Embed Size (px)
Citation preview
5 Medidas de ganho em fibras dopadas
Neste capítulo serão ilustrados vários conjuntos de medidas feitas para
caracterizar as fibras dopadas já estudadas anteriormente. Diferentes
configurações e esquemas de bombeamentos foram usados de forma a tentar
explorar várias características das fibras dopadas, e possibilitar um entendimento
do dispositivo para que possa ser utilizado em sistemas ópticos.
O capítulo é dividido em duas seções, a primeira apresenta as medidas de
ganho distribuído em fibras dopadas com érbio. Nesta seção, duas sub-seções são
apresentadas, a primeira apresenta medidas na banda C, e a segunda mostra as
medidas na banda L.
A segunda seção apresenta as medidas de ganho distribuído em fibras
dopadas com túlio. Estas medidas foram de grande importância porque a fibra
dopada com túlio é muito cara, sendo imprescindível uma caracterização não
destrutiva.
5.1. Medidas em fibras dopadas com Érbio
A partir do sistema OFDR sintonizável em funcionamento, foram criadas
várias situações de caracterização de ganho para as diversas fibras dopadas com
érbio do laboratório. Nestas próximas secções, serão mostradas medidas de ganho
distribuído de sistemas simples ou com configurações complexas a fim de estudar
o comportamento do ganho da fibra, além do comportamento do ganho em função
da temperatura, e na presença de sinais saturantes. A primeira seção ilustra
medidas na banda C, que é a banda em que as fibras de érbio apresentam maior
ganho. A seguir, medidas são feitas na banda L, na tentativa de melhor entender o
comportamento da EDF operando fora de suas especificações naturais.
Medidas de ganho em fibras dopadas 58
5.1.1. Medidas em Banda C
Num primeiro momento, foi utilizado um esquema de montagem mostrado
na Figura 23, para aquisição de dados aqui chamados de curvas. Uma família de
curvas forma uma medida que caracteriza uma fibra. Para cada curva tem-se uma
potência de bombeio aplicada. Assim, desenhando cada curva uma em cima da
outra se tem a medida do ganho versus comprimento da fibra, para diferentes
potências de bombeio aplicadas. A Figura 24 ilustra uma medida tirada do
analisador de sinal FFT. Depois, na Figura 26, a mesma medida processada de
modo que as informações importantes sejam devidamente mostradas.
0 20000 40000 60000 80000 100000
-120
-100
-80
-60
-40
-20
Aumento do bombeio
Fim da EDF
Curvasem bombeio
inicio da EDF
Fibra SM
WDM
OFDR com sinal de prova 1557 nm sinal = -15 dBm
Freqüência [Hz]
Sin
al d
e R
etro
-esp
alha
do [d
BV
]
Eco do sinal
Batimento Sinal - sinal
Figura 24: Medida de ganho distribuído vista no analisador de sinais FFT
Podemos observar nesta medida a presença dos dispositivos a fibra no braço
de teste, como um pico indicando a presença do WDM e um sinal constante
indicando um pedaço de fibra comum antes da fibra dopada. Observamos ainda
que as curvas em que a potência de bombeio é maior, apresentam informações
“tipo ganho” para baixas freqüências, onde deveria ter apenas a informação da
fibra comum, e este comportamento também aparece para freqüências altas; vale
Medidas de ganho em fibras dopadas 59
ressaltar, observando na Figura 24, que estes picos de informação crescem mais
rápido com o aumento da potência de bombeio que o próprio sinal de
espalhamento. Isto indica que esta curva é gerada pelo batimento de um sinal
diferente do sinal de ganho.
Pode-se afirmar que o efeito que ocorre no início do gráfico, para baixas
freqüências, é o batimento de dois sinais pertencentes ao sistema, provavelmente
batimento sinal - sinal, porém sem a presença do sinal refletido do oscilador local,
indispensável para a análise do sistema OFDR. Esta conclusão é tirada
observando o gráfico da Figura 25. Nela são mostradas duas curvas, a diferença
entre elas é apenas a presença ou não de um espelho no braço do oscilador local.
0 20 40 60 80 100
-100
-90
-80
-70
-60
-50
Batimento Sinal - Referência (LO)sem espelho no oscilador local
Aumento do sinal devido à reflectividade do espelho
Batimento Sinal - Referência (LO)com espelho no oscilador local
BatimentoSinal - Sinal
Freqüência [kHz]
Sin
al R
etro
-esp
alha
do [d
BV
]
Figura 25: Efeito do espelho colocado no braço do oscilador local do interferômetro
Podemos observar que o uso do espelho aumenta o efeito de reflexão do
oscilador local, fazendo com que o sinal retro-espalhado aumente em
aproximadamente 12 dB, sendo esta a refletividade do espelho no sistema. Porém,
para o sinal no início do gráfico, a presença do espelho não afeta este sinal, isso
quer dizer que este comportamento de sinal retro-espalhado não tem a informação
do oscilador local. Ou seja, provavelmente é resultado batimento de quaisquer
Medidas de ganho em fibras dopadas 60
outros sinais dentro da fibra. Já os picos no final do gráfico se comportam como
um eco, ou um batimento de um sinal qualquer com o sinal vindo do oscilador
local.
A Figura 26 é o resultado do gráfico de ganho distribuído da curva,
mostrada na Figura 24, onde partes da medida que não interessam para a análise
são cortados, resultando no gráfico de ganho distribuído na fibra. Os eixos x e y
são devidamente normalizados e modificados para mostrar o ganho, em dB e o
comprimento ao longo da fibra em metros.
0 10 20 30 40 50-10
0
10
20
30
40
P. de sinal = -15 dBmOFDR com sinal de prova em 1557 nm
Comprimento [m]
Gan
ho [d
B]
sem bombeio
Diferentes potências de bombeio
Figura 26: Medida de ganho distribuído após normalizado, calculado ganho e
desprezado sinais irrelevantes.
Observamos que a curva sem bombeio decai rapidamente devido à absorção
do sinal de prova do OFDR pela fibra dopada. Quando o bombeio aumenta, o
sinal atinge um comprimento maior na fibra. A última curva mostra a saturação do
ganho da fibra com o aumento da potência de bombeio, ou seja, a potência de
bombeio aumenta sem grandes variações na curva de ganho. Nota-se que a fibra é
mais longa que o máximo comprimento mostrado nesta curva (50 m), com isso
Medidas de ganho em fibras dopadas 61
pode-se ilustrar o poder da técnica ao analisar o comportamento do ganho de sinal
dentro da fibra sem precisar cortá-la.
