Visando atender a massificação das tecnologias da informação e comunicação (TIC) por meio de um aproveitamento mais eficiente da infra-estrutura de fibras ópticas, as redes ópticas DWDM vem passando por significativa evolução de capacidade, com base no uso de formatos de modulação avançados, para canais operando em taxas de 100 Gb/s e superiores, bem como no emprego de topologias dinâmicas e reconfiguráveis. Estas redes ópticas de nova geração impõe novos requisitos de desempenho aos amplificadores ópticos. Especificamente, as características dinâmicas da rede tornam obrigatório o uso de esquemas de controle que assegurem estrita planicidade espectral de ganho enquanto o emprego de formatos de modulação avançados e de alta ordem requer margens mais estreitas em termos da relação sinal-ruído aceitável para detecção dos sinais recebidos. Neste contexto, esta tese propõe e avalia experimentalmente uma topologia de amplificação óptica híbrida Raman/EDFA, introduzindo um novo esquema de controle automático de ganho e apresentando desempenho superior aos amplificadores atualmente usados em redes DWDM reconfiguráveis. O amplificador óptico híbrido desenvolvido baseia-se em um estágio Raman distribuído contra-propagante, com excelente desempenho de figura de ruído (porém com baixa eficiência de conversão de bombeio em amplificação - PCE) seguido de um estágio EDFA, que assegura alta potência de saída, devido a sua elevada PCE. Ganho espectral plano foi obtido por meio de uma técnica de controle automático de ganho inovadora, baseada na atuação paralela e independente de duas malhas de controle automático de ganho, uma primeira aplicada ao estágio de amplificação Raman visando ganho-alvo variável com baixa variação espectral, enquanto outra malha de controle de ganho visa fornecer ganho alvo fixo ao estágio EDFA, com alta potência de saída. / Seeking to support the massive deployment of information and communication technologies (ICTs) by means of a more efficient usage of the optical fiber infrastructure, DWDM optical networks have been undergoing a significant capacity evolution, by using advanced modulation formats for optical channels operating at data rates of 100 Gb/s and beyond, as well as by employing dynamic and reconfigurable network topologies. These new generation optical networks impose new performance benchmarks on the optical amplifiers. Specifically, the dynamic characteristics of the network make mandatory the deployment of control schemes which assure stringent optical gain spectral flatness while the usage of high-order advanced modulation formats translate into more strict margins of signal-to-noise ratios for the detected signals. In this context, this thesis proposes and experimentally evaluates an hybrid Raman/ EDFA optical amplifier topology, introducing a novel automatic gain control scheme and demonstrating improved performance over the optical amplifiers already in use in DWDM reconfigurable networks. The developed hybrid optical amplifier is based on a distributed counter-propagating Raman stage, displaying excellent noise figure performance (albeit presenting low conversion efficiency - PCE) followed by an EDFA stage, which assures high output power, due to its high PCE. Flat spectral gain was achieved by means of a novel gain control technique, based on the parallel and independently acting of two control schemes, the first applied over the Raman amplifying stage, aiming at a variable target gain and low spectral gain ripple, while the other seeks to attain a fixed target gain at the EDFA, assuring a high output power.

Visando atender a massificação das tecnologias da informação e comunicação (TIC) por meio de um aproveitamento mais eficiente da infra-estrutura de fibras ópticas, as redes ópticas DWDM vem passando por significativa evolução de capacidade, com base no uso de formatos de modulação avançados, para canais operando em taxas de 100 Gb/s e superiores, bem como no emprego de topologias dinâmicas e reconfiguráveis. Estas redes ópticas de nova geração impõe novos requisitos de desempenho aos amplificadores ópticos. Especificamente, as características dinâmicas da rede tornam obrigatório o uso de esquemas de controle que assegurem estrita planicidade espectral de ganho enquanto o emprego de formatos de modulação avançados e de alta ordem requer margens mais estreitas em termos da relação sinal-ruído aceitável para detecção dos sinais recebidos. Neste contexto, esta tese propõe e avalia experimentalmente uma topologia de amplificação óptica híbrida Raman/EDFA, introduzindo um novo esquema de controle automático de ganho e apresentando desempenho superior aos amplificadores atualmente usados em redes DWDM reconfiguráveis. O amplificador óptico híbrido desenvolvido baseia-se em um estágio