[pt] A tendência de um rápido aumento nas taxas de transmissão utilizadas em sistemas de comunicações ópticas, impõe que sejam repensadas as tecnologias e princípios de fabricação dos diversos elementos de um sistema de transmissão ou de recepção. Em breve, sistemas operando em taxas superiores a 100Gbits/s serão uma realidade. Este trabalho propõe-se a analisar o problema da extração de relógio em receptores ópticos de alta capacidade. O processo, atualmente empregado, é completamente elétrico sendo dificultado devido a sensibilidade dos componentes eletrônicos à freqüência de operação. Apresenta-se neste trabalho um método de recuperação de relógio por processo óptico, utilizando-se como elemento fundamental um laser DFB multi- seção. Inicialmente será realizado um estudo teórico do fenômeno de auto-pulsação, pré-requisito para a extração de relógio por processo óptico. Em seguida serão apresentados e discutidos uma série de experimentos que demonstram a recuperação de relógio por processo óptico. A partir destas informações e das condições adequadas para a obtenção do fenômeno, implementa-se um set-up experimental utilizando-se um laser InGaAsP/InP DFB dupla-seção, a partir do qual obtém-se recuperação de relógio por processo óptico em 1,24Gbits/s e 2,48Gbits/s nos formatos RZ e NRZ. / [en] Today bit-rates increase quickly in optical communications sustems. New technologies and fabrication process discovers are fundamental to the development of several devices in the transmission and reception systems. Soon, optical communication systems working in 100Gbits/s will be a reality. This work intends to solve the problem of clock recovery in high capacitu optical receivers. The process employed nawadays is completely electrical. As it is known, electronics devices are limited in frequency, and won´t operate propely in such high bit-rates. In this work a optical clock recovery method is shown, using a multi-section laser, as main element. The first step will be the description of a theoretical study of the self- pulsation phenomenon, allowing the understanding of the mechanism of optical clock recovery. Afterwards a series of experiments that show optical clock recovery are preented and discussed. A experimental set-up is implemented, utilizing a InGsAsP/InP doublesection DFB laser, and optical clock recovery is obtained from 1,24Gbits/s and 2,48Gbits/s bit streams, in RZ and NRZ formats.

[pt] Neste trabalho apresenta-se um estudo do comportamento dinâmico de laser semicondutor modulado diretamente em intensidade sob fracos e fortes sinais. Através da utilização de dispositivo passivo (filtro supressor) e ativo (FET de dupla porta) de microondas aplaina-se a resposta em freqüência numa faixa em torno de 1,5 GHz. Resultados medidos e modelados são comparados mostrando boa concordância. / [en] This work presents a study of the dynamic behaviour of a semiconductor laser under small and large signal direct intensity modulation. A flat frequency response can be obtained in a bandwidth of around 1,5 GHz by using passive (suppressor filter) and an active (dual-gate FET) microwave device. The measured and modeled results are compared showing good agreement.

[pt] Neste trabalho, os sistemas solitônicos amplificados são estudados utilizando simulações numéricas. A inserção periódica de simplificadores ópticos (EDFAs), para compensar as perdas na fibra, limita o desempenho dos sistemas devido, principalmente, ao ruído de emissão espontânea amplificada (ASE) gerado pelo próprio amplificador. As decorrentes limitações impostas aos sistemas - efeito Gordon-Haus, acúmulo de ruído ASE, espaçamento entre amplificadores e interações entre pulsos adjacentes - são detalhadamente analisadas. Neste cenário, o desempenho destes sistemas é inferior ao de sistemas NRZ em uso. Visando melhorar o desempenho dos sistemas, diferentes técnicas de controle de sólitons - gerenciamento de dispersão, filtragem espectral em freqüências fixa e deslizante - são descritas e investigadas. Os inúmeros resultados obtidos e apresentados permitem avaliar com segurança a aplicabilidade dos sistemas solitônicos em comunicação ópticas de longa distância e/ou altas taxas de transmissão. / [en] This thesis presents a study of single channel amplified soliton systems base don numerical simulations. In these systems, the losses of the optical fibers are compensated by the periodic insertion of Erbium-doped fiber amplifiers (EDFAs). As the amplifiers generate noise in the form of spontaneous amplified emission (ASE noise), their presence limits the systems performance. The resulting limitations - the Gordon-Haus effect, ASE noise accumulation, length of the amplifier span and interaction between neighborinhg pulses - are analyzed in detail. When taken into account, these limitations make the performance of amplied soliton systems inferior to that of classical linear NZR systems currently in use. Different techniques to improve the performance of soliton systems are investigated, mainly the dispersion management tecnique and spectral flitering, using both fixed and sliding frequencies. The results obtained through extensive numerical simulations allow a sound evaluation of the applicability of amplified soliton systems to long distance and/or high rate transmissions.

