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Informações da Disciplina

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Júpiter - Sistema de Gestão Acadêmica da Pró-Reitoria de Graduação

Escola de Engenharia de São Carlos

Engenharia Elétrica e de Computação

Disciplina: SEL0366 - Comunicações Ópticas

Optical Communications

Créditos Aula:	3
Créditos Trabalho:	0
Carga Horária Total:	45 h
Tipo:	Semestral
Ativação:	01/01/2025	Desativação:

Objetivos

A disciplina de Comunicações Ópticas tem como objetivo fornecer aos alunos uma compreensão abrangente dos princípios e tecnologias relacionados às comunicações ópticas modernas. Os estudantes aprenderão sobre as propriedades físicas e as funcionalidades das fibras ópticas, fontes e receptores ópticos, dispositivos associados. A disciplina também aborda os sistemas de comunicações ópticas, incluindo multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) e técnicas de medição.
Além disso, são incluídos tópicos avançados sobre comunicação segura, destacando os princípios de criptografia quântica e distribuição de chaves quânticas. Os alunos entenderão como essas tecnologias emergentes podem ser aplicadas para garantir a segurança das transmissões de dados, explorando os conceitos teóricos e práticos da criptografia quântica e os mecanismos de distribuição de chaves quânticas.

Para alcançar as competências listadas acima, o aluno deverá desenvolver as seguintes habilidades:
1. Compreensão Teórica e Prática: deverá entender os princípios básicos e avançados das comunicações ópticas e conhecer a estrutura, propagação e desempenho das fibras ópticas.
2. Análise e Avaliação: deverá ser capaz de avaliar o desempenho de fontes e receptores ópticos e analisar o desempenho de sistemas ópticos.
3. Design e Implementação: deverá ser capaz de projetar e implementar sistemas de comunicações ópticas, incluindo WDM e investigar dispositivos ópticos, como moduladores guias de ondas dielétricos de modo geral.
4. Tecnologia de Fibra Óptica: deverá compreender a tecnologia de fibras ópticas e suas aplicações práticas.
5. Fotodetectores e Receptores: deverá conhecer os tipos de fotodetectores e tecnologias de receptores.
6. Comunicações Seguras: deverá ser capaz de implementar princípios de segurança em comunicações ópticas além de aplicar técnicas para garantir a integridade e confidencialidade dos dados.
7. Criptografia Quântica: deverá compreender os fundamentos da criptografia quântica e implementar protocolos quânticos básicos (e.g., BB84).
8. Distribuição de Chaves Quânticas (QKD): deverá compreender e implementar QKD e avaliar as vantagens e desafios da criptografia quântica.
9. Deverá trabalhar em equipe para o projeto relacionados ao curso.

This Optical Communications course aims to provide students with a comprehensive understanding of the principles and technologies related to modern optical communications. Students will learn about the physical properties and functionalities of optical fibers, optical sources, and receivers, as well as associated devices. The course also covers optical communication systems, including wavelength-division multiplexing (WDM) and measurement techniques.

Additionally, advanced topics on secure communication are included, highlighting the principles of quantum cryptography and quantum key distribution (QKD). Students will understand how these emerging technologies can be applied to ensure the security of data transmissions, exploring the theoretical and practical concepts of quantum cryptography and the mechanisms of quantum key distribution.

To achieve the competencies listed above, the student should develop the following
skills:
1. Theoretical and Practical Understanding: The student should understand the basic and advanced principles of optical communications and know the structure, propagation, and performance of optical fibers.
2. Analysis and Evaluation: The student should be able to evaluate the performance of optical sources and receivers and analyze the performance of optical systems.
3. Design and Implementation: The student should be able to design and implement optical communication systems, including WDM, and investigate optical devices such as modulators and dielectric waveguides in general.
4. Optical Fiber Technology: The student should understand optical fiber technology and its practical applications.
5. Photodetectors and Receivers: The student should know the types of photodetectors and receiver technologies.
6. Secure Communications: The student should be able to implement security principles in optical communications and apply techniques to ensure data integrity and confidentiality.
7. Quantum Cryptography: The student should understand the fundamentals of quantum cryptography and implement basic quantum protocols (e.g., BB84).
8. Quantum Key Distribution (QKD): The student should understand and implement QKD and evaluate the advantages and challenges of quantum cryptography.
9. Teamwork: The student should be able to work in a team for course-related projects.

Docente(s) Responsável(eis)

281467 - Ben Hur Viana Borges

Ementa

A disciplina de Comunicações Ópticas tem como objetivo fornecer aos alunos uma compreensão abrangente dos princípios e tecnologias das comunicações ópticas modernas. Os estudantes aprenderão sobre as propriedades físicas e funcionalidades das fibras ópticas, fontes e receptores ópticos, e dispositivos associados. A disciplina também aborda sistemas de comunicações ópticas, incluindo multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) e técnicas de medição. Além disso, inclui tópicos avançados sobre comunicação segura, destacando os princípios de criptografia quântica e distribuição de chaves quânticas. Os alunos entenderão como essas tecnologias emergentes podem ser aplicadas para garantir a segurança das transmissões de dados, explorando conceitos teóricos e práticos.

