XXIX SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TELECOMUNICAÇÕES – SBrT’11, 02-05 DE OUTUBRO DE 2011, CURITIBA, PR Metodologia de Projeto de Amplificadores Raman Distribuídos: Minimização de Bombeios Considerando Restrições dos Componentes Juliano R. F. Oliveira † *, Uiara C. Moura*, Alexandre P. Freitas* e Júlio C. R. F. Oliveira* Resumo—Este artigo apresenta uma metodologia para projeto de amplificadores Raman distribuídos com múltiplos lasers de bombeio. O objetivo dessa metodologia é determinar os comprimentos de onda e os níveis de potência dos lasers de bombeio, maximizando ganho com perfil espectral plano. Utilizando as restrições físicas dos componentes ópticos, são avaliadas todas as combinações de bombeio no projeto do amplificador Raman distribuído. Foram projetados amplificadores com 2, 3 e 4 lasers de bombeio, obtendo bons resultados comparados com outros métodos de otimização utilizados na literatura. Os resultados obtidos apresentaram ganho on-off de 27,93 dB com ripple aproximado de 1 dB utilizando 3 lasers de bombeios. Palavras-Chave—amplificadores ópticos, amplificadores distribuídos, otimização, espalhamento Raman, redes WDM . Abstract—This paper presents an optimized design methodology of distributed Raman amplifiers with multiple pump lasers. The goal of this methodology is determine the pump laser wavelengths and their powers, maximizing the amplifier gain with flat spectral profile. Using the physical constraints from optical components, it was evaluated all pump combinations for the distributed Raman amplifiers design. It was designed amplifiers with 2, 3 and 4 pump lasers, obtaining good results compared with other optimization methods. The results obtained show on-off gain of 27,93 dB with approximated ripple of 1 dB with 3 pump lasers. Keywords—optical amplifiers, distributed amplifiers, optimization, Raman scattering, WDM networks. I. INTRODUÇÃO As redes ópticas foram desenvolvidas com o intuito de suprir as necessidades de comunicações em altas taxas, uma vez que as mesmas possibilitam transmissões de sinais de alta capacidade, sendo pouco suscetíveis às interferências eletromagnéticas [1]- [2]. Hoje em dia com a popularização da internet a demanda por capacidade de comunicação é cada vez mais elevada, e os provedores deste tipo de serviço pressionam cada vez mais em busca de maiores taxas de transmissão de dados aliadas a baixos custos. Para superar as limitações das redes ópticas devido principalmente à atenuação das fibras ópticas nos enlaces de longas distâncias, surgiram os amplificadores ópticos. Na década de 1990, os amplificadores a fibra dopada com Érbio (EDFA) surgiram para permitir sistemas de longa distância (long haul), especialmente os sistemas com multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), por meio da redução da quantidade de regeneradores elétricos. O EDFA possui alta eficiência de conversão de bombeio em sinal, necessitando de pouca potência de bombeio para prover altos ganhos aos sinais amplificados por ele, porém, o possui um espectro de ganho limitado e insere ruído ao sistema. Outra estratégia de amplificação óptica baseada em efeitos não lineares da fibra é o amplificador Raman, este possui baixa eficiência de conversão de bombeio em sinal, fato que o tornou viável somente após o desenvolvimento de lasers de alta potência. Em contrapartida, pode prover ganho em qualquer faixa espectral e, em sua configuração de amplificação distribuída, amplifica os sinais ao longo do enlace inserindo efetivamente menos ruído que o EDFA. Inicialmente os amplificadores Raman foram utilizados com intuito de estender os enlaces e/ou aumentar sua capacidade de transmissão de dados. As taxas de transmissão dos canais nos sistemas de comunicações ópticas estão aumentando, devido principalmente à utilização de formatos avançados de modulação que visam uma melhora na eficiência espectral dos canais. Canais ópticos com formatos avançados de modulação necessitam que as redes ópticas reduzam ainda mais a inserção de ruído para permitir o trafego nas mesmas. Como os sistemas modernos estão no limite da inserção de ruído para as taxas atuais, o amplificador Raman se apresenta como uma solução viável para efetivamente inserir menos ruído no sistema. Os principais parâmetros a serem determinados no projeto de um amplificador Raman multi-bombeios são os comprimentos de onda dos lasers de bombeio e suas respectivas potências, de modo ao amplificador fornecer alto valor de ganho on-off e baixo ripple (planicidade), em resumo o amplificador Raman trata-se de um sistema MIMO [3] (Multiple Input – Multiple Output) a ser otimizado, que exige métodos robustos para obter boas soluções. A otimização de amplificadores Raman através de algoritmos robustos foram apresentadas em [3]-[8]. Em [3] o método apresentado dividiu o problema em duas partes, o que possibilitou um decréscimo no ripple, porém a convergência do algoritmo genético apresentado para projeto do amplificador Raman é relativamente lenta. Em [5], o algoritmo utilizado aproxima a curva de ganho Raman através de linhas assintóticas (técnica de compensação geométrica), para reduzir o tempo de * Juliano R. F. Oliveira, Uiara C. Moura, Alexandre P. Freitas e Júlio C. R. F. Oliveira, Fundação CPqD, Campinas, Brasil, E-mails: jrfo@cpqd.com.br, umoura@cpqd.com.br, afreitas@cpqd.com.br e julioc@cpqd.com.br. † Juliano R. F. Oliveira, Universidade de São Paulo, São Carlos, Brasil, jrfo@sc.usp.br. Este trabalho foi financiado pelo FUNTEL.