[pt] O presente trabalho tem como objetivo a realização de um transmissor experimental para comunicações ópticas baseado na modulação por chaveamento de polarização da luz, conhecida como Polarization Shift Keying (PolSK). Realizamos análise teórica das vantagens e desvantagens da modulação PolSK frente aos requisitos de desempenho das comunicações ópticas atuais, entre os quais a eficiência espectral, o consumo de energia e roteamento totalmente óptico em redes transparentes. A principal abordagem da dissertação está relacionada ao ganho em eficiência espectral que pode ser alcançado com o uso de constelações de símbolos num espaço dimensional denominado espaço de Stokes. Dados obtidos de um transmissor experimental de baixa velocidade demonstram a geração de constelações de símbolos tridimensionais contendo oito símbolos numa geometria de hexaedro (cubo). Com base nos conceitos teóricos, o arranjo experimental que construímos pode ser reproduzido para funcionar em velocidades compatíveis com as taxas de transmissão das comunicações ópticas atuais. / [en] The present work aims the experimental realization of an optical transmitter based on the Polarization Shift Keying modulation - known as (PolSK). We analyze theoretically both, advantages and disadvantages of PolSK modulation, emergent performance requirements for current optical communications systems, including spectral efficiency, power consumption and routing in the context of transparent all-optical networks. The main approach of the dissertation is related to the spectral efficiency gain that can be achieved when we use constellations of symbols in a dimensional space called Stokes space. Data from a low speed experimental transmitter demonstrate the generation of three-dimensional constellations of symbols containing eight symbols on hexahedron (cube) geometry. Based on the theoretical concepts we built the experiment, the setup can be replicated to operate at speeds compatible with transmission rates of current optical communications systems.

[pt] Diante do crescimento do interesse pelos amplificadores Raman faz-se necessário um estudo mais detalhado destes. Uma técnica tradicionalmente já utilizada para analise de atenuação em enlaces, a reflectometria óptica no domínio do tempo, é empregada de maneira inovadora neste trabalho para a observação da amplificação Raman distribuída. O objetivo principal deste trabalho não é a analise de amplificadores Raman, mas sim a apresentação desta técnica como nova ferramenta observação do ganho Raman distribuído em fibras ópticas. / [en] Due to increased interest in Raman amplifiers, a more detailed study of them is required. A technique traditionally used for analysis of attenuation on optical links, time domain optical reflectometry, is used in an innovative way in this work for observation of distributed Raman amplification. The main objective of this work in not the analysis of Raman amplifiers, but the introduction of this technique as a new tool for the observation of distributed Raman gain in optical fibers.

[pt] Um estudo completo da dispersão dos modos de polarização (PMD) em fibras ópticas foi apresentado. Uma nova proposição de Emuladores de PMD com comprimentos de acoplamento aleatóriamente gerados foram comparados, teórica e experimentalmente, com os comumente encontrados na literatura. Um novo método para a medida da freqüência óptica em função do tempo baseado na técnica da discriminação de freqüências ópticas através de um filtro foi apresentado, mostrando suas vantagens sobre outro método encontrado na literatura. Utilizando este novo método foram medidas as características espectrais de alguns lasers DFB modulados em alta freqüência. Os efeitos das PMDs de primeira e segunda ordem em transmissões digitais de alta capacidade foram avaliados, através de medidas da distorção temporal do pulso óptico, bem como pelas penalidades de potência induzidas. O tratamento estatístico das penalidades de potência foi discutido, mostrando que as distorções por PMD de segunda ordem podem levar a uma eventual melhora do desempenho do sistema. Foi proposto um modelamento teórico para a PMD em fibras ópticas, baseado no comportamento observado nos novos emuladores de PMD ccom comprimento de acoplamento aleatório. / [en] A complete study of polarization mode dispertion (PMD) in optical fibers is presented. A new class of PMD emulators with random mode coupling lengths is proposed and compared experimentally and theoretically with other emulators exinting measurements, based in a optical filter transfer function is also presented and compared with the preceding method.With this new method the time domain spectral characteristics of some high frequency modulated DFB lasers were measured. First and second order PMD effects in high speed digital transmission were evaluated through both temporal distortion and power penalties measurement. The statistical treatment of the power penalties was discussed, showing that signal distortion by PMD may eventually improve the performance of the system. A theoretical model of simulate the signal propagation along the fiber was porposed, based on the emulator conception with random coupling lengths.

