The dissertation investigates the optical time domain reflectometer (OTDR) systems. The main object of research is an optical receiver for OTDR. The aim of the work is to create an optical receiver design method-ology to achieve optimal dynamic range of the system for a given band-width, design and investigate integrated fully differential variable gain tran-simpedance amplifier for OTDR optical receiver. Main tasks solved in this work are: perform analysis of OTDR struc-tures, main specifications and suggest possible improvement approaches; analyze main optical receiver noise sources and noise minimization and create generalized noise model; create optical receiver for an OTDR design methodology, that allow calculating avalanche photodiode multiplication factor, transimpedance amplifier feedback resistance and voltage amplifier input transistor dimensions that achieves optimal OTDR dynamic range; design and perform simulations of transimpedance amplifier integrated cir-cuit using AMS 0.35 µm CMOS technology and calculate optical receiver parameters in 0.1–100 MHz range of bandwidths The dissertation consists of four parts including Introduction, 4 chap-ters, Conclusions, References and 1 Annex. The introduction reveals the investigated problem, importance of the thesis and the object of research. It also describes the purpose and tasks, research methodology, scientific novelty, the practical significance of re-sults examined in the paper and defended statements. The... [to full text] / Disertacijoje nagrinėjamos laiko srities optinės reflektometrinės (OTDR) sistemos. Pagrindinis tyrimo objektas yra OTDR įėjimo pakopa – optinis imtuvas (OI). Disertacijos tikslas – sukurti OI projektavimo metodiką, lei-džiančią pasiekti optimalų dinaminį diapazoną, suprojektuoti ir ištirti integ-rinį diferencinį pereinamos varžos stiprintuvą (PVS) su kintamu stiprinimo koeficientu. Darbe sprendžiami šie uždaviniai: atliekama OTDR ir jų pagrindinių charakteristikų analizė ir formuluojamos tobulinimo kryptys; analizuojami pagrindiniai optinio imtuvo triukšmų šaltiniai, jų mažinimo galimybės ir su-daromas apibendrintas optinio imtuvo triukšmų modelis; sukuriama OI pro-jektavimo metodika, leidžianti apskaičiuoti griūtinio fotodiodo dauginimo faktorių, pereinamosios varžos stiprintuvo grįžtamojo ryšio varžą ir įėjimo tranzistoriaus fizinius matmenis, kuriems esant gaunamas optimalus dina-minis diapazonas; projektuojamas optinio imtuvo maketas iš diskrečiųjų elementų ir tiriami jo parametrai; atliekamas integrinio PVS projektavimas ir modeliavimas, taikant 0,35 µm KMOP technologiją bei optinio imtuvo pa-rametrų skaičiavimas 0,1–100 MHz dažnių juostų diapazone. Disertaciją sudaro įvadas ir keturi skyriai. Pabaigoje pateikiami naudo-tos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir 1 priedas. Įvadiniame skyriuje aptariama: tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, suformuluotas darbo tikslas bei uždaviniai, ap-rašoma tyrimų metodika... [toliau žr. visą tekstą]

The main topic of this master thesis is a FTTH measurement methodology of optical networks and its specific features 9 compared with other measurement methodologies. Also, the use of the FTTH measurement methodology: an example of measurements of a passive network with splitter 1:8 and analysis of the results of these experimental measurements. The first part of the thesis concerns itself with the description of optical networks and characteristics and features of the FTTH networks. A detailed description of the passive optical networks is provided: e.g. the optical network unit ONU, the optical line termination OLT, and, most importantly, the passive optical splitter. The wavelength division multiplex 9 WDM 9 which is used in passive optical networks is also described in detail. The chapter on measurement methodologies focuses in detail and provides many examples of currently used measurement methodologies of these networks. The best results are currently achieved with the OTDR methodology. The second part of the thesis concentrates on the description of the measurement of a passive optical network with splitter 1:8 using the methods described in previous chapters. As conclusion, a detailed analysis, assessment of the results and their usefulness when put into practice is provided.

[pt] Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de uma estrutura automatizada para o monitoramento de fibras ópticas. Esta estrura consite em dois tipos de reflectômetros ópticos por contagem de fótons no domínio do tempo e um filtro de tendências que é utilizado para detectar as falhas em uma fibra óptica de forma automatizada. O primeiro OTDR por contagem de fótons apresenta uma faixa dinâmica de 32 dB com resolução espacial de 6 m, já o segundo OTDR apresenta uma faixa dinâmica de 14 dB e uma resolução de 3 cm. Foi demonstrada a sua capacidade de detectar falhas automaticamente em um enlace óptica e de sintonização no monitoramento de redes passivas WDM. / [en] In this work the development of an automated structure for the monitoring of optical fibers is presented. This structure consists of two types of Photon Counting Optical Time Domain Reflectometers and a trend filter that is used to detect fiber faults in an automated way. The first Photon Counting OTDR has a 32 dB dynamic range with spatial resolution of 6 m, while the second OTDR has a 14 dB dynamic range and a resolution of 3 cm. Its ability to automatically detect faults in an optical fiber link and tunability for monitoring of optical WDM networks has been demonstrated.

