1) O documento descreve uma dissertação de mestrado sobre a conversão de comprimento de onda utilizando modulação de ganho cruzado em amplificadores ópticos semicondutores. 2) A conversão de comprimento de onda é estudada usando duas técnicas: modulação de ganho cruzado entre dois sinais (pump e probe) e modulação do espectro da ASE do amplificador. 3) Os resultados experimentais mostram que a técnica pump e probe produz pulsos com maior amplitude e duração menor, enquanto a técnica

1. Caracterização da conversão de comprimento
de onda utilizando modulação de ganho
cruzado em amplificadores semicondutores
ópticos
Defesa de Dissertação de Mestrado
Candidato: Rafael de Oliveira Ribeiro
Orientador: Profa. Maria Cristina Ribeiro Carvalho
Co-orientador: Profa. Maria Thereza Miranda Rocco Giraldi
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro - PUC-Rio
13 de Setembro de 2005

2. Tópicos
1 Introdução
2 Amplificador óptico semicondutor
3 Técnicas de conversão de comprimento de onda utilizando
amplificadores ópticos semicondutores
4 Experimentos de conversão de comprimento de onda por
modulação de ganho cruzado utilizando dois SOAs
5 Comparação entre as técnicas apresentadas
6 Conclusões e comentários finais
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3. Introdução
A conversão de comprimento de onda é um processo
físico no qual uma dada informação, em uma determinada
freqüência óptica, é transferida a outra.
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4. Motivação
Demanda crescente → soluções complexas;
Sistemas WDM → capacidade múltipla para a mesma
fibra;
Redes mais complexas → controle de comprimentos de
onda.
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5. Motivação
Demanda crescente → soluções complexas;
Sistemas WDM → capacidade múltipla para a mesma
fibra;
Redes mais complexas → controle de comprimentos de
onda.
Problema
Pode acontecer que dois canais sejam delegados para o
mesmo comprimento de onda, causando o chamado bloqueio
de um destes, já que apenas um vai continuar sua transmissão.
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6. Aplicações da conversão de comprimento de onda
São aplicáveis às:
Redes com múltiplos comprimentos de onda de operação
com topologias complexas
Redes totalmente ópticas, ou transparentes
Para:
Evitar bloqueio de comprimentos de onda nas redes WDM
Permitir uma distribuição do controle e da gerência da rede
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7. Técnicas de conversão de comprimento de onda
Conversão óptico-eletro-óptica
Método Opto-eletro-óptico
Métodos totalmente ópticos
Chaveamento óptico
Mistura de ondas
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8. Técnicas de conversão de comprimento de onda
Conversão óptico-eletro-óptica
Método Opto-eletro-óptico ← Não estudado aqui!
Métodos totalmente ópticos
Chaveamento óptico
Mistura de ondas
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9. Técnicas de conversão de comprimento de onda
Conversão óptico-eletro-óptica
Método Opto-eletro-óptico
Métodos totalmente ópticos
Chaveamento óptico ← XGM,XPM,XAM
Mistura de ondas
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10. Técnicas de conversão de comprimento de onda
Conversão óptico-eletro-óptica
Método Opto-eletro-óptico
Métodos totalmente ópticos
Chaveamento óptico
Mistura de ondas ← FWM,DFG
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11. Amplificador óptico semicondutor
Dispositivo capaz de amplificar sinais ópticos.
Ondas propagantes → minimizam-se as reflexões na
interface semicondutor-ar.
O SOA amplifica sinais pela emissão estimulada
(a) região ativa angulada (b) janelas transparentes
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12. Ganho
Ganhos material e interno (líquido):
g(n) = vggm(n) = vga(n − n0), (1)
gL(n) = g(n) − αt = g(n) − (αint + αr ). (2)
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13. Ganho
Ganhos material e interno (líquido):
g(n) = vggm(n) = vga(n − n0), (1)
gL(n) = g(n) − αt = g(n) − (αint + αr ). (2)
Ganho do dispositivo:
G(n, L) =
Pout
Pin
= egL (n)L
. (3)
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14. Ganho
Ganhos material e interno (líquido):
g(n) = vggm(n) = vga(n − n0), (1)
gL(n) = g(n) − αt = g(n) − (αint + αr ). (2)
Ganho do dispositivo:
G(n, L) =
Pout
Pin
= egL (n)L
. (3)
Largura de banda de amplificação interna:
Eg
h
< νamp <
E f c − E f v
h
(4)
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15. Saturação de ganho
O ganho do dispositivo se torna não-linear
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16. Saturação de ganho
O ganho do dispositivo se torna não-linear
Quantidade finita de portadores disponíveis.
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17. Saturação de ganho
O ganho do dispositivo se torna não-linear
Quantidade finita de portadores disponíveis.
A disponibilidade de portadores na região
ativa diminui com o aumento da potência
Conversão de comprimento de onda utilizando XGM em SOAs Rafael de Oliveira Ribeiro | 9/44