Qualquer outro trabalho experimental de caracterização de amplificador a
fibra dopada utiliza um pedaço de fibra fixo e a medida de ganho é feita
observando a potência de sinal que sai desta fibra e calculando o ganho. Fora
simulações computacionais, não há como saber se o pedaço de fibra utilizado é o
comprimento ideal para as medidas realizadas, é por isso que esta técnica é tão
poderosa.
A partir daí, diferentes medidas foram feitas com diferentes fibras. Um
primeiro exemplo seriam medidas cobrindo todo o espectro da banda C. Com esta
medida em mãos, tentar encontrar um comprimento para a fabricação do
amplificador. A Figura 27 ilustra uma medida em uma fibra de 30 m de
comprimento, com 4 comprimentos de onda na banda C (1530 a 1560 nm) e duas
possíveis escolhas para o corte da fibra, em 10 e 20 m.
0 10 20 300
5
10
15
20
25
301560 nm
1550 nm
1540 nm
PS = -20 dBm
PP = +10 dBm
1530 nm
Comprimento [m]
Gan
ho [d
B]
Figura 27: Medidas de ganho distribuído na banda C
A Tabela 1 mostra os valores de ganho para os diferentes comprimentos de
onda nos dois comprimentos de fibra escolhidos. Podemos perceber, tanto pela
Medidas de ganho em fibras dopadas 62
Figura 27 quanto pela Tabela 1 que a escolha de 10 m apresentaria uma grande
variação entre o maior e o menor valor de ganho – cerca de 8 dB. Utilizando 20
m, esta diferença cairia para 4 dB, mesmo que utilizando este comprimento de
fibra, não apresente o ganho máximo em alguns comprimentos de onda. Para
decidir qual a melhor opção é preciso analisar qual a finalidade do amplificador,
se um ganho espectralmente plano é importante ou não, e utilizar os valores
corretos de potência de sinal e de bombeio, porque as características das curvas e
os ganhos são diferentes para cada combinação de potência de bombeio e também
de sinal.
10 m 20 m
1530 27,4 dB 25,0 dB
1540 20,6 dB 22,1 dB
1550 22,2 dB 26,1 dB
1560 19,5 dB 24,8 dB
Tabela 1: Valores de ganho para 10 e 20 m para a fibra da Figura 27
Com o exemplo da medida anterior, percebe-se a praticidade de uma medida
de ganho distribuído, pois se pode escolher o comprimento ótimo para fabricar um
amplificador apenas aplicando a potência de sinal e de bombeio desejados e
observando o ponto de máximo ganho. Porém, surge a seguinte dúvida: como a
curva de ganho pode ser diferente para fibras com tamanhos diferentes, devido à
quantidade de sinais gerados no processo de amplificação, talvez não seja correto
escolher um comprimento ótimo para uma fibra através da técnica de OFDR e
depois cortá-la, pois uma fibra maior apresenta mais sinais de ASE que também
influem no processo de amplificação, e após cortada a curva de ganho poderia se
modificar.
A resposta para esta dúvida está na Figura 28, que mostra uma escolha de
comprimento para a fibra. A medida da esquerda mostra as curvas de ganho para
diferentes potências de bombeio aplicadas, em um sinal de 1550 nm. A medida da
direita mostra, uma vez escolhidos a potência de bombeio e o comprimento para
se cortar a fibra (neste exemplo 6,5 m), uma medida com a fibra no novo
Medidas de ganho em fibras dopadas 63
comprimento. As medidas foram colocadas na mesma escala para facilitar a
análise.
Esta análise foi importante, porque observamos que a curva de ganho
distribuído foi exatamente igual para a fibra em dois tamanhos diferentes.
Concluímos que esta técnica pode ser usada para se determinar o comprimento da
fibra sem acarretar em muitos erros na medida. O comprimento a mais de fibra,
que acarreta em mais sinal de ASE não interfere muito na medida de ganho.
0 5 10 15 20
0
10
20
30
Ip = 200 mA
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]0 5 10 15 20
0
10
20
30
Ip = 200 mA
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]
Bombeio em 980 nm Potência de entrada: - 15 dBm
Figura 28: Medida de ganho distribuído ilustrando a escolha do comprimento ótimo da
fibra.
Outro tipo de caracterização a ser feita na banda C é a diferença das medidas
de ganho em pequenos e grandes sinais. As medidas de pequenos sinais são mais
difíceis de efetuar, pois pequenos sinais apresentam mais ASE, e com isso mais
interações indesejadas na curva de OFDR, algumas vezes encobrindo o sinal
desejado, e ainda saturando o fotodetector, mesmo com o uso dos filtros. Porém
foi necessário comparar o comportamento do ganho nestes dois esquemas. A
Figura 29 mostra medidas em pequenos sinais, gráfico da esquerda, e grandes
sinais, gráfico da direita, para 1550 nm com 3 potências de bombeio diferentes.
Primeiro, pode-se observar em ambos os gráficos que a fibra satura, pois a
potência de bombeio praticamente dobra e o ganho não aumenta muito. É uma
Medidas de ganho em fibras dopadas 64
saturação causada pelo bombeio, ou seja, a quantidade máxima de bombeio que
pode ser absorvida pela fibra já foi utilizada. Também observamos que para
pequenos sinais o ganho é praticamente 10 dB acima do ganho de grandes sinais.
Neste caso a fibra também está saturada, mas agora é o sinal que está saturando a
fibra, ou seja, uma alta potência de sinal faz com que este sinal seja absorvido pela
fibra dopada, ao invés de ocorrer emissão estimulada, diminuindo assim o ganho.
0 10 20 30 40 500
5
10
15
20
25
30
Ip = 290 mA
Ip = 150 mA
Ps= -20 dBm
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]
Ip = 60 mA
0 10 20 30 40 500
5
10
15
20
25
30
Ip = 290 mA
Ip = 150 mA
Ip = 60 mA
λ = 1550 nmP
s= 0 dBm
Banda C
Comprimento [m]
Figura 29: Medidas de pequenos (-20 dBm) e grandes sinais (0 dBm) para 1550 nm, com
diferentes potências de bombeio aplicadas.
A Figura 30 apresenta medidas com a mesma fibra mostrada na Figura 29,
porém apenas para um valor de potência de bombeio e para diferentes
comprimentos de onda. A principal observação nesta figura é o comportamento
diferente das curvas de pequenos e grandes sinais. Para pequenos sinais, observa-
se que o máximo valor de ganho é bem diferente para cada curva, descrevendo o
comportamento de ganho como visto na Figura 9 para uma total inversão de
população. Já para grandes sinais, esta diferença desaparece, todos os
comprimentos de onda apresentaram aproximadamente o mesmo valor de ganho
para um certo comprimento de fibra.
Medidas de ganho em fibras dopadas 65
Portanto fica aqui uma observação importante. Não só a potência do
bombeio é importante para a escolha do comprimento ótimo da fibra e fabricação
do amplificador. A potência do sinal é igualmente importante fazendo com que
não apenas o valor do ganho modifique, e sim o comportamento do ganho
distribuído.
