Alternative techniques for Raman amplification in telecommunications

Abstract

O presente trabalho centra-se no estudo dos amplificadores de Raman em fibra ótica e suas aplicações em sistemas modernos de comunicações óticas. Abordaram-se tópicos específicos como a simulação espacial do amplificador de Raman, a equalização e alargamento do ganho, o uso de abordagens híbridas de amplificação através da associação de amplificadores de Raman em fibra ótica com amplificadores de fibra dopada com Érbio (EDFA) e os efeitos transitórios no ganho dos amplificadores. As actividades realizadas basearam-se em modelos teóricos, sendo os resultados validados experimentalmente. De entre as contribuições mais importantes desta tese, destaca-se (i) o desenvolvimento de um simulador eficiente para amplificadores de Raman que suporta arquitecturas de bombeamento contraprogantes e bidirecionais num contexto com multiplexagem no comprimento de onda (WDM); (ii) a implementação de um algoritmo de alocação de sinais de bombeamento usando a combinação do algoritmo genético com o método de Nelder- Mead; (iii) a apreciação de soluções de amplificação híbridas por associação dos amplificadores de Raman com EDFA em cenários de redes óticas passivas, nomeadamente WDM/TDM-PON com extensão a região espectral C+L; e (iv) a avaliação e caracterização de fenómenos transitórios em amplificadores para tráfego em rajadas/pacotes óticos e consequente desenvolvimento de soluções de mitigação baseadas em técnicas de clamping ótico.

The present work is based on Raman Fiber Amplifiers and their applications in modern fiber communication systems. Specific topics were approached, namely the spatial simulation of Raman fiber amplifiers, the gain enlargement and equalization the use of hybrid amplification approaches by association of Raman amplifiers with Erbium doped fiber amplifiers (EDFA) and the transient effect on optical amplifiers gain. The work is based on theoretical models, being the obtained results validated experimentally. Among the main contributions, we remark: (i) the development of an efficient simulator for Raman fiber amplifiers that supports backward and bidirectional pumping architectures in a wavelength division multiplexing (WDM) context; (ii) the implementation of an algorithm to obtain enlargement and equalization of gain by allocation of pumps based on the association of the genetic algorithm with the Nelder-Mead method; (iii) the assessment of hybrid amplification solutions using Raman amplifiers and EDFA in the context of passive optical networks, namely WDM/TDM-PON with extension the C+L spectral bands; (iv) the assessment and characterization of transient effects on optical amplifiers with bursty/packeted traffic and the development of mitigation solutions based on optical clamping.