[pt] A comunicação óptica por laser no espaço livre é uma área que vem despertando crescente interesse, nos últimos anos, em função da possibilidade de resolver o problema de difusão da informação, dando acesso de alta capacidade ao usuário. Sistemas ópticos sem fio oferecem rapidez na sua instalação e inicialização, além de um sistema flexível com largura de banda equivalente à da fibra óptica, em torno de 1.5 Gbps para sistemas comerciais disponíveis atualmente. O cerne da problemática que envolve as aplicações de sistemas ópticos sem fio é a propagação óptica no espaço livre. A grande diferença entre a transmissão a laser no espaço livre e na fibra óptica é a previsibilidade da atenuação da potência do sinal do laser na fibra quando comparado à atmosfera. Além da variabilidade da atenuação atmosférica devida à presença de partículas e aerossóis, um dos fenômenos que afeta a propagação de um feixe laser é a turbulência atmosférica, que ocorre mesmo em condições de alta transparência. Flutuações randômicas na temperatura do ar produzem pequenas heterogeneidades no índice de refração ao longo do caminho de propagação da luz. Essas alterações no índice de refração provocam flutuações na velocidade de fase do sinal que se propaga, causando distorção da sua frente de onda. À medida que a frente de onda se distorce e avança num meio com turbulência, ocorrem mudanças aleatórias na direção do feixe gerando flutuações na sua intensidade, contribuindo para a degradação do sinal na recepção. Nesta tese os efeitos da cintilação, decorrentes da turbulência atmosférica, foram avaliados por meio de um experimento utilizando três enlaces operando no espaço livre em três comprimentos de onda diferentes. Foi observado que o speckle gerado pela fibra óptica de alimentação dos transmissores de 780 nm and 1550 nm acentua os efeitos da cintilação. / [en] Optical laser communication in free space is an area that has been attracting increasing interest in the last years, due to its possible capacity to resolve the problem of information diffusion, giving higher capacity access to users. Wireless optical systems offer speedy installation and initialization procedures and system flexibility, with the equivalent frequency bandwidth as optical fiber systems, around 1.5 Gbps for the commercial systems available nowadays. The critical aspect involving the application of wireless optical systems is free space optical propagation. The great difference between the laser free space and optical fiber transmissions is the capacity to predict the signal power attenuation that propagates into the optical fiber, when compared to the atmosphere propagation. Besides the variability of the atmospheric attenuation due to the presence of particles and aerossois, one of the phenomena that affects laser beam propagation is atmospheric turbulence, that occurs even in high transparency atmospheric conditions. Random fluctuations in air temperature generate small inhomogenities in the refraction index throughtout the light propagation path. These changes in the refraction index cause fluctuations in the phase speed of the signal that is spread over this path, causing distortion in its wave-front. As the wave-front distorts and reaches medium with turbulence, random changes occur in the beam direction, creating fluctuations in its intensity, which contribute to the degradation of the signal reception. In this thesis the effects of the scintillation, due to atmospheric turbulence, were experimentally evaluated using three free space links with three different wavelengths. The experimental results have shown that the speckle pattern generated by the optical fiber feeding the 780 nm and 1550 nm transmitters affected the link performance at these wavelengths.