0 10 20 30 4025
30 1560 nm
1550 nm1540 nm
1530 nm
Comprimento [m]
Gan
ho [d
B]
0 10 20 30 40 500
5
10
15
20
25
30
35
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]0 10 20 30 40 50
0
5
10
15
20
25
30
35
1560 nm
1530 nm
Banda C
Ps= 0 dBm
Pp= +20 dBm
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]
Ps= -20 dBm
Pp= +20 dBm
Figura 30: Medidas de pequenos (-20 dBm) e grandes sinais (0 dBm) para sinais na
banda C, com potência de bombeio de +20 dBm.
Se o comportamento do ganho de sinal quando a fibra está, de alguma
forma, saturada é importante, imaginemos agora, o que ocorre com o
comportamento do ganho distribuído de um sinal na presença de outros sinais
saturantes: Dois tipos diferentes de medidas foram feitos, primeiro, o sinal do
OFDR de um único comprimento de onda observado na presença de sinais
saturantes de comprimentos de onda diferentes, e segundo, o sinal do OFDR em
diferentes comprimentos de onda observados na presença de um único sinal
saturante. O efeito é o mesmo, mas a maneira de observar é diferente. A Figura 31
é um exemplo de medida para o primeiro caso. O sinal de OFDR em 1557 nm, e o
que acontece com este sinal na presença de sinais saturantes de 1529,5 nm; 1544,6
nm; 1552,4 nm e 1556,6 nm.
Medidas de ganho em fibras dopadas 66
0 10 20 30-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
Inicio da fibra1556.6 nm
1552.4 nm
1544.6 nm
1529.5 nm
IPump=200 mAPSat=-10 dBm
Ganho não saturado
Comprimento [m]
Sin
al R
etro
-esp
alha
do [d
BV
]
Figura 31: Medida de OFDR em 1557 nm, na presença de sinais saturantes de diferentes
comprimentos de onda.
A primeira observação é: quanto mais afastado, em comprimento de onda, é
o sinal saturante do sinal de OFDR menor é o efeito causado. Portanto, a
saturação é mais forte para sinais saturantes com comprimentos de onda mais
próximos ao sinal OFDR. Para esclarecer melhor, uma medida mais completa foi
feita, e é mostrada na Figura 32. Nela, estão presentes sinais saturantes com
comprimentos de onda menores e maiores que o comprimento de onda do sinal de
OFDR. Para os dois casos são observados efeitos semelhantes, porém, sinais
saturantes com comprimentos de onda maiores que o sinal de OFDR fazem com
que o ganho simplesmente diminua, em relação ao sinal não saturado. Já quando
os comprimentos de onda são menores, o ganho de sinal tem uma inclinação
diferente e vai mais longe na fibra, ou seja, é como se o sinal saturante, a partir de
um determinado ponto, se tornasse bombeio para este sinal. Os sinais saturantes
da Figura 31 tinham potência de – 10 dBm, e da Figura 32, 0 dBm. Apesar dos
valores de potência serem muito altos, comparados com valores de sinais que
possivelmente trafegam na fibra, eles facilitam a ilustração da mudança do
Medidas de ganho em fibras dopadas 67
comportamento do ganho com a presença de outros sinais, como normalmente
ocorre em sistemas de comunicação.
0 20 40 60 80
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
λS=1570 nmλS=1540 nm
EDF
Ganho não saturado λ = 1557 nm
Comprimento [m]
Sin
al R
etro
-esp
alha
do [d
BV
] λS=1530 nm
λS=1550 nm
λS=1560 nm
λS=1580 nm
Figura 32: Medidas de OFDR em 1557 nm na presença de sinais saturantes. Os sinais
saturantes utilizados tinham comprimento de onda entre 1530 e 1580 nm com intervalo
de 10 nm entre cada um.
A Figura 33 mostra o segundo tipo de medidas com sinais saturantes. Este
caso é um exemplo de sinal na banda C modificado com a presença de um sinal
saturante. O gráfico mais a esquerda mostra medidas na banda C com a presença
do sinal saturante a 1565 nm. A presença deste sinal apenas fez com que o ganho
de todas as curvas caísse drasticamente devido ao efeito da saturação. A medida
ao centro é particularmente interessante pois nela podemos observar o efeito
mostrado na Figura 32. A presença do sinal saturante promove diferenças nas
características da curva de ganho quando o comprimento de onda do sinal OFDR
é maior que o do sinal saturante, observamos que o sinal vai mais longe na fibra, e
quando o comprimento de onda do sinal OFDR é menor, ocorre apenas a
diminuição do valor do ganho devido a saturação.
Medidas de ganho em fibras dopadas 68
O gráfico mais à direita foi feito com o sinal saturante a 1530 nm. Neste
comprimento de onda os efeitos da saturação não foram observados com tanta
clareza. Apesar da potência do sinal saturante ser a mesma que os outros, o ganho
sofreu pouca atenuação devido à presença deste sinal, exceto para sinais mais
próximos a ele, como é o caso de 1530 e 1540 nm. O efeito de bombeamento
também não foi observado, talvez devido à característica de intensa emissão neste
comprimento de onda. Este é o pico de emissão para érbio, e portanto, o efeito que
ele faria de bombeamento não é observado com tanta clareza. Com isso
concluímos que um estudo do comportamento do ganho dos sinais na presença de
outros sinais na fibra é muito importante. Na hora de projetar o amplificador a
quantidade de sinais que trafegam na fibra ao mesmo tempo é um parâmetro a ser
levado em consideração por causa da interferência dos sinais devido a possíveis
processos de absorção e emissão que causam mudanças nas curvas de ganho.
0 25 50
Gan
ho [d
B]
Sinal saturante 1547 nm
0 25 500
5
10
15
20
25
30
Comprimento [m]
Sinal saturante 1565 nm
Sinais nãosaturados
Sinaissaturados
0 25 50
Sinal saturante 1530 nm
Figura 33: Medidas de OFDR em 1530, 1540, 1550 e 1560 nm, saturados e não
saturados. Gráfico 1 com a presença de um sinal saturante (-10 dBm) de 1565 nm; para
o Gráfico 2 o sinal é de 1547 nm; e para o gráfico 3, 1530 nm.
Outra análise interessante é o comportamento do ganho das fibras com a
variação da temperatura. Alguns trabalhos enfatizando este efeito foram
realizados, porém somente com simulação computacional, ou medidas de ganho
Medidas de ganho em fibras dopadas 69
numa fibra com comprimento fixo [37-53], e nunca com medidas de ganho
distribuído.
