CO - Lista de Exercicios

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    10-Jul-2015
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LISTA DE EXERCCIOSFIBRAS PTICAS1. Considere uma fibra de ndice degrau com n1 = 1,475 , n2 = 1,460 e a = 25 m . a) Qual o valor mximo de para haver guiamento na fibra? b) Qual o valor mximo do ngulo de incidncia na interface ar-ncleo da fibra? c) Correspondente a este valor de , determine o nmero de reflexes do raio ptico aps se propagar por 1 km. d) Determine tambm o valor da abertura numrica para a respectiva fibra.

2. Assumindo perda de 0,01 % de potncia para cada reflexo do exerccio anterior, determine o valor da atenuao em dB/km.

3. Considere uma fibra sem casca, apenas com ncleo, com n1 = 1,48 . Calcule a abertura numrica e encontre o maior ngulo do raio incidente na interface arncleo da fibra para que ocorra guiamento do raio ptico por reflexo interna total.

4. Faa um comparativo das fibras multimodo e monomodo em termos de caractersticas de atenuao e disperso, citando suas principais aplicaes. 5. Assumindo que o ndice de refrao, para fibras pticas fabricadas base de slica na regio 0,5m < 0 < 1,6m , dado por n(0 ) = 1,451 0,0030 +2

0,003

0

2

, onde

0 medido em micrometros, determine o comprimento de onda cujo valor docoeficiente de disperso material nulo. Calcule tambm o valor da disperso material do pulso ptico nos comprimentos de onda iguais a 0,8 m e 1,55 m .

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LISTA DE EXERCCIOS6. Determine a expresso de C , ( C1 C 3 ), considerando n1 > n2 > n3 , reflexo interna total da onda eletromagntica guiada no ncleo da fibra, deduzindo as expresses necessrias para o desenvolvimento desta questo e a ilustrao na figura 1.1.

n2 n1 n2

n3

n2 n1 n2

C1

n1

C 3n3

Figura 1.1

7. Considerando

n(0 ) = C 0 a0 +2

b

0 2

,

C 0 = 1.451 ,

a = b = 0.003

e

Dm =

1 2 d 2n 0 2 0 c d 0

9 ps .10 , determine a expresso para ZMDW. km.nm

8. Quais as diferenas entre os seguintes tipos de disperso: intermodal, intramodal, material, PMD e cromtica?

9. Qual a origem do efeito de disperso por modo de polarizao?

10. Qual a origem da mudana de fluxo nos feixes luminosos, da entrada para o ncleo, presente nas fibras pticas multimodo?

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ELET0022 Turma DM

LISTA DE EXERCCIOS11. Considere uma fibra sem casca, apenas com ncleo, com n1 = 1,48 . a) Calcule a abertura numrica. b) Encontre o maior ngulo do raio incidente na interface ar-ncleo da fibra para que ocorra guiamento do raio ptico por reflexo interna total. c) Interprete fisicamente o valor do ngulo de incidncia obtido.

12. Assumindo que o ndice de refrao, para fibras pticas fabricadas base de slica na regio 0,5m < 0 < 1,6m ,2

dado

pela

expresso

n(0 ) = 1,451 0,0030 +

0,003

0

2

, onde 0 medido em micrometros, determine o

comprimento de onda cujo valor do coeficiente de disperso material nulo. Considere: Dm =

1 2 d 2n 9 0 .10 ps/km.nm. 0 c d2 0

13. Uma fibra ptica tem o ncleo com o ndice de refrao de 1,45 e a casca com ndice de refrao de 1,41. Calcule a abertura numrica da fibra.

14. A velocidade da luz, medida em um determinado meio, de 2,1x108 m/s. Encontre o ndice de refrao.

15. Uma fibra ptica com atenuao de 0,4 dB/km tem 5 km de comprimento. A fibra tem n1=1,53, n2=1,45 e um dimetro de 50 m. Encontre: a) O ngulo mximo para o qual a luz ser guiada pela fibra. b) A porcentagem da potncia de entrada recebida.

16. Defina os conceitos de: disperso multimodal e intermodal. Explique o que significa modo propagante em uma fibra ptica multimodo de ndice degrau, aplicando o conceito de ptica geomtrica.

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LISTA DE EXERCCIOS17. Como as fibras de ndice degrau podem minimizar o efeito da disperso intermodal?

18. Considere uma fibra com n1=1,48 e n2=1,46. Sabendo-se que a fibra se encontra na gua (n0=1,33), determine o maior ngulo para haver guiamento do sinal incidente.

19. Qual a diferena entre disperso intramodal e intermodal? Qual delas afeta mais um sistema ponto-a-ponto com 40 Gbps de taxa de transmisso?

20. Calcule a abertura numrica de uma fibra com as seguintes informaes: n0=1,50, n1=2,00 e n2=1,80. Determine o maior ngulo de incidncia, na entrada da fibra, para que haja guiamento atravs de reflexo interna total.

21. Considerando a fibra ptica do exerccio anterior, determine o atraso mximo entre dois modos propagantes aps 10 km de propagao.