The Optical Communications course aims to provide students with a comprehensive understanding of the principles and technologies related to modern optical communications. Students will learn about the physical properties and functionalities of optical fibers, optical sources and receivers, and associated devices. The course also covers optical communication systems, including wavelength-division multiplexing (WDM) and measurement techniques. Additionally, it includes advanced topics on secure communication, highlighting the principles of quantum cryptography and quantum key distribution. Students will understand how these
emerging technologies can be applied to ensure the security of data transmissions, exploring both theoretical and practical concepts.

Conteúdo Programático

 Fibras Ópticas
Estruturas
Propagação
Desempenho
 Fontes Ópticas
Estruturas
Acoplamento a dispositivos ópticos
Características físicas
 Fotodetectores e Receptores Ópticos
Tipos de fotodetectores
Funcionamento e eficiência
Design e operação de receptores ópticos
 Sistemas de Comunicações Ópticas
Modulação e demodulação
Sistemas de transmissão e recepção
Características e desempenho de sistemas
 Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM)
Princípios e técnicas
Aplicações em redes ópticas
 Medidas em Sistemas Ópticos
Técnicas e instrumentos de medição
Avaliação de desempenho e diagnósticos
 Dispositivos Ópticos
Tipos de dispositivos e suas aplicações
Interferômetros, moduladores e comutadores ópticos
Sensores Ópticos: Princípios de operação e aplicações em diversas áreas
 Comunicações Seguras
Princípios de segurança em comunicações ópticas
Técnicas para assegurar a integridade e confidencialidade dos dados
Criptografia Quântica
 Fundamentos de criptografia quântica
Protocolos quânticos básicos (e.g., BB84)
Vantagens e desafios da criptografia quântica
Conceitos e funcionamento de QKD
Segurança e aplicações futuras da QKD
Distribuição de Chaves Quânticas (QKD)
Implementações práticas e exemplos

Optical Fibers
Structures
Propagation
Performance
 Optical Sources
Structures
Coupling to optical devices
Physical characteristics
 Photodetectors and Optical Receivers
Types of photodetectors
Functioning and efficiency
Design and operation of optical receivers
 Optical Communication Systems
Modulation and demodulation
Transmission and reception systems
System characteristics and performance
 Wavelength-Division Multiplexing (WDM)
Principles and techniques
Applications in optical networks
 Measurements in Optical Systems
Measurement techniques and instruments
Performance evaluation and diagnostics
 Optical Devices
Types of devices and their applications
Interferometers, modulators, and optical switches
Optical Sensors: Principles of operation and applications in various Fields
 Secure Communications
Principles of security in optical communications
Techniques to ensure data integrity and confidentiality
Quantum Cryptography
 Fundamentals of quantum cryptography
Basic quantum protocols (e.g., BB84)
Advantages and challenges of quantum cryptography
Quantum Key Distribution (QKD)
Concepts and operation of QKD
Practical implementations and examples
Security and future applications of QKD

Instrumentos e Critérios de Avaliação

Método de Avaliação

Métodos: Aulas teóricas e expositivas. A disciplina contará com apoio do ambiente virtual moodle para acesso ao material da aula e envio online das tarefas realizadas usadas como item de avaliação da disciplina. Avaliação do discente é feita por meio de provas, testes (quizzes) e projeto.

Critério de Avaliação

Critério: Média ponderada de provas teóricas (50% da nota final), testes (20% da nota final), e projeto (30% da nota final).

Norma de Recuperação

Os critérios de avaliação da recuperação devem ser similares aos aplicados durante o semestre regular do oferecimento da disciplina;
1) A nota final (MF) do aluno que realizou provas de recuperação dependerá da média do semestre (MS) e da média das provas de recuperação (MR), como segue:
a) MF=5 se 5 ≤MR ≤ (10 - MS);
b) MF = (MS + MR) / 2 se MR > (10 – MS)
c) MF = MS se MR < 5.
2) O período de recuperação das disciplinas deve se estender do início até um mês antes do final do semestre subsequente ao da reprovação do aluno em primeira avaliação.

Bibliografia

- Gerd Keiser, Optical Fiber Communications, Third Edition, McGraw-Hill, 2000.
- Govind P. Agrawal, Fiber-Optic Communication Systems, Third Edition, John Wiley & Sons, 2002.
- Govind P. Agrawal, Applications of Nonlinear Fiber Optics, Academic Press, 2001.
- Govind P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, Third Edition, Academic Press, 2001.
- Thomas Vidick, Introduction to Quantum Criptography, Cambridge University Press, 2023.
- Gianfranco Cariolaro, Quantum Communications, Springer, 2015.

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