Para efetuar a medida, a fibra dopada foi colocada dentro de uma câmara
que permite variar a temperatura interna entre –30 e +90 ºC. A pequena
modificação no sistema para efetuar esta medida está ilustrada na Figura 34, onde
pode ser observado o esquema de OFDR mostrado anteriormente, agora com a
fibra sob a influência da temperatura.
Laser (sinal de OFDR)
FFT
Gerador de função
T rigger
Detector
OL I nterferômetro de Michelson
Filtro
Fibra dopada
Bombeio
Camara térmica
I solador
Figura 34: Esquema do OFDR com a fibra dentro de uma câmara térmica para efetuar
medidas de ganho em função da temperatura.
As figuras abaixo ilustram o ganho distribuído versus a variação da
temperatura para uma fibra dopada com érbio existente no laboratório, para
diferentes potências de bombeio aplicadas. Foram feitas medidas com diferentes
fibras dopadas, e cada uma apresentou uma taxa de variação diferente do ganho
com a temperatura, mas em todos os casos, a variação de ganho para fibras
bombeadas com 1480 nm é maior que utilizando 980 nm como bombeio. Estes
resultados estão de acordo com [51, 52]. Lembremos que os processos envolvidos
são diferentes para bombeio de 980 nm, que utiliza o modelo de três níveis, e
1480 nm que utiliza dois níveis. De acordo com [52], este comportamento pode
ser explicado porque existe um valor finito para a secção de choque de emissão
para o comprimento de onda de bombeio de 1480nm, e este valor é bastante
sensível a temperatura.
Medidas de ganho em fibras dopadas 70
0 10 20 300
5
10
15
20
25
30λS
= 1540 nmλP
= 980 nm
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]0 10 20 30
0
5
10
15
20
25
30
(b)(a)
PP= 104 mW
PP= 46 mW
PP= 18 mW
Temperatura do forno
-5 oC
10 oC
25 oC
45 oC
65 oC
λS = 1560 nm
λP = 980 nm
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]
Figura 35: Medidas de variação do ganho com a temperatura para bombeio de 980 nm e
sinal em (a) 1540 nm (b) 1560 nm. As potências de bombeio indicadas são as mesmas
para ambos os gráficos
0 10 20 300
5
10
15
20
25
30
65 0C
-5 0C
(b)(a)
Temperatura do forno
-5 oC
10 oC
25 oC
45 oC
65 oC
λS = 1540 nm
λP = 1480 nm
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]0 10 20 30
0
5
10
15
20
25
30
65 0C
-5 0C
PP= 73.8 mW
PP= 22.5 mW
PP= 12 mW
λS = 1560 nm
λP = 1480 nm
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]
Figura 36: Medidas de variação do ganho com a temperatura para bombeio de 1480nm e
sinal em (a) 1540 nm (b) 1560 nm. As potências de bombeio indicadas são as mesmas
para ambos os gráficos
Medidas de ganho em fibras dopadas 71
A Figura 35 mostra as curvas de ganho distribuído para uma determinada
fibra, que apresentou a maior variação com a temperatura. A variação do ganho é
mostrada em função da temperatura para bombeio de 980 nm e sinal em 1540 e
1560 nm. Observa-se que a variação para diferentes temperaturas não é
significativa, sendo calculada para aproximadamente -0,018 dB/oC para 1540 nm
e -0,014 dB/oC para 1560 nm. A Figura 36 ilustra a mesma medida porém para
bombeamento de 1480 nm. Agora a variação do ganho foi um pouco maior, sendo
-0,04 dB/oC para 1540 nm e -0,03 dB/oC para 1560 nm.
Uma observação deve ser feita, pois em [52] o autor sugere que o
comprimento ótimo seria diferente, dependendo da temperatura ambiente do
amplificador. Porém, para todas as fibras medidas em laboratório, a variação do
ganho foi muito pequena, e cada fibra apresentava uma característica diferente,
com variação de ganho para mais ou para menos, porém, apesar disso, mudou em
apenas poucos centímetros a escolha do comprimento ótimo para temperaturas
extremas. Deve-se, portanto, conhecer a fibra a ser utilizada, pois talvez algumas
fibras no mercado tenham um comportamento diferente.
5.1.2. Medidas em Banda L
Para efetuar medidas na banda L, utilizamos também fibras dopadas a érbio,
porém estas fibras estão operando fora do ponto ideal de ganho, portanto alguns
recursos foram utilizados para promover um aumento do ganho. As referências de
amplificadores na banda L [5-13] sempre usam longas fibras, e diferentes
esquemas de bombeamento e injeção de um sinal semente (seed) para aumentar e
planificar o ganho.
As próximas figuras ilustram medidas de ganho para banda C e banda L
juntas, Figura 37 e Figura 38, para duas fibras diferentes. Cada medida foi feita
com as mesmas potências de sinal e de bombeio, cobrindo todo o espectro entre
1530 e 1610 nm, a cada 10 nm. A observação mais evidente é que o ganho é
muito maior na banda C que na banda L, e também que o comprimento ótimo da
fibra na banda C é muito menor que o comprimento ótimo da fibra na banda L,
além disso, a banda L não apresentou um comprimento ótimo que satisfaça uma
boa relação de ganho plano e alto ganho, como na banda C.
Medidas de ganho em fibras dopadas 72
0 10 20 30 40 50 600
5
10
15
20
25
30
1530 nm1540 nm1550 nm1560 nm
Banda C
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]
0 10 20 30 40 50 600
5
10
15
20
25
30
1570 nm1580 nm1590 nm1600 nm1610 nmPs= -20 dBm
Pp= +20 dBm
Banda L
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]
Figura 37: Medidas nas bandas C e L para bombeio 980 nm, utilizando fibra fabricada
para operar na banda C.
0 20 40 60 800
5
10
15
20
25
30
1530 nm1540 nm1550 nm1560 nm
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]
Banda C
PS= -20 dBmPP= +20 dBm
0 20 40 60 800
5
10
15
20
25
30
1570 nm1580 nm1590 nm1600 nm1610 nm
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]
Banda L
Figura 38: Medidas nas bandas C e L para bombeio 980 nm, utilizando fibra fabricada
para operar na banda L.
Medidas de ganho em fibras dopadas 73
A fibra usada na Figura 38 foi fabricada para utilização na banda L. Por isso
ela apresenta maior ganho na banda L e menor diferença entre os valores de ganho
entre banda C e banda L. A maioria das medidas deste trabalho, realizadas em
banda L, foram feitas com esta fibra, por apresentar melhores ganhos e também
por ser uma fibra comercial para banda L.