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[pt] Neste trabalho são apresentados dois reflectômetros ópticos por contagem de fótons no domínio do tempo para o monitoramento de fibras ópticas. O primeiro foi projetado para obter faixas dinâmicas altas. Demonstrou-se a sua capacidade de sintonização no monitoramento de redes passivas WDM-PON durante o tráfego de dados. 32 dB de faixa dinâmica com 6 m de resolução foram atingidos. O segundo reflectômetro foi projetado para atingir resoluções ultra altas. As aplicações neste caso, além do monitoramento de uma rede TDM-PON de curto alcance, foram na caracterização de redes de Bragg dispersivas e na descrição e modelagem de um fenômeno não reportado antes na literatura, chamado nesta tese de reflexão por curvatura. Foi demonstrada uma resolução menor que 3 cm com faixa dinâmica maior que 14.0 dB. / [en] This thesis presents the development of two photon counting optical time domain reflectometers for fiber optic links monitoring. The first one was focused on high dynamic range. It is demonstrated its tunable capability for a WDM-PON in-service monitoring. 32 dB on dynamic range and a two-point resolution of 6 m is achieved. The second reflectometer was design to accomplish an ultra high resolution. The monitoring of a short TDM-PON is performed. Moreover, due to its high resolution, a chirped fiber Bragg grating is characterized and a non previous reported phenomena, the bend reflection, is shaped and described. It is demonstrated 3 cm two-point resolution and more than 14 dB on dynamic range.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigo Cesar Ribeiro Miraglia.pdf: 2147088 bytes, checksum: 67087392fe4b03bb24d9a164fd92ceed (MD5) Previous issue date: 2010-08-20 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / Sensors based on optical fibers are being increasingly used in hostile environments for measuring pressure, temperature, stress, chemical and biological parameters, etc. These sensors have the advantage of having reduced size and weight, immunity to electromagnetic interference, of being chemically inert, and also allowing the distributed measurement of the respective parameter along the fiber. Microstructured optical fibers have characteristics that are relevant to sensing applications, such as freedom of design of their internal structure obtained by varying the diameter of the holes and the distances between them, among other parameters, which is not applicable in conventional optical fibers. The present work aims to use a microstructured optical fiber as a distributed sensor for hydrostatic pressure, using the POTDR (Polarization Optical Time-Domain Reflectometry) and the OFDR (Optical Frequency-Domain Reflectometry) measurement techniques. The application of hydrostatic pressure on the fiber changes its birefringence and, consequently, the evolution of the states of polarization, which is the parameter monitored by the techniques. By monitoring the changes of these states, it is possible to infer the changes in applied pressure. The study is undertaken via simulations and analysis, both performed in the software MatLab. / Sensores baseados em fibras ópticas vêm sendo cada vez mais utilizados em ambientes hostis para medição de pressão, temperatura, stress, análise química e biológica, etc. Esses sensores têm a vantagem de possuírem tamanho e peso reduzidos, imunidade à interferência eletromagnética, de serem quimicamente inertes, e também permitirem a medição distribuída do parâmetro a ser analisado ao longo da fibra. As fibras ópticas microestruturadas possuem características relevantes na aplicação de sensoriamento, tal como a liberdade de construção de sua estrutura interna variando o diâmetro dos buracos e a distância entre eles, entre outros parâmetros, que não são aplicáveis em fibras ópticas convencionais. Este trabalho tem como objetivo estudar uma fibra óptica microestruturada como sensor distribuído de pressão hidrostática, utilizando as técnicas de medição POTDR (Polarization Optical Time-Domain Reflectometry) e OFDR (Optical Frequency-Domain Reflectometry). A aplicação de pressão hidrostática sobre a fibra altera sua birrefringência e, consequentemente, a evolução do seu estado de polarização, sendo este último o parâmetro monitorado pelas técnicas. Analisando-se a mudança deste estado, pode-se inferir a mudança de pressão aplicada. O estudo é realizado através de simulações e análises efetuadas no software MatLab.

Monitoring optical line for a long term monitoring and evaluating both transfer quality and running reliability of optical line links' physical layer (optical cable routes) fiber optical transfer systems. Monitoring indicates any kind of security erosion of transmission medium incited by either "natural" climatic and mechanical environmental effects, indeliberated cable violation (building operation) or by intended intervention into transfer path.

