Ensaios avançados com fibras ópticas = advanced characterization of optical fibers

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

As fibras ópticas estão omnipresentes na camada física das modernas redes de comunicação, desde as transmissões de longo alcance até ao acesso residencial. Para fazer frente ao contínuo aumento das necessidades de largura de banda, o aumento das velocidades de transmissão comprime as margens dos sistemas. Neste cenário, a caracterização das ligações ópticas requer métodos de medida avançados de forma a avaliar devidamente o desempenho do sistema, a capacidade da rede em suportar a aplicação actual ou uma futura actualização de serviços. Neste trabalho, fazemos uma revisão dos métodos e das tecnologias adoptadas para a medição do perfil de atenuação espectral, da dispersão cromática e da dispersão dos modos de polarização. Apresentamos os resultados de medidas avançadas em fibras ópticas monomodo em ambiente de laboratório e em ligações utilizadas nocampo. Recorrendo a um avançado equipamento comercial, verificamos o perfil de atenuação espectral em cabos ópticos instalados no campo; de acordo com o método do desvio de fase (phase shift) medimos a dispersão cromática e, através da técnica do analisador fixo (fixed analyzer), avaliamos a dispersão dos modos de polarização. Reportamos e analisamos os dados recolhidos em cabos ópticos instalados no campo, discutindo em detalhe os resultados referentes à dispersão dos modos de polarização, cuja distribuição de valores se desvia significativamente da esperada distribuição de Maxwell. Apresentamos o modelo de “PMD hinge”, e concluímos que este modelo fornece uma justificação plausível a quanto foi observado.

Abstract: Optical fibers are ubiquitous in the physical layer of modern communication networks, from ultra-long haul transmission to residential access. To cope with the growing bandwidth demand, data rates increase is placing pressure on systems margins. In this scenario, the characterization of optical links calls for advanced measurement methods, in order to properly evaluate overall system performance, capabilities of the network for the current application and for future services upgrades. In this thesis, we review the methods and technologies adopted for the measurement of spectral attenuation profiles, chromatic dispersion and polarization mode dispersion. We present results of advanced measurements on single mode optical fibers under laboratory conditions, and fiber links employed under field conditions. For the characterization task, we operate state of the art commercial equipment, implementing the phase shift method for chromatic dispersion measurements, and the fixed analyzer technique for the polarization mode dispersion measurements. We report and analyse the data collected in deployed optical cables discussing in detail the polarization mode dispersion results, which deviate substantially from the expected maxwellian distribution. We present the so-called “PMD hinge” model, and conclude that this model gives a plausible justification of the observations.