrefringência causa o alargamento temporal do sinal devido à ligeira diferença entre as velocidades de propagação das duas polarizações ortogonais que constituem o sinal propagante na fibra. Devido a movimentos da fibra, variações de temperatura e outras variações ambientais, ocorre um intenso acoplamento entre estas duas polarizações. Isto faz com que a PMD de longos trechos de fibra seja dependente do comprimento de onda e fortemente influenciada pelo ambiente. Consequentemente, ela varia aleatoriamente, fazendo com que sua medida seja melhor caracterizada estatisticamente, através de uma função distribuição de probabilidade.

Em sistemas ópticos de telecomunicação de longa distância, a PMD limita a capacidade de transmissão de informação. Um enlace de 400 km operando a 10 Gbit/s, por exemplo, exige uma fibra com PMD < 0.5 ps km-1/2. No caso de uso de fibras DS (dispersão deslocada) ou taxas de transmissão mais altas, a especificação de PMD < 0.1 ps km-1/2 deve ser requerida. Comunicação óptica analógica (CATV) também é afetada pela PMD, a qual produz distorções e adiciona ruído ao sinal. Vários sistemas de CATV recentemente instalados tiveram que ser retrabalhados devido a este fenômeno.

 

Um elemento essencial no controle da PMD é sua própria medição. Isto é necessário para permitir o controle de qualidade e a introdução de melhorias nos processos de fabricação das fibras e cabos. Sua medição também permite avaliar os enlaces instalados e investigar os cuidados necessários no projeto e nas técnicas de instalação do enlace. Existem vários métodos propostos para medir PMD. No entanto, não há ainda um consenso ou padronização daqueles mais indicados para uso na indústria ou no campo. Isto ocorre devido à natureza aleatória desta grandeza, o que a faz difícil de ser caracterizada completamente.

 

Neste curso, nós exploramos todos os aspectos relacionados a PMD. Inicialmente, descrevemos suas origens e características estatísticas associadas à sua dependência com as variações geométricas e ambientais da fibra. A seguir, descrevemos a influência do comprimento do enlace e os efeitos da PMD em sistemas ópticos analógicos (CATV) e em sistemas ópticos digitais de telecomunicação. A interação da PMD com a atenuação e ganho dependentes de polarização (PDL e PDG) dos componentes do sistema são também discutidos. Os diferentes métodos de medida existentes, suas limitações e as exatidões das medidas proporcionadas por cada um deles são apresentadas e comparadas. Os estudos da ITU, TIA, IEC e EU-COST acerca da padronização de técnicas de medida e dos valores máximo recomendados de PMD são também mostrados. É apresentado um levantamento detalhado das técnicas de medida mais indicadas para uso na indústria (fabricação de fibras e cabos) e no campo (enlaces instalados), assim como dos equipamentos disponíveis comercialmente para tal finalidade. Os cuidados especiais a serem tomados no procedimento de medição e no projeto de sistemas são discutidos. A influência dos processos de fabricação das fibras e cabos e das técnicas de instalação dos enlaces nos níveis de PMD são mostrados. Valores de PMD para diferentes fibras e dispositivos ópticos são apresentados, com ênfase especial para a comparação entre fibras convencionais e fibras de dispersão deslocada, enfocando o caso do festoon submarino italiano.

Este curso é dirigido a projetistas de sistemas ópticos de telecomunicação e CATV, a engenheiros e técnicos envolvidos nos processos de fabricação de fibras e cabos, e a técnicos responsáveis pela instalação de enlaces de fibras ópticas.

 

Conteúdo do Curso:

  • Fundamentos sobre Luz Polarizada

  • Birrefingência e medida de birrefringência em fibras ópticas monomodo

  • Acoplamento dos modos de polarização e comprimento médio de acoplamento modal

  • Fibras PM (mantenedora de polarização) e fibras HiBi (alta birrefringência)

  • Elípse de Polarização

  • Esfera de Poincaré

  • Parâmetros de Stokes

  • Medidas de Polarização e medida dos parametros de Stokes (fundamentos de polarimetria)

  • A Esfera de Poincaré para diferentes estados de polarização:

    • Linear, Circular, Elíptica

    • Variando o comprimento de onda (frequência) da luz

    • Na presenca de acoplamento modal aleatório

  • A origem da PMD

  • Definições no mundo da PMD, DGD (differential group delay), PSP (estados principais de polarização), etc.