[pt] Este trabalho tem como foco o up-grade da taxa de bits em enlaces ópticos através da tecnologia OTDM. Os sistemas analisados contemplam os up-grades das taxas de 2,48 Gbps para 10 Gbps e também da taxa de 10 Gbps para 40 Gbps. Para tal, foram introduzidos módulos de transmissão e recepção, capazes de utilizar arquiteturas quase totalmente ópticas. É avaliado então, através de simulações, o comportamento da arquitetura proposta em infra-estruturas de enlaces já instalados no Brasil, destacando os pontos mais críticos. No que se refere ao up-grade de 10 Gbps para 40 Gbps, foi dado enfoque especial para as penalidades relativas à PMD (Polarization Mode Dispersion). / [en] This work aims at up grading the bit rate of optical links through the OTDM technology. The analyzed up-grades change the bit rate of 2,48 Gbps up to 10 Gbps and also from the bit rate of 10 Gbps up to 40 Gbps. To reach these objectives, transmission and reception modules were introduced, using all optical networks topologies. The performance of the proposed architecture was simulated using a infrastructure of links already installed in Brazil. The most critical issues were pointed out. Concerning the up-grade from 10 Gbps to 40 Gbps, a special focus was given to the penalties due to PMD (Polarization Mode Dispersion).

[pt] As fibras ópticas são suscetíveis ao estresse mecânico e podem ser danificadas ou quebradas, portanto, a supervisão da camada física é essencial para identificar essas falhas e remediá-las o mais rápido possível. Com o objetivo de agilizar e simplificar o processo de agendamento de unidades de reparo em campo, foi desenvolvido um sistema automatizado de medição de fibras baseado em uma unidade de processamento digital de sinal (DSP) capaz de identificar as posições das falhas de forma autônoma. Combinando esta unidade de DSP com um OTDR de contagem de fótons, é possível criar tal dispositivo. Este trabalho apresenta o desenvolvimento dos blocos de construção para tal dispositivo. / [en] Optical fibers are susceptible to mechanical stress and may be damaged or broken, thus physical layer supervision is essential to identify these failures and remediate them as quickly as possible. In order to hasten and simplify the scheduling process of the in-field repairing units, an automated fiber measurement system based on a digital signal processing (DSP) unit capable of autonomously identifying fault positions was developed. By combining this DSP unit with a Tunable Photon-Counting OTDR, it is possible to create such a device. This work presents the development of the building blocks for such device.

[pt] Com a crescente demanda por maior capacidade na transmissão de dados, uma solução tem sido estudada para transmissão de rádio sobre fibra combinando múltiplos canais de dados sobre a portadora óptica na rede de acesso baseada em multiplexação por sub-portadoras. Ademais, essa rede de acesso é comumente ramificada na forma de uma rede óptica passiva. Monitoramento desses enlaces em fibra é, então, cada vez mais importante. A tecnologia atual de reflectometria óptica no domínio do tempo utilizada para monitoramento opera em um comprimento de onda óptico separado e possui ampla largura de banda de detecção, tornando-se relativamente cara. A busca por uma alternativa de monitoramento de alta precisão e baixo custo é de suma importância para a oferta de transmissão com garantia de qualidade de serviço. Neste trabalho, o uso de multiplexação por sub-portadoras é explorado, incorporando uma técnica de monitoramento de varredura de tom de baixa frequência na transmissão de dados. Um modelo matemático para a resposta em frequência do enlace foi derivado e a localização e a intensidade de uma falha são estimadas através da comparação com a amplitude e a fase detectadas da luz retroespalhadaa medida em que é feita uma varredura de frequência do sinal de monitoramento, aplicando-se um algoritmo de minimos quadrados. O modelo proposto considera que a medida do enlace antes da ocorrência de uma falha é conhecida. Uma única falha nova pode então ser detectada com precisão e sua posição e intensidade são estimadas da maneira descrita. / [en] With ever growing demand for higher capacity in data transmission, a solution has been proposed for analog Radio over Fiber transmission, combining several data channels over the optical carrier in the access network using Sub-Carrier Multiplexing (SCM). Furthermore, this access network is often branched in the form of a passive optical network (PON). Monitoring such fiber links is thus increasingly important. Current optical time domain reflectometry (OTDR) technology used for monitoring operates at a separate optical wavelength and has wide bandwidth detection, making it relatively costly. The pursuit of a low cost, high precision monitoring alternative is of paramount importance for cost effective quality of service (QoS) improvement. In this work employment of SCM for data multiplexing is exploited embedding a low frequency tone sweep monitoring technique into data transmission. A mathematical model for the frequency response of the link was derived and the fault location and intensity is estimated through comparison with acquired amplitude and phase of the backscattered light for the varying frequency by applying a simple least mean squared (LMS) algorithm. The modeling suggested requires that measurement of the link prior to the occurrence of a fault is known. A single new fault can then be accurately detected and its position and intensity estimated in the way described.