[pt] Nas redes ópticas que contém EDFAs (amplificadores à fibra dopada com Érbio), a característica variável do tráfego faz com que a potência de entrada do amplificador oscile, causando rápidas flutuações de ganho que podem inviabilizar a transmissão de dados nos canais WDM (multiplexados por divisão de comprimento de onda) co-propagantes. As variações de tráfego podem ser lentas, quando originadas pela adição ou remoção de canais WDM em qualquer nó da rede (roteamento dos canais WDM), ou rápidas, quando causadas pela transmissão aleatória de pacotes ou rajadas de dados através da rede. Logo, para alcançar uma alta qualidade de transmissão é necessário garantir a operação estável do EDFA, independentemente da natureza das variações de sua potência de entrada. Por isto, nós otimizamos o desempenho da técnica da oscilação laser em anel para controlar o ganho do EDFA, empregando dois comprimentos de onda espectralmente opostos, um acima e outro abaixo da banca C. A partir da ótima estabilidade de ganho alcançada com o emprego desta técnica de controle em uma unidade amplificadora, implementamos um sistema de armazenamento de sinais ópticos com ótimo desempenho e mostramos como minimizar as flutuações de ganho acumuladas após muitos EDFAs em cascata, tornando os enlaces ópticos de longo alcance mais eficientes. / [en] In optical networks containing EDFAs (Erbium-Doped Fiber Amplifiers), the variable traffic characteristic lead the input power to the amplifier to oscillate and cause fast time-dependent gain fluctuations that can impair the transmission of data on co-propagating WDM (Wavelength Division Multiplexing) channels. Traffic variatons can be slow, when originated by add or drop of WDM channels at any network node (WDM routing), or fast, when come from random transmission of packet/burst data through the network. Consequently, to reach a high quality transmission it is necessary to ensure a stable EDFA operation, regardless the nature of its input power variations. Therefore, we optimized the performance of the ring-laser technique to clamp the EDFA gain, using two spectrally oposite lasing wavelengths, one above and another below the C-band. Based on the excellent gain stability reached with the employment of this gain control technique over one amplifier unit, we assembled a high-performance alloptic buffer memory and showed how to miminize the accumulated gain fluctuations after many cascaded EDFAs, enabling more efficient long distance optical links.

[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo do formalismo matemático para a teoria da polarização da luz, da dispersão dos modos de polarização e das perdas dependentes da polarização e de seus efeitos combinados. Medidas experimentais para caracterização dos parâmetros dos dispositivos que compõe a montagem experimental são apresentados, sendo aqui abordadas as técnicas de medida utilizadas. Um novo modelamento teórico para os efeitos combinados da dispersão dos modos de polarização e das perdas dependentes da polarização em sistemas ópticos analógicos é apresentado. Curvas teóricas e experimentais de distorção harmônica em função dos vários parâmetros envolvidos no modelamento comprovam a natureza interferométrica dos fenômenos avaliados. Medidas experimentais comprovam o correto modelamento teórico e demonstram que o modelamento matemático apresentado em [6], não contempla corretamente os fenômenos envolvidos. / [en] In this work is presented a study of mathematical formalism to polarization of light thory, of polarization mode dispersion and polarization dependent loss and of this effects combined. Experimental measurements to characterize the devices of experimental set-up are presented, and the measure technique are mentioned here. A new theorical model to combined effects of polarization mode dispersion and polarization dependent loss is presented. Theorical and experimental curves of hamonic distortion in function of many parameters involved in theorical model prove the interferometric nature of phenomenon. Experimental measurement demonstrate a perfect agreement with modeling developed and prove differences of 5 dB with modeling presented in [6].

[pt] Os efeitos que causam limitações nas comunicações ópticas referentes a polarização se resumem essencialmente na Dispersão dos Modos de Polarização (PMD), nas Perdas Dependentes da Polarização (PDL), e no Ganho Dependente da Polarização (PDG). Estes efeitos podem aparecer na transmissão de forma isolada ou combinada, gerando distorções no sinal. Primeiramente estes efeitos foram estudados individualmente, cada efeito sendo analisado e quantificado sob diversos aspectos. Através de uma analise teórica e experimental foi proposto uma nova técnica de medida de penalidade de potência envolvendo os efeitos estudados. Depois de um estudo detalhado sobre os efeitos isolados, analisou-se os efeitos combinados de PMD e PDL. Diversos emuladores de PMD, elementos com PDL variável e emuladores de PMD e PDL fizeram parte de um longo estudo sobre estes efeitos combinados. Procurou-se ressaltar a importância e os cuidados necessários que se deve tomar para a construção de um emulador de PMD. Na última etapa, foram estudados os efeitos de PMD e PDG oriundos de um sistema utilizando amplificação Raman. Desta forma foi possível evidenciar, caracterizar e relacionar os efeitos da polarização nas fibras ópticas. / [en] The polarization effects that cause limitations in optical communications are essentially the Polarization Mode Dispersion (PMD), the Polarization Dependent Loss (PDL), and the Polarization Dependent Gain (PDG). These effects can appear either isolated or in combinations, generating signal distortion. These effects were first investigated individually under different experimental situations and then combined effects were studied. A new technique for measuring the power penalties corresponding to these effects was proposed. The combined effects of PMD and PDL in PMD emulators were evaluated and quantified. Thumb rules for the manufacture of PDL-free emulators were proposed. The effects of PMD and PDG originated from Raman amplification were also studied and compared with theoretical predictions.