Ainda para ilustrar as diferenças entre as duas bandas, a Figura 39 e a Figura
40 mostram medidas para diferentes potências de entrada (-20, -10, e 0 dBm) para
banda C e L em uma mesma fibra, bombeada com 980 nm. Podemos observar que
o efeito de saturação do sinal devido a um sinal de entrada maior é menos sentida
na banda L que na banda C. Este fato é claramente observado comparando as
medidas da esquerda e do centro de ambos os gráficos.
0 25 50
Banda C
PS= -10 dBm
Comprimento [m]0 25 50
0
5
10
15
20
25
30
PS= -20 dBm
Gan
ho [d
B]
0 25 50
Bombeio 980 nmPP = +20 dBm
PS= 0 dBm
Figura 39: Medidas na banda C, com comprimentos de onda de 1530, 1540, 1550 e
1560 nm, para diferentes potências sinal de entrada.
Medidas de ganho em fibras dopadas 74
0 25 50 75
Banda L
PS= -10 dBm
Comprimento [m]0 25 50 75
0
5
10
15
20
25
30
PS= -20 dBm
Gan
ho [d
B]
0 25 50 75
Bombeio 980 nmPP = +20 dBm
PS= 0 dBm
Figura 40: Medidas na banda L, com comprimentos de onda de 1570, 1580, 1590, 1600
e 1610 nm, para diferentes potências sinal de entrada.
As medidas na banda C para todos os comprimentos de onda apresentam
uma queda de aproximadamente 5 dB no ganho, porém as medidas na banda L
apresentam uma menor variação, e para maiores comprimentos de onda esta
diferença vai caindo, sendo quase desprezível para 1610 nm. Comparando os
gráficos da esquerda com o da direita, observamos que os sinais na banda C
apresentam uma queda no ganho de aproximadamente 10 dB, e medidas na banda
L apresentam uma queda no ganho de aproximadamente 5 dB. Talvez fosse
necessário efetuar medidas com potência de sinal ainda maior, mas seria inviável,
pois o laser de OFDR não responde para potências maiores, e também porque
sistemas para amplificação geralmente não usam sinais maiores que estes.
Em diversas referências, [5-7], o recurso de injeção de um sinal, para
auxiliar o bombeio é utilizado para aumento de ganho, seja devido a um sinal seed
[8] ou um reaproveitamento da ASE que sai da fibra dopada [9, 10]. Para isso
pequenas modificações no sistema OFDR mostrado na Figura 23 foram feitas para
possibilitar este estudo. Primeiramente, na Figura 41 é mostrado o esquema que
ilustra a injeção de um sinal seed na fibra dopada. Este sinal é geralmente um
sinal na banda C e para os experimentos foram usados 1530, 1540 e 1550 nm. A
Medidas de ganho em fibras dopadas 75
Figura 42, mostra a modificação para aproveitamento da ASE, onde foi colocada
uma rede de Bragg para refletir o sinal ASE que retorna para o início da fibra.
Medidas foram feitas usando uma rede de Bragg construída para refletir apenas
um comprimento de onda, daí escolhemos os mesmos comprimentos de onda
usados para o experimento com seed, ou ainda uma rede de Bragg construída para
refletir toda a banda C, ou seja, a ASE que retorna em todos os comprimentos de
onda entre 1530 e 1560 nm é refletida por esta rede, chamada rede Broadband.
Em seguida, foram feitas medidas para todas as configurações, e uma comparação
para uma melhor escolha do comprimento da fibra para todas as configurações foi
realizada.
Laser (sinal de OFDR)
FFT
Gerador de função
T rigger
Detector
OL I nterferômetro de Michelson
Filtro
Fibra dopada
Bombeio
Seed
I solador
WDM
Acoplador
Figura 41: Esquema OFDR para medidas inserindo um sinal seed na fibra dopada.
Laser (sinal de OFDR)
FFT
Gerador de função
T rigger
Detector
OL I nterferômetro de Michelson
Filtro
Fibra dopada
Bombeio
Rede de Bragg
I solador
WDM
Figura 42: Esquema OFDR para medidas refletindo a ASE de volta para a fibra dopada,
através de uma rede de Bragg.
A partir deste ponto, várias curvas foram geradas de diferentes
configurações, com e sem seed, com e sem reflexão de ASE, para todos os 5
Medidas de ganho em fibras dopadas 76
comprimentos de onda estudados na banda L. As figuras mostradas a seguir são
algumas curvas de comparação e ilustração.
A Figura 43 mostra o aumento de ganho para curvas em 1600 nm, quando o
sinal seed é utilizado em comparação ao sinal simples. Observa-se também que
entre as curvas com seed, a que dá o maior aumento de ganho é 1550 nm, e o
menor é 1530 nm. Este comportamento foi observado para todas as medidas em
todos os comprimentos de onda na banda L com estas potências de bombeio e
sinal. Este efeito é semelhante ao que foi observado na saturação da banda C
(Figura 31 e Figura 32). Porém na banda C, a presença de outro sinal reduzia o
ganho, enquanto que, na banda L, este sinal serve de auxílio ao bombeamento do
sinal desejado, fazendo com que se precise de uma fibra mais longa, porém com
um aumento de ganho de sinal.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
5
10
15
20
25
sem seed seed 1530 nm
seed 1540 nm
seed 1550 nm
P. de Signal = -20 dBmP. de Bombeio = +20 dBmP. de Seed = 0 dBm
Gan
ho e
m 1
600
nm [d
B]
Comprimento [m]
Figura 43: Medida para ganho em 1600 nm, com e sem seed de 1530, 1540 e 1550 nm.
A Figura 44 ilustra a comparação do uso de seed com a reflexão da ASE
através de rede de Bragg para uma rede simples do mesmo comprimento de onda
do seed, ou para uma rede broadband. Neste caso é mostrada a medida em 1590
nm, e para o sinal de seed em 1540 nm.
Medidas de ganho em fibras dopadas 77
O que essa figura deve ilustrar é que o sinal seed é mais eficiente para
aumentar o ganho que o uso de uma rede de Bragg do mesmo comprimento de
onda. Isso foi observado para todos os comprimentos de onda da banda L. Porém
não deve ser descartado o uso da rede simples para reflexão [54-56], que aumenta
bastante o ganho e é mais simples e barato que o uso de uma fonte laser. Já para o
uso de rede de Bragg broadband, pode-se afirmar pelas medidas obtidas que esse
método aumenta o ganho no geral, porém, para algumas medidas, o ganho gerado
com o uso da rede broadband foi menor que para seed 1550 nm. Na Figura 44
também é ilustrada a característica da rede de Bragg utilizada.
