Estudo da degradação de fibras óticas sob o efeito de potências elevadas

Abstract

Os sistemas de comunicações óticas têm evoluído rapidamente e, como consequência, a potência dos sinais óticos propagados na fibra tem vindo a aumentar. A propagação de sinais de elevada potência pode resultar na degradação e/ou destruição da fibra ótica. O presente trabalho tem como objetivo o estudo do impacto da propagação de sinais óticos com elevadas potências na degradação e redução do tempo de vida útil das fibras óticas. Estudou-se este tipo de degradação das fibras óticas a dois níveis: degradação do revestimento de fibras sujeitas a curvaturas apertadas e ignição e propagação do efeito rastilho que leva a destruição da fibra ótica. Para a concretização deste estudo, caracterizou-se experimentalmente o aumento de temperatura no revestimento de fibras óticas sujeitas a curvaturas de diâmetro reduzido e na presença de sinais com elevada potência. Tendo-se desenvolvido um modelo analítico para descrever o aquecimento do revestimento da fibra. No âmbito do efeito rastilho em fibra ótica, estudou-se experimentalmente, em diversos tipos de fibra, as principais propriedades deste fenómeno, nomeadamente, a potência ótica de limiar necessária para a sua ignição e propagação, a velocidade de propagação e as características da cadeia de bolhas formada no núcleo da fibra ótica durante a propagação deste efeito. Desenvolveu-se, ainda, um modelo teórico para simular a propagação do efeito rastilho, tendo sido validado e complementado através de resultados experimentais. Por fim, desenvolveram-se e implementaram-se técnicas para detetar e interromper a propagação do efeito rastilho, como forma de limitar a extensão de fibra destruída e proteger os equipamentos óticos da rede.

Optical communications systems had developed rapidly, as a result, the power of the optical signals injected into the optical fiber has increased. The propagation of high power signals can lead to the optical fiber degradation and/or destruction. The aim of this work is to study the effect of high optical power signals propagation on the optical fibers degradation and lifetime reduction. We studied two categories of degradation: coating degradation in bent fibers and the ignition and propagations of the fiber fuse effect that destroys the optical fiber along several kilometers. The increase of temperature in the coating of tightly bent optical fibers under high power signals was experimentally studied. In addition, an accurate analytical model to describe the increase of the optical fiber coating temperature was developed. The fundamental properties of the optical fiber fuse effect were experimentally studied for different types of fiber, namely, the optical power threshold, the fuse propagation velocity and the characteristics of the voids string formed in the fiber core during its propagation. Moreover, a numerical model to simulate the fiber fuse effect propagation was developed and validated through the experimental results. Finally, we developed and implemented several techniques to detect and halt the fiber fuse propagation in order to limit the optical fiber destruction and protect the network components.