22. O que so perdas intrnsecas e extrnsecas? Elas so as nicas responsveis pela atenuao dos sinais propagantes nas fibras pticas? 23. Quais os tipos de disperso que ocorrem nos sinais durante a propagao nas fibras pticas? Quais efeitos de disperso que ocorrem nas fibras? Em todos os tipos de fibras elas ocorrem? Explique sucintamente.

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DISPOSITIVOS ELETRO-PTICOS1. Explique, de forma clara e objetiva, as seguintes informaes: a) O funcionamento de um fotodiodo do tipo PN. b) o processo de gerao de ftons em um LED.

2. Qual a origem da interferncia homodina presente na sada dos computadores pticos? Qual a diferena entre a interferncia heterodina?

3. O que impacto de ionizao?

4. Descreva o funcionamento de um fotodiodo PIN e comente sua diferena em relao ao fotodiodo APD.

5. Descreva as caractersticas bsicas de um fotodetector e explique, de forma sucinta, os tipos: fotodiodo PN, PIN e avalanche.

6. Quais as diferenas entre as arquiteturas de comutao bloqueante e nobloqueante? Com relao perda de insero dos comutadores, possvel melhorar o desempenho dos sistemas pticos quanto ao aspecto da relao sinalrudo ptica do sinal recebido? Justifique.

7. Quais as tecnologias utilizadas na construo fsica dos elementos de comutao? Explique o que so interferncias homodina e heterodina presentes nos sistemas pticos.

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LISTA DE EXERCCIOS8. Explique o funcionamento bsico de um fotodiodo PN, com seu esquema de polarizao, e indique as principais diferenas no processo de deteco do fton e de gerao de ftons pelo processo de emisso estimulada.

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AMPLIFICADORES PTICOS1. Como acontece a amplificao ptica em um sistema de 4 nveis? Qual rudo adicionado pelo sistema, explicando sua origem.

2. Qual a origem do rudo ASE presente na sada dos amplificadores pticos?

3. Determine a expresso do ganho, em dB, de cada amplificador, de modo a compensar as perdas do enlace ptico ilustrado na figura 3.1.

Figura 3.1

4. Considerando um amplificador a fibra dopada com rbio, a) Desenhe o esquema de montagem do dispositivo. b) Determine quais dispositivos so utilizados nessa montagem. c) Quais as funes de cada um dos dispositivos mencionados na questo b? d) Quais as vantagens do EDFA frente ao SOA?

5. Quais as diferenas entre os parmetros de construo dos amplificadores pticos: em linha, de potncia e pr-amplificador?

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LISTA DE EXERCCIOS6. Determine a expresso do ganho, em dB, de cada amplificador, de modo a compensar as perdas do enlace ptico ilustrado na figura 3.2. Calcule seu respectivo valor linear, considerando: LswdB=3, LmxdB=LdxdB=2, Lst1dB=Lst2dB=10; Ldcf1dB =Ldcf2dB=16.

Figura 3.2

7. Quais as desvantagens de um amplificador a semicondutor em relao a um amplificador a fibra dopada?

8. O que emisso espontnea amplificada?

9. Descreva o rudo de emisso espontnea, associando ao conceito de fator de rudo, com suas implicaes nos sistemas pticos.

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SISTEMAS DE TRANSMISSO PTICOS1. Um sistema de comunicaes pticas utiliza um enlace de fibra ptica de 30 km, com uma perda de 0,4 dB/km. Se o sistema necessita de um mnimo de 0,2 mW no receptor, calcule a potncia mnima que deve ser lanada na fibra.

2. Qual a diferena entre interferncia homodina e heterodina e qual a origem desses rudos, ambos gerados nos comutadores pticos? Calcule o valor da potncia do rudo em mW, o qual est 40 dB abaixo de um sinal que possui potncia igual a 2 dBm.

3. Quais as diferenas entre os sistemas CWDM e DWDM? Quais as vantagens e as desvantagens na utilizao de sistemas UDWDM?

4. Quais rudos presentes nos sistemas pticos WDM que podem afetar a relao sinal-rudo ptica no circuito de recepo? Comente sucintamente sobre os rudos adicionados no processo de deteco eletrnica no receptor.

5. O que efeito da mistura de quatro ondas? De que forma pode degradar os sistemas completamente pticos? um tipo de interferncia linear? Em qual tipo se enquadra?

6. Quais efeitos podem limitar a expanso dos sistemas WDM completamente pticos? Quais as diferenas entre CWDM, WDM e DWDM? Comente sobre a propagao dos sinais nas redes pticas.

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LISTA DE EXERCCIOS7. Quais as causas possveis do efeito da mistura de quatro ondas em um sistema ptico UDWDM? Qual a sua opinio para se otimizar tais sistemas considerando tal efeito?

8. Qual o impacto da PMD em um sistema CWDM? Analise em termos de penalidades fsicas nos sistemas pticos.

9. Em termos de produto B.L, em quais tipos de fibras se observa o maior valor do produto? Qual efeito de disperso torna esse produto mximo nas condies atuais dos sistemas pticos? Em quais condies isso acontece?

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