0 10 20 30 40 50 60 70 800
5
10
15
20
25
Broadband
seed 1540 nm
Bragg 1540 nm
Sem seed
Gan
ho e
m 1
590
nm [d
B]
Comprimento [m]
1500 1520 1540 1560 1580
1
10
100
Ref
lect
ivid
ade
[%]
Rede Broadband
Comprimento de onda [nm]
Figura 44: Medidas de ganho em 1590 nm para sinal sem seed, sinal com seed 1540
nm, uso de rede de Bragg que reflete 1540 nm e rede de Bragg broadband, com
ilustração da sua curva de refletividade.
A medida mostrada na Figura 45 é uma ilustração da diferença de
comportamento entre os ganhos de comprimentos de onda diferentes, e também
da eficiência do uso da rede de Bragg broadband para aumento do ganho. As
medidas foram realizadas em 1580 e 1600 nm onde a diferença de ganho é
enorme mesmo sem nenhum recurso. Porém com o uso da rede broadband as
curvas praticamente se encontram num valor de ganho bem mais alto.
Medidas de ganho em fibras dopadas 78
A rede de Bragg broadband aumentou o ganho em quase todos os
comprimentos de onda na banda L, menos em 1570 nm. Porém o uso da rede, faz
com que a ASE que sairia pela entrada da fibra retorne, e faz com que a curva de
ganho se desloque, promovendo ganho em comprimentos maiores da fibra.
0 10 20 30 40 50 60 700
5
10
15
20
25
1600 nm sem seed e seed broad band
1580 nm sem seed e seed broad band
Sinal -20 dBmBombeio +20 dBm
Comprimento [m]
Gan
ho [d
B]
Figura 45: Medidas de ganho distribuído para 1580 e 1600 nm, para sinais com
bombeamento simples e para uso de rede broadband.
O próximo gráfico, mostrado na Figura 46 ilustra uma medida para todos os
comprimentos na banda L, para uma das configurações estudadas, neste caso para
medidas utilizando a rede de Bragg broadband. A figura mostra o comportamento
dos sinais e a escolha do comprimento ótimo da fibra.
A Figura 47 mostra uma comparação entre as principais medidas (e neste
caso não são colocadas as medidas com rede de Bragg refletindo apenas um
comprimento de onda), mostrando uma escolha de comprimento ótimo, de forma
que o ganho fique espectralmente plano.
Medidas de ganho em fibras dopadas 79
0 10 20 30 40 50 60 70 800
5
10
15
20
25
Sinal = -20 dBmBombeio = +20 dBm
Escolha do comp.ótimo da fibraL= 52 m
1610 nm
1570 nm Seed Broadband
Comprimento [m]
Gan
ho [d
B]
Figura 46: Medidas de ganho para banda L utilizando fibra de Bragg broadband.
1570 1580 1590 1600 1610
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28 Sinal = -20 dBmBombeio = +20 dBm
sem seed (45 m) broadband (52 m) seed 1530 (45 m) seed 1540 (50 m) seed 1550 (55 m)
Gan
ho [d
B]
Comprimento de Onda [nm]
Figura 47: Comparação entre as medidas em banda L para as diferentes configurações
de sistemas.
Medidas de ganho em fibras dopadas 80
Neste caso a escolha do comprimento compromete o mais alto valor de
ganho em função da planicidade do ganho. No exemplo mostrado, a configuração
utilizando rede broadband apresentou ganho plano em quase toda banda L
(aproximadamente 2 dB), ilustrando assim uma excelente escolha para um
amplificador utilizando a mesma fibra e as mesmas potências usadas no teste.
Em [54] o uso de uma rede de Bragg broadband não foi tão eficiente quanto
o uso de uma rede de Bragg de um único comprimento de onda (1553 nm). Porém
vale relembrar que no experimento em questão, além de ter sido utilizada uma
outra fibra, o ganho não foi medido através de ganho distribuído, e sim
observando o sinal no final de uma fibra de tamanho fixo. Neste caso, não se tem
garantia de que este comprimento é ótimo para o experimento, ou se o uso da rede
broadband pode ser mais eficiente se outro comprimento de fibra for utilizado.
No experimento feito com rede de Bragg broadband, apesar do sistema ter
apresentado um resultado excelente, a rede de Bragg tem uma perda de inserção
de aproximadamente 5 dBm para sinais na banda L. Estas perdas foram
compensadas de forma que no experimento, a mesma potência de entrada fosse
observada para todas as diferentes configurações estudadas. Porém, isto tornou
inviável a utilização do sistema broadband, sendo necessária uma rede com baixa
perda de inserção.
Outro experimento na banda L foi tentar aumentar o ganho utilizando duplo
bombeamento. Neste caso de duplo bombeamento, a análise utilizando ganho
distribuído através de técnica de reflectometria é muito difícil. É preciso utilizar
uma fibra curta o suficiente para ver o efeito do bombeio contra-propagante, além
disso, o bombeio contra-propagante, deve ser devidamente isolado, e cuidados
devem ser tomados para que o sinal de bombeio contra-propagante que
eventualmente atravesse a fibra sem ser utilizado não danifique o laser de
bombeio co-propagante, o laser de sinal e o detector. Como num sistema de
reflectometria, é muito difícil usar os WDM com isoladores, pois após passar
pelos isoladores, o sinal refletido não consegue voltar sem perder bastante
intensidade. O uso de duplo bombeio é mais simples se as duas fontes de bombeio
forem diferentes, como 980 nm e 1480 nm, pois bombeios de mesmo
comprimento de onda podem passar facilmente pelo WDM sem isolação, entrando
diretamente na direção do outro bombeio, podendo danificar o laser.
Medidas de ganho em fibras dopadas 81
A Figura 48 ilustra o sistema usado para medidas em banda L para duplo
bombeio. Neste caso, o bombeio co-propagante é 980 nm e o bombeio contra-
propagante é 1480 nm. Um isolador na saída do bombeio de 1480 nm, além de um
WDM sem isolação (1480/1590 nm) foi utilizado para eliminar uma reflexão do
sinal retro-espalhado.
Laser (sinal de OFDR)
FFT
Gerador de função
T rigger
Detector
OL I nterferômetro de Michelson
Filtro
OSA
Fibra dopada
Bombeio Forward
Bombeio Backward
Figura 48: Esquema OFDR para medidas em banda L utilizando duplo bombeamento.
