Redes de Bragg dinamicamente reconfiguráveis para a compensação da dispersão cromática

Abstract

O presente trabalho centra-se no uso de redes de Bragg gravadas em fibra óptica como compensadores dinamicamente ajustáveis da dispersão cromática. A sintonia da dispersão é obtida pela aplicação de gradientes de temperatura às extremidades da rede. A tese inicia-se com um estudo da propagação de sinais em fibra óptica padrão, salientando o papel assumido pela dispersão cromática de primeira e segunda ordem no desempenho de sistemas ópticos com elevado ritmo de transmissão (10 Gb/s ou superiores). São também discutidos de forma qualitativa e quantitativa, os efeitos produzidos pela temperatura na alteração da dispersão cromática da fibra usada para transporte, assim como as suas implicações na transmissão de sinais a 40 Gb/s. Em seguida, apresenta-se uma revisão teórica das redes de Bragg gravadas em fibra óptica (FBG), sendo descritas as características mais relevantes de diferentes tipos de rede, tais como as redes uniformes, apodizadas e de período variável (CFBG). Para estas últimas é enfatizada a sua utilização como compensadores dinâmicos da dispersão cromática termicamente sintonizáveis. Foi sugerido um compensador dinamicamente ajustável, baseado na aplicação de gradientes térmicos a redes CFBG, tendo-se introduzido um modelo para a descrição dos processos de transferência de calor entre a fibra e o exterior de modo a obter uma distribuição espacial de temperatura. Assim sendo, prossegue-se com uma exposição analítica conducente à determinação da dispersão da rede para qualquer distribuição de temperatura. O compensador foi seguidamente implementado experimentalmente. Finalmente, após a caracterização do compensador, avalia-se o desempenho de um sistema de comunicações ópticas a 10 Gb/s onde foi incluído o compensador, apresentando as principais conclusões e apontando direcções para trabalho futuro.

ABSTRACT: The present work concerns the use of fibre Bragg gratings (FBG) as tuneable chromatic dispersion compensators. The tunability is achieved by applying temperature gradients to the grating. Firstly, a study of signal propagation in standard single mode fibre (SMF) is drawn, enhancing the relevance of chromatic dispersion and dispersion slope on the performance of high bit rate optical communications systems (10 Gb/s or higher). The effects of temperature on the overall chromatic dispersion are also discussed in terms of quality and quantity as well as their consequences on the propagation signals at 40 Gb/s. We then proceed to present a theoretical summary of FBG. We furthermore describe the principal features of several kinds of FBG, such as uniform gratings, apodized gratings and the chirped gratings (CFBG) and we emphasize the use of the latter as a tuneable chromatic dispersion compensator by applying temperature gradients. Relying on the above mentioned studies, the developed dispersion compensator is presented. A model that describes the heat exchanges between the fibre and the environment is introduced in order to obtain a spatial temperature distribution. We also derived an analytical way to quantify the chromatic dispersion and dispersion slope for any temperature distribution along the grating. The compensator was then implemented experimentally. Finally, we appraised the performance of a 10 Gb/s optical fibre communication system where the dispersion compensator was included and drew the major conclusions pointing out new issues for further work.