Sistemas de Telecomunicações Guiados Problemas práticos

Sistemas de Telecomunicações Guiados
Problemas práticos : Série VIII
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Tema central : Fontes ópticas, receptores ópticos e sistemas sem amplificação óptica.
Problema I
Relacione a largura espectral a meia potência com a largura espectral r.m.s. de uma fonte óptica que apresente um
espectro gaussiano.
Problema II
Sabendo que a potência média à saída do emissor óptico é 0.3 mW, calcule o valor da potência à saída do emissor
óptico do nível lógico ‘1’ e do nível lógico ‘0’, para as razões de extinção, rext = 10 e rext = ∞.
Problema III
Considere um díodo LASER Fabry-Perot com as seguintes características:
o Comprimento transversal da cavidade de ressonância La=250 µm.
o Atenuação (perdas) na zona activa do LASER α= 40m-1
o Índice de refracção da zona activa do LASER, na=3.6
o Factores de reflexão nos espelhos da cavidade ressonante: R1= R2=0.7
o Factor de confinamento na zona activa Γ = 40%
o A corrente de limiar do LASER à temperatura de referência (290ºK) é 25mA
a. Calcule o valor do ganho de limiar.
b. Determine a expressão para as frequências ópticas que verificam a condição de oscilação na cavidade do LASER.
c. Considerando que o ganho máximo do LASER é g(0) = 300 cm-1, com λ0 = 850 nm e desvio padrão para o ganho
de 5 nm, calcule:
• A largura espectral do laser a meia potência (FWMH)
• A largura espectral do laser
• Quantos modos existem na radiação produzida pelo LASER?
Problema IV
Considere uma ligação óptica com fibra óptica monomodal com parâmetro de dispersão intramodal Dλ = 18 ps/(nm.km)
operando a 2.5 Gbit/s e no comprimento de onda λ = 1550nm. Calcule o comprimento máximo a que se pode utilizar
esta fibra, assumindo que:
a. Uma fonte óptica com modulação externa
b. Uma fonte óptica com modulação directa e chirp onde o desvio de frequência entre níveis lógicos é fd = 40 GHz.
Problema V
Considere um fotodíodo PIN com as seguintes características:
o Valor da banda energética Eg = 0.7eV
o Temperatura do fotodíodo 300ºK
o Considere que por cada 3 fotões é produzida uma transição electrónica
Considere ainda que sobre o fotodíodo incide uma radiação óptica de comprimento de onda 1350 nm.
a) Verifique que esta radiação é capaz de gerar corrente fotónica.
b) Calcule o valor da respostividade do fotodetector.
c) Considerando que a potência da radiação óptica recebida é 0.1 mW, calcule a corrente à saída do fotodetector.
d) Esboce a densidade espectral de potência do ruído quântico gerado pelo fotodetector.
e) Considerando que a largura de banda equivalente de ruído do receptor é 100 MHz e a resistência de carga do
circuito receptor vale 50 Ω, calcule a potência do ruído no receptor (considere o pré-amplificador ideal, fn,e = 1).
f) Calcule a potência do ruído no receptor, considerando agora que o fotodetector é um APD constituído por
Germânio (Ge) e com um ganho de avalanche M = 10.
Problema VI
Calcule a expressão da sensibilidade de um receptor com um fotodetector APD a partir da definição do parâmetro Q,
considerando que o ruído quântico é dominante sobre o ruído do circuito.
Problema VII
Considere um receptor óptico que inclui um fotodetector PIN com respostividade Rλ = 1 A/W, e em que a parte
eléctrica do receptor apresenta uma raiz quadrada da densidade espectral de potência de 4.5 pA/ Hz e largura de
banda equivalente de ruído igual ao débito binário de transmissão. Considerando que o sinal à entrada do receptor
apresenta uma razão de extinção infinita, determine a sensibilidade do receptor para uma probabilidade de erro de 10-12
para os débitos binários de transmissão de:
i) 2.5 Gbit/s
ii) 10 Gbit/s
Confirme que, no cálculo da sensibilidade, se pode desprezar a potência de ruído quântico relativamente à potência de
ruído do circuito.
Problema VIII
Determine a distância máxima de uma ligação a 2.5 Gbit/s em fibra monomodo padrão a funcionar no comprimento de
onda λ = 1550 nm, com parâmetro de dispersão Dλ = 17 ps/(nm.km) e coeficiente de atenuação α = 0.23 dB/km
(incluindo a atenuação das juntas e dos conectores). A ligação utiliza um laser Fabry-Perot modulado directamente com
largura espectral ∆λF = 1 nm, parâmetro de chirp αc =6, e potência acoplada à fibra de 0 dBm. Admita que o receptor
óptico é um PIN com respostividade 1 A/W e em que a parte eléctrica do receptor apresenta uma raiz quadrada da
densidade espectral de potência de 4.5 pA/ Hz e largura de banda equivalente de ruído igual ao débito binário de
transmissão. Pretende-se garantir uma probabilidade de erro de 10-12. Indique se a ligação é limitada pela atenuação ou
pela dispersão.
Problema IX
Determine a distância máxima de uma ligação igual à do problema anterior com o mesmo receptor e fibra óptica, mas
sendo o emissor óptico, um laser DFB modulado directamente com largura espectral de 10-4 nm, parâmetro de chirp
αc =6, e potência acoplada à fibra de 0 dBm. Indique se a distância máxima é imposta pela dispersão ou pela atenuação.
Problema X
Avalie de que modo os resultados e as conclusões do problema anterior se alteram quando o emissor óptico apresenta
uma razão de extinção rext = 6.6. Considere que todas as outras características da ligação se mantêm.