As figuras seguintes mostram medidas de duplo bombeio para dois
diferentes comprimentos de fibra para a banda L. A Figura 49 mostra uma medida
em uma fibra de 80 m. O ganho distribuído devido ao bombeio co-propagante
aparece no início da fibra. A partir de 40 m, esse bombeio não é suficiente e o
sinal passa a ser absorvido pela fibra, ou seja, a curva de ganho cai, então a
medida começa a apresentar uma extrapolação para ganho distribuído, entre 40 e
60 m de comprimento, porque o sistema não foi capaz de reproduzir estes pontos
por apresentar uma alta saturação do detector, que faz com que o nível de
sensibilidade do aparelho se sobreponha à medida. Porém, após 60 m, o sinal sai
do nível de ruído do equipamento devido ao efeito da alta potência de bombeio
contra-propagante. Pode-se observar que a fibra é muito longa para todos os
comprimentos de onda na banda L, pois o ganho devido ao bombeio co-
propagante chega a um máximo e cai, vai sendo absorvido pela fibra, chegando
próximo de ganho zero. De acordo com a extrapolação são mais de 20 m de fibra
em que o sinal foi absorvido e o bombeio contra-propagante não conseguiu
chegar, depois são aproximadamente mais 20 metros em que o bombeio contra-
propagante ilumina a fibra.
Medidas de ganho em fibras dopadas 82
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
EDFA Banda LDuplo bombeio
1570 nm 1580 nm 1590 nm 1600 nm 1610 nm
Comprimento [m]
Ga
nh
o [
dB
]
Bombeio co-propagante
bombeio contra-propagante
Figura 49: Medidas de ganho distribuído em banda L para duplo bombeio em 80 m de
fibra dopada
0 20 40 600
5
10
15
20
EDFA Banda LDuplo bombeio
1570 nm 1580 nm 1590 nm 1600 nm 1610 nm
Comprimento [m]
Ga
nho
[dB
]
Bombeio co-propagante
Bombeiocontra-propagante
Figura 50: Medidas de ganho distribuído em banda L para duplo bombeio em 50 m de
fibra dopada.
Medidas de ganho em fibras dopadas 83
Seria ideal uma medida com um comprimento de fibra menor, e isso é
ilustrado na Figura 50, que se trata da mesma fibra, porém com comprimento
menor, 50 m. Neste caso, a fibra ainda é aparentemente longa para o sinal de 1570
nm porém curta para 1610 nm, e o bombeio contra-propagante também não foi tão
eficiente quanto na medida anterior, ou seja, ele promoveu um ganho menor que
na fibra maior, isso porque ele encontrou em alguns metros a fibra iluminada pelo
bombeio co-propagante, fazendo com que a fibra ficasse transparente para o efeito
do bombeio.
Observando com mais atenção os sinais de comprimentos de onda mais
extremos, temos então, na Figura 51 as curvas de ganho distribuído para 1570 e
1610 nm, para os dois comprimentos de fibra utilizados.
0 20 40 60 800
5
10
15
20
Gan
ho [d
B]
Comprimento [m]
1570 nm
1610 nm
EDFA Banda LDuplo bombeio
Figura 51: Medidas de ganho distribuído em 1570 e 1610 nm para duplo bombeio em 50
e 80 m de fibra dopada.
Observa-se, como citado anteriormente, que a fibra ainda é longa para o
sinal de 1570 nm, porém curta para 1610 nm. Na curva de 1610 nm, numa
distância de 30 m a partir do início da fibra o ganho, que para a outra curva era
somente devido ao bombeio co-propagante, agora foi depletado pela presença do
Medidas de ganho em fibras dopadas 84
bombeio contra-propagante. Na medida de 1570 nm porém, vemos que, apesar da
proximidade, o bombeio contra-propagante aparentemente não afetou o ganho no
início da fibra gerado pelo bombeio co-propagante.
Todos os resultados foram confirmados em medida simples de ganho
usando o OSA, onde foram medidos o sinal de entrada e o sinal de saída, e
calculado o ganho. A Tabela 2 mostra os valores de ganho medidos no final da
fibra nas duas técnicas, as medidas de ganho distribuído através da técnica de
OFDR no final da curva se ajustaram perfeitamente aos medidos com o auxílio do
OSA, mostrando que os resultados são realmente coerentes e verdadeiros.
OFDR 80 m OSA 80 m OFDR 50 m OSA 50 m
1570 nm 23,1 dB 23,9 dB 20,8 dB 20,6 dB
1580 nm 22,0 dB 22,6 dB 19,9 dB 19,5 dB
1590 nm 21,1 dB 21,9 dB 18,7 dB 18,7 dB
1600 nm 20,2 dB 21,1 dB 17,7 dB 17,4 dB
1610 nm 17,8 dB 18,5 dB 13,7 dB 13,1 dB
Tabela 2: Valores de ganho para as técnicas de OFDR e utilizando o OSA para medidas
de duplo bombeio em banda L para 50 e 80 m de fibras dopadas.
Chegamos à conclusão que, talvez exista um comprimento de fibra ideal
entre estes dois comprimentos mostrados no experimento, porém esta medida,
neste caso, é destrutiva, precisando que sejam feitos sucessivos cortes e análises a
fim de procurar o comprimento ideal de fibra para esta configuração, devido as
características da fibra de érbio. Duas conclusões podem ser tiradas destas
medidas: primeira, o uso de duplo bombeio realmente aumenta bastante o ganho
do sistema; e a segunda, que esta técnica também é eficiente para medidas de
ganho distribuído em duplo bombeio, sendo ineficiente para prever o
comprimento ótimo, mas reproduzindo bem o comportamento do ganho ao longo
da fibra.
Medidas de ganho em fibras dopadas 85
5.2. Medidas em fibras dopadas com Túlio – Banda S
Como discutido anteriormente, o método é bastante importante para
caracterizações de fibras dopadas, porém fibras de sílica dopadas com érbio já são
amplamente usadas, tendo vários softwares de simulação a disposição, porém,
fibras diferentes, como a fibra ZBLAN dopada com túlio, além de ter poucos
recursos de caracterização, é uma fibra extremamente cara, tornando-se inviável a
caracterização por método de cutback.
As medidas de OFDR na banda S foram executadas com um sistema
conforme a Figura 23. Foi montado um esquema com um laser sintonizável na
banda S com largura de linha de 100 kHz, um filtro semelhante ao mostrado na
Figura 22, porém com as redes de Bragg para 1460, 1470, 1480, 1490 e 1500 nm.
O processo é o mesmo, portanto os tipos de medidas são os mesmos. Entretanto,
fazer medidas com estas fibras foi especialmente difícil, porque as fibras não são
de sílica. O material do qual a fibra é feita, ZBLAN é extremamente frágil, e a
fibra quebra muito facilmente. Por isso, a emenda ZBLAN – sílica não é
acessível, as emendas são feitas por encomenda e fechadas em uma caixa, para
facilitar o manuseio e evitar perdas. A parte acessível é apenas as saídas com
fibras de sílica para que as emendas sejam feitas com o resto do sistema. Estas
emendas internas causavam uma reflexão enorme e de difícil controle.