Raman distribuído contra-propagante, com excelente desempenho de figura de ruído (porém com baixa eficiência de conversão de bombeio em amplificação - PCE) seguido de um estágio EDFA, que assegura alta potência de saída, devido a sua elevada PCE. Ganho espectral plano foi obtido por meio de uma técnica de controle automático de ganho inovadora, baseada na atuação paralela e independente de duas malhas de controle automático de ganho, uma primeira aplicada ao estágio de amplificação Raman visando ganho-alvo variável com baixa variação espectral, enquanto outra malha de controle de ganho visa fornecer ganho alvo fixo ao estágio EDFA, com alta potência de saída. / Seeking to support the massive deployment of information and communication technologies (ICTs) by means of a more efficient usage of the optical fiber infrastructure, DWDM optical networks have been undergoing a significant capacity evolution, by using advanced modulation formats for optical channels operating at data rates of 100 Gb/s and beyond, as well as by employing dynamic and reconfigurable network topologies. These new generation optical networks impose new performance benchmarks on the optical amplifiers. Specifically, the dynamic characteristics of the network make mandatory the deployment of control schemes which assure stringent optical gain spectral flatness while the usage of high-order advanced modulation formats translate into more strict margins of signal-to-noise ratios for the detected signals. In this context, this thesis proposes and experimentally evaluates an hybrid Raman/ EDFA optical amplifier topology, introducing a novel automatic gain control scheme and demonstrating improved performance over the optical amplifiers already in use in DWDM reconfigurable networks. The developed hybrid optical amplifier is based on a distributed counter-propagating Raman stage, displaying excellent noise figure performance (albeit presenting low conversion efficiency - PCE) followed by an EDFA stage, which assures high output power, due to its high PCE. Flat spectral gain was achieved by means of a novel gain control technique, based on the parallel and independently acting of two control schemes, the first applied over the Raman amplifying stage, aiming at a variable target gain and low spectral gain ripple, while the other seeks to attain a fixed target gain at the EDFA, assuring a high output power.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucia Akemi Saito -EE2006.pdf: 2213180 bytes, checksum: d5a6d162d17171e2b4cf99c0fa4797ce (MD5) Previous issue date: 2006-08-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Most of researches about Raman amplifier had been made in C and L bands (1530-1625 nm), which is possible to found more data of Raman efficiency gain and the requirements for design is consolidated. The first issue that should be considered when the amplifier is to use in another band, like our project (O-band) is to consider the decrease of effective area and wavelength in the calculation of Raman efficiency, not only the pump wavelength. We have two configuration types: for the first one, the gain is obtained in the transmission fiber and for the second that is demonstrated in this work, we need special fibers as DSF, DCF and Raman fiber to amplifier the signals. Note that the amplification can be obtained in any band of optical spectrum, which depends on the pump wavelength that is used for made it. Our studies demonstrated that the discrete Raman amplifier that was made of Raman fiber of OFS Fitel Denmark was more efficient in short wavelengths and has more improvement when it was working in O-band. In spite of the higher attenuation, we can have higher Raman gain efficiency (CR) because the effective area (Aeff) decreased in short wavelengths. The characteristics of Raman fiber were studied when we found the Raman gain efficiency peak of 3.9 (W.km)-1 for a pump laser of 1240 nm wavelength. For this case, the gain of O-band amplifier was about 50 % higher when we compared with the C-band. For a CWDM system, we need to design a multi-pump amplifier. It is necessary four pump lasers to amplifier a bandwidth of 70 nm and six pump lasers to cover all O-band. The gain value depends on the pump power and if we want a good result, we should verify the total power of channels in the input of amplifier to avoid the device saturation. In addition, the noise figure of Raman amplifier was studied and then we found results that demonstrated higher noise values in short wavelengths specially, when we need to locate some pump lasers between signal wavelengths. / A maior parte das pesquisas realizadas sobre amplificadores Raman tem seus estudos centrados nas bandas C (1530 a 1565 nm) e L (1565 a 1625 nm), regiões onde os dados de