Curso: Disperso de Polarizao (Polarization Mode Dispersion - PMD) em Comunicaes pticas Ementa: Disperso de Polarizao, PMD, um parmetro de grande importncia nos sistemas modernos de comunicaes pticas. Ela impe limitaes tanto nos sistemas pticos analgicos (CATV) como nos sistemas digitais de telecomunicao de longa distncia. Neste sentido, os projetistas de sistemas precisam entender profundamente a questo da PMD, para poderem especificar fibras e outros componentes. Por outro lado, os fabricantes de fibras e cabos pticos precisam desenvolver produtos que satisfaam as especificaes cada vez mais exigentes. Tambm, as tcnicas de instalao dos enlaces precisam ser revistas para garantir que a PMD se mantenha em nveis aceitveis. rgos internacionais como ITU, TIA, IEC e EU-COST esto conduzindo diversos estudos, de maneira a traarem suas recomendaoes tcnicas. No Brasil, a Embratel, Telebrs e operadoras de telecomunicaes j comeam a seguir as recomendaes preliminares destes orgos. A disperso de polarizao surge do fato de que mesmo nas fibras atuais, as quais possuem uma geometria excelente e pouca tenso interna, existe um pequeno nvel de birrefringncia. A birrefringncia causa o alargamento temporal do sinal devido ligeira diferena entre as velocidades de propagao das duas polarizaes ortogonais que constituem o sinal propagante na fibra. Devido a movimentos da fibra, variaes de temperatura e outras variaes ambientais, ocorre um intenso acoplamento entre estas duas polarizaes. 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, atravs de uma funo distribuio de probabilidade. Em sistemas pticos de telecomunicao de longa distncia, a PMD limita a capacidade de transmisso de informao. 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 (disperso deslocada) ou taxas de transmisso mais altas, a especificao de PMD < 0.1 ps km-1/2 deve ser requerida. Comunicao ptica analgica (CATV) tambm afetada pela PMD, a qual produz distores e adiciona rudo ao sinal. Vrios sistemas de CATV recentemente instalados tiveram que ser retrabalhados devido a este fenmeno. Um elemento essencial no controle da PMD sua prpria medio. Isto necessrio para permitir o controle de qualidade e a introduo de melhorias nos processos de fabricao das fibras e cabos. Sua medio tambm permite avaliar os enlaces instalados e investigar os cuidados necessrios no projeto e nas tcnicas de instalao do enlace. Existem vrios mtodos propostos para medir PMD. No entanto, no h ainda um consenso ou padronizao daqueles mais indicados para uso na indstria ou no campo. Isto ocorre devido natureza aleatria desta grandeza, o que a faz difcil de ser caracterizada completamente. Neste curso, ns exploramos todos os aspectos relacionados a PMD. Inicialmente, descrevemos suas origens e caractersticas estatsticas associadas sua dependncia com as variaes geomtricas e ambientais da fibra. A seguir, descrevemos a influncia do comprimento do enlace e os efeitos da PMD em sistemas pticos analgicos (CATV) e em sistemas pticos digitais de telecomunicao. A interao da PMD com a atenuao e ganho dependentes de polarizao (PDL e PDG) dos componentes do sistema so tambm discutidos. Os diferentes mtodos de medida existentes, suas limitaes e as exatides das medidas proporcionadas por cada um deles so apresentadas e comparadas. Os estudos da ITU, TIA, IEC e EU-COST acerca da padronizao de tcnicas de medida e dos valores mximo recomendados de PMD so tambm mostrados. apresentado um levantamento detalhado das tcnicas de medida mais indicadas para uso na indstria (fabricao de fibras e cabos) e no campo (enlaces instalados), assim como dos equipamentos disponveis comercialmente para tal finalidade. Os cuidados especiais a serem tomados no procedimento de medio e no projeto de sistemas so discutidos. A influncia dos processos de fabricao das fibras e cabos e das tcnicas de instalao dos enlaces nos nveis de PMD so mostrados. Valores de PMD para diferentes fibras e dispositivos pticos so apresentados, com nfase especial para a comparao entre fibras convencionais e fibras de disperso deslocada, enfocando o caso do festoon submarino italiano. Este curso dirigido a projetistas de sistemas pticos de telecomunicao e CATV, a engenheiros e tcnicos envolvidos nos processos de fabricao de fibras e cabos, e a tcnicos responsveis pela instalao de enlaces de fibras pticas. Contedo do Curso:

Fundamentos sobre Luz Polarizada Birrefingncia e medida de birrefringncia em fibras pticas monomodo Acoplamento dos modos de polarizao e comprimento mdio de acoplamento modal Fibras PM (mantenedora de polarizao) e fibras HiBi (alta birrefringncia) Elpse de Polarizao Esfera de Poincar