18. Saturação de ganho
O ganho do dispositivo se torna não-linear
Quantidade finita de portadores disponíveis.
A disponibilidade de portadores na região
ativa diminui com o aumento da potência
O ganho decai com um aumento de potência!
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19. Saturação de ganho - exemplo
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20. Ruído do amplificador
Amplificadores ópticos produzem ruído
originado pela emissão espontânea
A ASE tem origem na associação de duas
transições em amplificadores ópticos:
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21. Ruído do amplificador
Amplificadores ópticos produzem ruído
originado pela emissão espontânea
A ASE tem origem na associação de duas
transições em amplificadores ópticos:
1 Emissão espontânea; e,
Conversão de comprimento de onda utilizando XGM em SOAs Rafael de Oliveira Ribeiro | 11/44

22. Ruído do amplificador
Amplificadores ópticos produzem ruído
originado pela emissão espontânea
A ASE tem origem na associação de duas
transições em amplificadores ópticos:
1 Emissão espontânea; e,
2 Emissão estimulada, que amplifica os fótons gerados pela
transição anterior.
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23. Dinâmica de ganho
Equações de taxa:
dn
dt
=
I
Vq
− gS −
n
τR
(5)
dS
dt
= gS + nspg −
S
τS
(6)
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24. Dinâmica de ganho
Equações de taxa:
dn
dt
=
I
Vq
− gS −
n
τR
(5)
dS
dt
= gS + nspg −
S
τS
(6)
Tempos associados:
τe
−1
=
d Resp
dn
+
d
dn
(gSvg) (7)
τg
−1
= τnr
−1
+ Resp S (8)
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25. Modulação de ganho cruzado
A saturação de ganho impõe uma modulação no ganho
disponível no SOA, gerando uma modulação transferida a
um outro canal.
(a) co-propagante (b) contra-propagante
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26. Modulação de ganho cruzado do espectro da ASE
A ASE também é modulada pela saturação de ganho;
Caso tenha dinâmica rápida o suficiente para repetir as
variações de um sinal pump, pode ser utilizada para a
conversão de comprimentos de onda.
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27. Diagrama do experimento pump & probe
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28. Pulsos ópticos na saída do modulador
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29. Variação de Pprobe - SOA sub-montado, Vbias = 0 V
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30. Variação de Pprobe - SOA sub-montado, Vbias = Vπ
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31. Variação de ISO A, SOA sub-montado
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32. Variação de ISO A, SOA sub-montado
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33. Variação de Pprobe, SOA sub-montado
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34. Variação de Pprobe, SOA sub-montado
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35. SOA encapsulado, ISO A = 200 m A
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36. SOA encapsulado, ISO A = 240 m A
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37. Variação de Pprobe, SOA encapsulado
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38. Variação de Pprobe, SOA encapsulado
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39. Variação do λprobe, SOA encapsulado
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40. Variação do λprobe, SOA encapsulado
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41. Diagrama do experimento ASE-XGM
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42. Efeito ASE-XGM
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43. Conversão ASE-XGM - exemplo de pulsos
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44. Eficiência de conversão
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45. Variação de Ppump, SOA sub-montado, Vbias = Vπ
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46. Variação de Ppump, SOA sub-montado, Vbias = Vπ
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47. Variação de ISO A, SOA encapsulado, Vbias = Vπ
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48. Variação de ISO A, SOA encapsulado, Vbias = Vπ
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49. Variação de Ppump, SOA encapsulado, Vbias = Vπ
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50. Variação de Ppump, SOA encapsulado, Vbias = Vπ
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51. Amplitudes de Pulsos
O experimento pump & probe apresentou maiores
amplitudes que o ASE-XGM;
As amplitudes de pulsos obtidos por ASE-XGM
apresentaram um máximo para um determinado valor de
Ppump;
As curvas em função de λconv. para o experimento pump &
probe seguiram a curva de ganho; para o ASE-XGM, as
amplitudes não seguiram a razão de extinção medida.
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52. Durações
A ASE-XGM apresentou durações de pulsos sempre
maiores que os de pump & probe;
A corrente de polarização foi determinante na redução do
tempo de recuperação do ganho;
Um aumento de potência causou reduções das durações
para a técnica pump & probe, com o oposto ocorrendo
para a ASE-XGM;
Mostraram-se pouco dependentes do λconv. para a técnica
pump & probe; para a ASE-XGM, seguiram a variação da
razão de extinção.
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53. Comentários e conclusões
Realizou-se um trabalho experimental de comparação
entre duas técnicas baseadas no mesmo efeito físico;
Investigou-se a amplitude e a duração dos pulsos, pelo
uso de pulsos elétricos curtos;
Todos os pulsos apresentaram tempos de resposta
maiores que as do pulso de excitação;
Contudo, apresentaram tempos de resposta compatíveis
com taxas na faixa de 10 Gbit/s; valores compatíveis com
a literatura.
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54. Comentários e conclusões - cont.
O experimento pump & probe sempre obteve pulsos com
durações menores que os de ASE-XGM;
Todavia, o ASE-XGM é mais simples,e é inerentemente
sintonizável;
Os amplificadores empregados tiveram respostas bastante
diferentes, apesar de serem do mesmo tipo.
O amplificador sub-montado teve os pulsos mais curtos. O
SOA encapsulado apresentou durações muito maiores.
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55. Sugestões para trabalhos futuros
Comparação entre estruturas
Taxa de erro de bit
Variação de Fase imposta
Outras técnicas
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56. Fim
Obrigado!
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