A Figura 52 mostra a primeira caracterização com medidas de ganho
distribuído em fibras dopadas com túlio. Esta fibra tem comprimento de 15m. A
primeira grande reflexão vem de uma saída do WDM aberta, que serve como
porta de controle, e que acarretava num ponto alto de reflexão. A segunda reflexão
é a emenda ZBLAN – sílica, e logo depois observa-se o comportamento de ganho
da fibra. A fibra foi bombeada em 1050 nm (co-propagante) a uma potência de
25,5 dBm, e o sinal foi 1480 nm a uma potência de -2 dBm.
Para esta primeira medida, podemos observar através da diferença entre os
picos da emenda da saída, que o ganho dessa fibra para este comprimento é 24 dB,
e novamente o ganho é lido diretamente da medida subtraindo o valor de máximo
ganho pelo valor sem ganho e dividindo por dois.
Medidas de ganho em fibras dopadas 86
0 10 20 30 40 -100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0 Medida em fibra dopada
com Túlio
Aumento do bombeio
Emenda de saída
Emenda de entrada
Comprimento [m]
Sin
al R
etro
-esp
alha
do [d
BV
]
Figura 52: Caracterização de ganho distribuído em 15 m de fibra ZBLAN dopada com
túlio.
-20 -10 0 10 20 30 40 50-90-80-70-60-50-40-30-20
B A
PA=1/2[(7.4-4.1)/2]=0.8 dB
7.4 dB4.2 dB
Sin
al R
etro
-esp
alha
do [d
BV
]
Comprimento [m]
-80
-70
-60
-50
-40
-30
A BPB=1/2[(8.3-4.2)/2]=1 dB
8.3 dB4.1 dB
Figura 53: Medidas de perdas nas emendas ZBLAN-sílica usando a técnica de OFDR.
A primeira grande diferença entre as curvas de ganho da fibra dopada com
érbio e com túlio é que para o túlio, o sinal não é absorvido pela fibra, fato
Medidas de ganho em fibras dopadas 87
percebido pela curva de bombeio zero. A maneira com que o ganho cresce
também é diferente, para cada bombeio, tem-se uma curva de inclinação diferente.
Isto é devido ao processo de amplificação, pois o bombeio precisa tirar população
do nível fundamental e depois de um nível intermediário, nível 2, até um outro
nível intermediário, nível 3, e a amplificação ocorre entre estes níveis 2 e 3.
Utilizando a técnica de OFDR, pode-se ainda caracterizar as perdas nas
emendas nas extremidades da fibra, observadas na Figura 52, fazendo uma
caracterização não destrutiva, apenas através de medidas sem bombeio, nas duas
direções, medidas estas mostradas na Figura 53. As perdas medidas para as
emendas A e B são respectivamente 0,8 e 1 dB.
A seguir, foi aberta a caixa da emenda ZBLAN-sílica para abrir a emenda de
saída de uma outra amostra de TDF, que estava danificada, para tentar fazer a
medida sem a interferência da reflexão da emenda de saída. O resultado é
mostrado na Figura 54.
0 10 20 30 40 -100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
Aumento da potência bombeio
Emenda de entrada
Final da fibra
Comprimento [m]
Sin
al R
etro
-esp
alha
do [d
BV
]
Figura 54: Caracterização de ganho distribuído em 9,8 m de fibra ZBLAN dopada com
túlio.
O ganho da fibra da na Figura 54 foi de 11 dB, e está de acordo com outros
métodos de medida de ganho usados no laboratório. Pela medida, observa-se que
a fibra provavelmente está longe de seu comprimento ótimo para esta potência de
Medidas de ganho em fibras dopadas 88
bombeio, e também não apresenta indícios de saturação de ganho pela potência de
bombeio.
Com o uso dessa técnica, o custo para se trabalhar em laboratório com essa
fibra diminui bastante, pois uma fibra maior pode ser analisada para determinadas
potências de sinal e de bombeio, e depois ela é cortada para que se construa o
amplificador.
Além de comprimento ótimo da fibra, também se procura diferentes tipos de
bombeamento visando um aumento de ganho e melhor desempenho do
amplificador, assim como na fibra dopada com érbio. Alguns trabalhos vem sendo
desenvolvidos neste sentido, como em [48, 49, 57]. A técnica de OFDR vem
sendo amplamente usada para que a tecnologia se desenvolva.
A Figura 55 ilustra uma medida de duplo bombeio com esquema de
bombeamento proposto pelo grupo de óptica do departamento de Física da UFPE
[48, 57]. Neste exemplo é usada uma fibra dopada de 18 m de comprimento. O
sinal é 1 mW de 1480 nm e os bombeamentos são: co-propagante de 1050 nm
com potência 80 m W e contra-propagante de 800 nm com potência de 45 mW.
0
5
10
15 Duplo bombeio
1050 nm
800 nm
Gan
ho (
dB)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
5
10
Ganho(1050 + 800) - Ganho (1050)
Comprimento [m]
Figura 55: Medida de duplo bombeio em fibra dopada com túlio.
Medidas de ganho em fibras dopadas 89
Analisando rapidamente esta medida, ela mostra dois gráficos. O gráfico de
cima mostra uma medida de ganho com bombeamento simples (apenas co-
propagante) e duplo. O gráfico de baixo apresenta apenas o comportamento do
bombeio contra-propagante.
Como já foi observado, o sinal não é absorvido pela fibra, não existe o
problema encontrado para caracterizar duplo bombeamento em EDFA, ou seja,
uma fibra com comprimento maior que o necessário, quando caracterizada através
da técnica de OFDR, ilustra perfeitamente os comportamentos dos bombeios. Por
exemplo, com o bombeamento co-propagante o ganho distribuído na Figura 55
cresce lentamente com uma inclinação muito pequena, e no final da fibra
apresenta sinal com ganho constante, quer dizer, a fibra é muito longa para este
bombeio. Porém, observando o efeito do bombeamento contra-propagante do
gráfico de baixo (Figura 55), em apenas 6 m de fibra ele adiciona aumento do
ganho, e em apenas 2 m, ele realmente atua aumentando o ganho. Este efeito
sugere que uma fibra menor poderia ser usada, ou ainda que os dois bombeios
fossem co-propagantes [57], lembrando que a eficiência do bombeamento de 800
nm só é alta devido a presença do outro bombeamento.
Portanto, esta técnica utilizada para caracterização de dispositivos a fibra,
apresenta-se pela primeira vez de forma mais abrangente, através de um sistema
que pode promover a caracterização de ganho em fibras dopadas por diferentes
materiais e operando em diferentes comprimentos de onda, possibilitando medidas
em diferentes configurações. Portanto, o avanço do estudo do amplificador a fibra
dopada com túlio, e o uso desta técnica para caracterização do ganho para este
comprimento de onda são de grande importância, visto que, diferentemente do
EDFA, que é amplamente utilizado em sistemas, o TDFA ainda está em fase de
desenvolvimento.