eficiência de ganho Raman e a parametrização dos amplificadores têm seus estudos consolidados. Um ponto importante para ser considerado quando se deseja trabalhar numa banda diferente, como no caso a banda O (1260 a 1360 nm), é que a alteração não é apenas no comprimento de onda do laser de bombeio. Deve-se considerar o decréscimo da área efetiva e do comprimento de onda que influenciará diretamente no valor da eficiência e conseqüentemente no próprio ganho do amplificador Raman. Alguns amplificadores Raman utilizam a própria fibra de transmissão e outros têm como meio de amplificação fibras especiais como DSF, DCF ou a própria fibra Raman como é demonstrado neste trabalho. Sabe-se, no entanto, que a amplificação Raman pode ocorrer em qualquer banda do espectro óptico sendo necessário para a sua montagem, apenas alterar o comprimento de onda do laser de geração do efeito. Este trabalho demonstrou que o Amplificador Raman Discreto utilizando a fibra Raman da OFS Fitel Denmark é mais eficiente em comprimentos de onda menores e com melhor aproveitamento na região compreendida pela banda O . Nossos estudos demonstraram que apesar do aumento da atenuação nesta região, pode-se obter maior Eficiência de Ganho Raman (CR) devido ao decréscimo da Área Efetiva (Aeff) em comprimentos de onda curtos. A variação das características da fibra Raman para a banda O foram analisadas sendo encontrado um pico de Eficiência de Ganho Raman de 3,9 (W.km)-1 para um laser de bombeio de 1240 nm resultando em torno de 50 % a mais de Ganho no amplificador quando comparado com a banda C . Analisando o amplificador utilizando múltiplos lasers de bombeio, verificou-se que para uma aplicação em sistema CWDM seriam necessários 4 lasers para amplificação numa faixa de 70 nm e 6 lasers para cobrir toda a banda O sendo que a magnitude de amplificação depende diretamente da potência destes lasers devendo-se observar a potência total dos canais na entrada para evitar a saturação do dispositivo. Foi analisada a figura de ruído do amplificador Raman sendo encontrados valores mais altos em comprimentos de onda curtos e de maior magnitude quando há lasers de bombeio entre os comprimentos de onda de sinal.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 David Steinberg.pdf: 1201176 bytes, checksum: 38de6b0554611de53adf67ca19a556a1 (MD5) Previous issue date: 2011-01-28 / In this work, the O-band discrete Raman amplifier gain bandwidth optimization using genetic algorithm of a commercial simulator is carried out. The main objective of the study was to optimize the wide Raman amplifier gain bandwidth obtaining values of gain variation less than 0.5 dB. Using a fiber DCF (Dispersion Compensating Fiber) as Raman amplifier medium, the pump number was varied and the gain variation for each pump configuration has been verified. For a fixed 70 nm (1275-1345 nm) bandwidth consisting of 62 signal frequencies points, the results were generated for one, two, three, four, five, six, seven and eight backward pumps, which with the last one it was obtained the best result of 0.35 dB gain variation. In addition to this analysis, it was also found the Raman amplifier noise figure for this band and made a brief comparison with the conventional profile bands. / Neste trabalho a otimização da largura de banda de ganho de um amplificador Raman discreto na banda "O" utilizando algoritmo genético de um simulador comercial foi realizada. O objetivo principal do trabalho foi otimizar a maior largura de banda de ganho do amplificador Raman obtendo valores de variação de ganho menores que 0.5 dB. Utilizando uma fibra DCF (Dispersion Compensating Fiber) como meio de ganho do amplificador Raman, o número de bombeio foi variado e a variação de ganho para cada configuração de bombeio foi verificada. Para uma largura de banda fixa em 70 nm (1275-1345 nm) compreendendo 62 pontos de freqüências de sinal, foram gerados resultados para um, dois, três, quatro, cinco, seis, sete e oito bombeios contrapropagantes sendo que com esta última configuração foi obtido o melhor resultado de variação de ganho de 0.35 dB. Além desta análise, também foi verificado o perfil da figura de ruído do amplificador Raman nesta banda e feita uma breve comparação com o perfil em bandas convencionais.