Parmetros de Stokes Medidas de Polarizao e medida dos parametros de Stokes (fundamentos de polarimetria) A Esfera de Poincar para diferentes estados de polarizao:

Linear, Circular, Elptica Variando o comprimento de onda (frequncia) da luz Na presenca de acoplamento modal aleatrio

A origem da PMD Definies no mundo da "PMD", DGD (differential group delay), PSP (estados principais de

polarizao), etc. Distino entre PMD e disperso cromtica Flutuaes de polarizao e dependncia da PMD com variaes na geometria da fibra

(curvaturas, elipticidade do ncleo, ndice de refrao, etc) e com variaes aleatrias das condies ambientais externas (temperatura, tenso, toro, vibrao, etc)

Caractersticas estatsticas da PMD Caractersticas de PMD em:

Componentes pticos discretos, pequenos comprimentos de fibra Fibras HiBi Comprimentos Longos de Fibra (i.e., com forte acoplamento modal)

Dependncia da PMD com o comprimento do enlace (L): variao linear e variao com raiz quadrada

PDL (Atenuao Dependente de Polarizao) e PDG (Ganho Dependente de Polarizao) de componentes do sistema:

Definio Concatenao de PDL e PDG Medidas de PDL e PDG

Efeitos da PMD em sistemas pticos de comunicao: PMD em sistemas pticos analgicos / CATV (rudo e distores introduzidos no

sistema) PMD em sistemas pticos digitais de telecomunicao (deteriorao e flutuao da

performance e BER-taxa de erro de bit do sistema) Efeitos de PDL e PDG e da combinao PMD-PDL/PDG em sistemas pticos digitais e

analgicos As tcnicas de medida de PMD:

Interferometria (IF) Interferometria a fibra e discreta Interferometrica com aplicao de transformada de Fourier Consideraoes acerca das limitaes, preciso/exatido das medidas e custo

de implementao do mtodo Exemplo de medidas (componentes pticos discretos, fibras HiBi, comprimentos

curtos e longos de fibras, cabos, amplificadores pticos, enlaces amplicados) Wavelength Scanning ou Fixed Analyser (WS ou FA)

Descrio da tcnica Wavelength Scanning com aplicao de transformada de Fourier (FTWS ou

FTFA) Consideraoes acerca das limitaes, preciso/exatido das medidas e custo

de implementao Exemplo de medidas em vrios casos usando WS e FTWS

- As tcnicas polarimtricas de medida de PMD ... Poincar Sphere (PS) State of Polarization (SOP) = Associao de PS + WS Jones Matrix Eigen-Analysis (JME)

Representao das caractersticas de transmisso de um dispositivo ptico de duas portas atravs da matriz de Jones

Descrio da tcnica

Consideraes acerca das limitaes, preciso/exatido das medidas e custo de implementao

Exemplo de medidas Comparaes entre as diferentes tcnicas de medida de PMD

Uso no laboratrio VERSUS uso no campo Limitaes, preciso/exatido das medidas e custos de implementao Padronizao: Estudos da I.T.U., COST 241, T.I.A. e I.E.C.

A importncia do estabelecimento de um processo de medida de PMD para a obteno de resultados confiveis e reproduzveis e para um bom controle de qualidade na fabricao de fibras e cabos pticos

Valores medidos tpicos de PMD para fibras em carretis, fibras encabeadas e cabos pticos istalados (terrestres e submarinos), isto , PMD antes e depois da fibra encabeada e PMD antes e depois do cabo instalado

Padres aceitveis de PMD hoje e a importncia da preocupao do projetista do enlace com futuros upgrades do sistema

Como reduzir a PMD nos processos de fabricao e encabeamento da fibra Fibra convencional VERSUS Fibra DS (disperso deslocada): caractersticas de PMD e a

experincia do festoon submarino italiano PMD em amplificadores de fibra ptica e em enlaces opticamente amplificados Polarization OTDR: Medida de PMD ao longo do enlace de fibra Equipamentos disponveis comercialmente para medida de PMD:

*Hewlett Packard *Photonetics *RPA (Instrument Systems Optishe Messtechnik) *JDS Fitel *EG&G *Profile Optishe *GAP / EXFO *Santec *Outros: NOI, IPTH, Oyokoden As tcnicas usadas Especificaes, preciso/exatido das medidas e limitaes Aplicabilidade (uso no campo X uso no laboratrio) Future proof (visto que ainda no existe um consenso e que os padres podem mudar

no futuro) Possibilidade de tambm medir PDL e PDG Preos no mercado brasileiro e internacional Representantes no Brasil Escolhendo uma tcnica de medida e a melhor opo comercial Indicao de laboratrios para prestao de servios de metrologia em PMD: NPL (UK),

NIST (EUA), EU-COST 241 (Blgica ou Suia), NOI (Canad) Sumrio e Concluses Discusses

Carga Horria: 8 Horas Instrutor: Dr. Srgio Barcelos