Funcionamento

Um modelo simplificado e didático para os multiplexadores e demultiplexadores seria o de um prisma que separa cada um dos comprimentos de onda de interesse.

Primeiramente, quando o feixe de luz emerge da fibra óptica, ele diverge de acordo com a abertura numérica da fibra. Para que seja possível ocorrer a separação de cada comprimento de onda num prisma, primeiramente é necessário fazer com que tal feixe convirja, o que torna necessária a utilização de uma lente convergente.

Logo a seguir, vem um prisma de baixo poder dispersivo, que separa cada um dos comprimentos de onda, graças aos diferentes índices de refração que cada comprimento de onda distinto encontra. Ao final, queremos recuperar um sinal elétrico a partir de um sinal óptico. Dessa forma, é desejada uma maior convergência entre os raios de cada cor, de forma que são utilizadas lentes convergentes para aumentar a intensidade da luz e facilitar sua conversão para eletricidade.

Tal modelo, embora bem simples de ser imaginado, não é interessante na prática, pois prismas, além de terem grandes dimensões, não são tão eficientes.

 

 

O transmissor usado em WDM é sempre o Laser, por ter seu espectro em freqüência mais estreito e estável, o que permite que ele seja alocado com maior facilidade no tamanho dos canais.

Para a multiplexação e o acoplamento, há várias opções. A solução mais simples é a utilização de conectores em Y. O problema destes conectores é que eles requerem que a luz faça uma curva acentuada e, como já discutimos, tais curvas fazem que raios acertem a parede da fibra com um ângulo menor que o ângulo crítico e sejam perdidos, causando perda de potência luminosa. Perde-se aproximadamente 3dB, o que corresponde a metade da potência de entrada, por cada conector. Isso geralmente requer que amplificadores sejam utilizados. Podem-se usar também algumas tecnologias de demultiplexação, que veremos a seguir.

Para a demultiplexação de sinais, ao invés do simples prisma, há diversos tipos de filtros ajustáveis que se baseiam em fenômenos de interferência como forma de identificar e isolar cada um dos comprimentos de onda multiplexados. Uma boa parte deles funciona baseada nos princípios da difração e da interferência.

A difração é um fenômeno que ocorre quando o comprimento de um obstáculo tem dimensões próximas ao comprimento de onda da luz que tenta atravessá-lo. Nos sistemas de WDM, ela permite que a luz seja tratada como onda, e possibilita a utilização dos fenômenos de interferência. Para a multiplexação, a idéia básica é fazer interferências construtivas com o comprimento de onda que se deseja “ler” e interferências destrutivas com os demais comprimentos. Além disso, pode-se colocar filtros em cascata tal que, após um filtro que não bloqueie todas as freqüências indesejadas, haja um novo que bloqueie as que restaram.

Uma das tecnologias que explora essa técnica é o Array Waveguide Gratings . Um aparelho de AWG consiste num conjunto de guias de onda com uma diferença de tamanho entre as guias adjacentes. Quando a luz entra num diffraction grating ela sofre difração e entra no conjunto de guias de onda. Como os guias do conjunto possuem tamanhos distintos, os feixes saem de seus respectivos guias com fases distintas, causando interferências construtivas em comprimentos diferentes, compondo estes a saída. Esta forma de multiplexação já reduz as perdas para 5 dB em sistemas que acoplam 64 comprimentos de onda numa mesma fibra (com conectores em Y, essa quantia subiria para 18 dB).

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Há ainda outras formas de demultiplexação como a utilização de redes de difração, interferômetros e dos “ Waveguide Grating Routers ” (WGRs).

Esses filtros tornam-se necessários tendo em vista que nem sempre os emissores e os receptores não conseguem multiplexar ou demultiplexar os comprimentos de onda.

 

 

Problemas enfrentados pelo WDM.

Os sistemas de WDM enfrentam, além dos problemas enfrentados pela fibra óptica (destacam-se aqui os espalhamentos), diversas outras dificuldades.

Primeiramente, podemos destacar o problema de “encaixar” cada comprimento de onda no seu respectivo canal, no interior das bandas de guarda. Isso requer vários cuidados, como: Lasers caros, que emitam um conjunto de comprimentos de onda o mais fino possível; e filtros, multiplexadores e demultiplexadores que não alterem o comprimento de onda do sinal e que não o atenuem. Tudo isso, sem contar com o fato de que os comprimentos de onda não são estanques, eles “andam” e “espalham-se” pelo espectro, por conta de fatores como o envelhecimento do laser, temperatura e outros.

Utilizam-se filtros com o objetivo de tornar o espectro de um sinal mais estreito, pois isso reduz a dispersão cromática. O mau planejamento de filtros (especialmente os em cascata), no entanto, pode fazer com que eles acabem centrados em comprimentos de onda diferentes, o que faz com que nada chegue ao receptor.

Outra barreira de sistemas de WDM é a diafonia ( crosstalk ). Como os comprimentos de onda podem estar muito próximos, uma parte da potência que deveria ter chegado num dado canal, pode acabar chegando num canal adjacente. Esse fenômeno gera ruído e aumenta severamente a taxa de erros. A diafonia é medida de acordo com a diferença entre o sinal enviado e a parte do sinal que chega ao canal vizinho. Essa taxa pode chegar a até 30dB.

Outra grave questão enfrentada pelo WDM, no entanto, é a mistura de quatro ondas (o four-wave mixing, FWM) ou geração de harmônicos. Quando duas ou mais ondas de comprimentos de onda diferente propagam-se na mesma fibra monomodo, os sinais misturam-se (interferência), gerando novos sinais com um espaçamento igual ao das duas ondas originais. Esse fenômeno aumenta não linearmente conforme a potência luminosa aumenta. Fatores que auxiliam no combate ao FWM são a dispersão cromática (pois ela diminui a potência) e o espaçamento desigual entre os canais, que não impede o fenômeno e a queda de potência nos dois comprimentos de onda originais, mas que impede que as novas ondas caiam num outro canal que esteja sendo utilizado.

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O ruído é um problema que permeia todos os elementos de um sistema óptico. Graças à tecnologia, a maior parte dos tipos de ruído existentes já são controláveis. Os tipos de ruído mais graves são os ruídos provenientes de amplificadores ópticos e o ruído proveniente dos fotoreceptores.

Há ainda a questão da padronização fraca. Por ser uma tecnologia relativamente recente e por ainda existirem discordâncias quanto aos tópicos a serem padronizados, as regulamentações existentes sobre as tecnologias de WDM ainda não são firmes. Estas estão sendo criadas e supervisionadas pela International Telecommunications Union (ITU-T). Busca-se, com essa padronização, viabilizar a utilização de equipamentos de WDM de diferentes fornecedores e a diminuição de preços, pois é mais barato comprar produtos padronizados do que produtos feitos especialmente para cada necessidade além de permitir a concorrência entre empresas.

 

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