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alfredo Almeida Araujo.pdf: 1307305 bytes, checksum: fd5b49227c52b28ef3a5392983927234 (MD5) Previous issue date: 2008-02-13 / This dissertation aims to describe the basic characteristics of microstructured fibers, their concept and performance, and to investigate the application of a low loss microstructured fiber to the development of Raman amplifiers. An analysis of the use of these amplifiers in Telecommunication applications is described. To this end, simulations were carried out with these waveguides with the data of a real fiber described in the literature. Simulations were also carried out to determine the amplifier s net gain and noise figure and to establish the advantages of its use in a complete optical fiber span, including the compensation dispersion in the O band (1260-1360 nm). As a result, it was demonstrated that the microstructured fiber presents, in some aspects, a performance that is higher than that of conventional Raman amplifiers, and complementary to that of a commercial amplifiers, such as those based on Erbium doped fiber. / Esta dissertação tem como objetivo descrever as características básicas das fibras microestruturadas, seu conceito e desempenho, e investigar a aplicação de uma fibra microestruturada de baixa perda para o desenvolvimento de amplificadores Raman. Uma análise do uso destes em aplicações de Telecomunicações é descrita. Para isso, foram realizadas simulações destes guias de onda com dados de uma fibra real descrita na literatura. Também foram realizadas simulações para verificação do ganho líquido e figura de ruído de um amplificador baseado nesta fibra e das vantagens de seu uso em um enlace óptico completo, incluindo compensação de dispersão para sinais da banda O (1260-1360 nm). Como resultado, demonstrou-se um desempenho superior em alguns aspectos aos amplificadores Raman convencionais, e complementar aos amplificadores disponíveis atualmente no mercado, como os baseados em fibra dopada com Érbio.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Palmerston Donizzeti Taveira.pdf: 3709250 bytes, checksum: f7776004371e059d73f0d20c8d735c07 (MD5) Previous issue date: 2006-08-02 / The optical amplifier has improved the optical communication systems because they lead to an increase in transmission capacity of medium and long haul optical systems, with technological advantages over electronic regenerators. The optical amplifier are relatively simple to deploy and can be used in optical links without any troubles regarding signal transmission rate improvement and signal modulation changes, as a consequence of these issues they can substitute the electronic regenerator enhancing security with low operation cost. The CWDM systems multiplex optical wavelength with a low cost in metropolitan networks. It was developed to connect backbone networks to metro core and edge networks with cost saving over DWDM systems but lower transmission capacity. We have developed and characterized in our research a discrete Raman amplifier for operation in O band. We connected the amplifier in a point to point CWDM in order to analyze the gain on the system transmission capacity and the impairments that appears in the system. Working with a eight channel CWDM in O band, modulated with 2.5 Gbit/s, we have demonstrated that we can use a discrete Raman amplifier in single configurations, pre amplifier, booster and line amplifier and shared configuration with booster and pre amplifier to increase the transmission capacity that means, increase the length of the optical link. We have increased in 110% the length of the optical link with a shared configuration of two amplifiers with 10 dB gain for each one. / Os amplificadores ópticos revolucionaram a tecnológica das comunicações ópticas, pois possibilitaram o aumento da capacidade de transmissão dos sistemas ópticos de média e longa distância, com vantagens tecnológicas sobre os regeneradores. Estes dispositivos são relativamente simples de serem desenvolvidos, utilizam poucos componentes e podem ser utilizados nas redes ópticas de forma transparente a taxa de transmissão e modulação do sinal. Substituem assim, com vantagens, os regeneradores eletrônicos, agregando segurança e baixo custo à operação das redes ópticas. Os sistemas CWDM realizam a multiplexação óptica de comprimentos de onda a um baixo custo em redes metropolitanas. São utilizados para conectar as redes de transporte de alta capacidade às redes de acesso, trazendo uma larga vantagem em custo sobre os sistemas DWDM, porém com menor capacidade de transmissão. Nosso trabalho de pesquisa consistiu em desenvolver e caracterizar um amplificador Raman discreto na banda O (1260 a 1360 nm), aplicando este amplificador em um sistema CWDM ponto a ponto com taxa de transmissão de 2.5 Gbit/s por canal e analisando o aumento na capacidade de transmissão e os efeitos que degradam o sinal transmitido. Trabalhando com um sistema CWDM com oito canais na banda O, demonstramos que podemos utilizar um amplificador Raman discreto nas configurações isoladas de pré-amplificador, booster e amplificador de linha e na configuração simultânea de booster e pré-amplificador para aumentar a capacidade de transmissão. Aumentamos o comprimento original do enlace em 110%.