Projeto e otimização de enlaces ópticos submarinos usando multiplexação por divisão espacial

Resumo

Os sistemas submarinos de fibra óptica transportam quase 95% do tráfego de dados entre países e continentes. Esses sistemas utilizam a multiplexação por divisão espacial (SDM), que atualmente é implementada por meio de várias fibras monomodo em paralelo. Para aumentar a densidade espacial de transporte de informação e possibilitar ganhos de integração de componentes, as fibras multinúcleo e as fibras multimodo vêm sendo investigadas como alternativas para o futuro. Em sistemas de longa distância, normalmente a taxa de bit é limitada por ruído de emissão espontânea amplificada (ASE) em níveis baixos de potência e por interferência não linear da fibra (NLI) em níveis altos de potência. As limitações da taxa de bit devido a esses dois efeitos foram amplamente estudadas e os regimes de operação ótimos identificados. Por outro lado, outras limitações surgem em sistemas submarinos modernos, já que um grande número de dimensões espaciais é necessário para a maximizar a taxa de bit do enlace, tendo como restrição seu equipamento de alimentação de potência (PFE). O elemento mais crítico de enlaces submarinos são os amplificadores ópticos, que compensam as perdas do sinal óptico durante a propagação pela fibra. Em sistemas submarinos sujeitos a limitações no PFE, a eficiência de conversão de energia entre a fonte de alimentação elétrica do amplificador e sua potência óptica resultante é um parâmetro chave para o cálculo da capacidade do enlace. Uma baixa eficiência de conversão pode resultar em amplificadores ópticos com energia elétrica insuficiente para atingir a capacidade máxima do sistema. Assim, este projeto tem como objetivo investigar arquiteturas de amplificação óptica energeticamente eficientes para enlaces submarinos com SDM, e quantificar seu impacto na capacidade do enlace. Arquiteturas de amplificadores baseados em fibras multinúcleo e/ou multimodo serão analisadas por simulação, e seu impacto no desempenho do sistema será avaliado utilizando-se parâmetros da teoria da informação. Por fim, esse projeto reforça a cooperação entre os grupos do Prof. Joseph M. Kahn, da Stanford University, e o Prof. Darli Mello, da Unicamp, e acrescenta conhecimento avançado a dois projetos temáticos em andamento da FAPESP, nos quais o proponente participa. (AU)