  • Distinção entre PMD e dispersão cromática

  • Flutuações de polarização e dependência da PMD com variações na geometria da fibra (curvaturas, elipticidade do núcleo, índice de refração, etc) e com variações aleatórias das condições ambientais externas (temperatura, tensão, torção, vibração, etc)

  • Características estatísticas da PMD

  • Características de PMD em:

    • Componentes ópticos discretos, pequenos comprimentos de fibra

    • Fibras HiBi

    • Comprimentos Longos de Fibra (i.e., com forte acoplamento modal)

  • Dependência da PMD com o comprimento do enlace (L): variação linear e variação com raiz quadrada

  • PDL (Atenuação Dependente de Polarização) e PDG (Ganho Dependente de Polarização) de componentes do sistema:

    • Definição

    • Concatenação de PDL e PDG

    • Medidas de PDL e PDG

  • Efeitos da PMD em sistemas ópticos de comunicação:

    • PMD em sistemas ópticos analógicos / CATV (ruído e distorções introduzidos no sistema)

    • PMD em sistemas ópticos digitais de telecomunicação (deterioração e flutuação da performance e BER-taxa de erro de bit do sistema)

    • Efeitos de PDL e PDG e da combinação PMD-PDL/PDG em sistemas ópticos digitais e analógicos

  • As técnicas de medida de PMD:

  • Interferometria (IF)

    • Interferometria a fibra e discreta

    • Interferometrica com aplicação de transformada de Fourier

    • Consideraçãoes acerca das limitações, precisão/exatidão das medidas e custo de implementação do método

    • Exemplo de medidas (componentes óptico discretos, fibras HiBi, comprimentos curtos e longos de fibras, cabos, amplificadores ópticos, enlaces amplicados)

  • Wavelength Scanning ou Fixed Analyser (WS ou FA)

    • Descrição da técnica

    • Wavelength Scanning com aplicação de transformada Fourier, FTWS ou FTFA

    • Consideraçãoes acerca das limitações, precisão/exatidão das medidas e custo de implementação

    • Exemplo de medidas em vários casos usando WS e FTWS

  • As técnicas polarimétricas de medida de PMD ...

    • Poincaré Sphere (PS)

    • State of Polarization (SOP) = Associação de PS + WS

    • Jones Matrix Eigen-Analysis (JME)

      • Representação das características de transmissão de um dispositivo óptico de duas portas através da matriz de Jones

      • Descrição da técnica

      • Considerações acerca das limitações, precisão/exatidão das medidas e custo de implementação

      • Exemplo de medidas

  • Comparações entre as diferentes técnicas de medida de PMD

    • Uso no laboratório VERSUS uso no campo

    • Limitações, precisão/exatidão das medidas e custos de implementação

    • Padronização: Estudos da I.T.U., COST 241, T.I.A. e I.E.C.

  • A importância do estabelecimento de um processo de medida de PMD para a obtenção de resultados confiáveis e reproduzíveis e para um bom controle de qualidade na fabricação de fibras e cabos ópticos

  • Valores medidos típicos de PMD para fibras em carretéis, fibras encabeadas e cabos ópticos istalados (terrestres e submarinos), isto é, PMD antes e depois da fibra encabeada e PMD antes e depois do cabo instalado

  • Padrões aceitáveis de PMD hoje e a importância da preocupação do projetista do enlace com futuros upgrades do sistema

  • Como reduzir a PMD nos processos de fabricação e encabeamento da fibra

  • Fibra convencional VERSUS Fibra DS (dispersão deslocada): características de PMD e a experiência do festoon submarino italiano

  • PMD em amplificadores de fibra óptica e em enlaces opticamente amplificados

  • Polarization OTDR: Medida de PMD ao longo do enlace de fibra

  • Equipamentos disponíveis comercialmente para medida de PMD:

    • Maiores fornecedores:

      • Agilent (Hewlett Packard)

      • Photonetics

      • RPA (Instrument Systems Optishe Messtechnik)

      • JDS Fitel

      • EG&G

      • Profile Optishe

      • GAP / EXFO

      • Santec

    • Outros:

      • NOI, IPTH, Oyokoden

    • As técnicas usadas

    • Especificações, precisão/exatidão das medidas e limitações

    • Aplicabilidade (uso no campo X uso no laboratório)

    • Future proof (visto que ainda não existe um consenso e que os padrões podem mudar no futuro)

    • Possibilidade de também medir PDL e PDG

    • Preços no mercado brasileiro e internacional

    • Representantes no Brasil

    • Escolhendo uma técnica de medida e a melhor opção comercial

    • Indicação de laboratórios para prestação de serviços de metrologia em PMD: NPL (UK), NIST (EUA), EU-COST 241 (Bélgica ou Suiça), NOI (Canadá)

  • Sumário e Conclusões

  • Discussões

Quero fazer o curso de "PMD"