[pt] O presente trabalho aborda o desenvolvimento de sistemas de detecção de gases na região do infravermelho. Conceitos fundamentais sobre a teoria eletromagnética da luz e como o sinal luminoso pode ser absorvido por gases é apresentado na etapa inicial. Em seguida, são apresentados novos métodos de detecção utilizando fibras ópticas através de simulações eletromagnéticas destas fibras e por observações de medições em laboratório. O software utilizado é o Optiwave. Um sistema de interrogação baseado em um laser em anel é desenvolvido para o comprimento de onda em 2000 nm. São aplicados dispositivos ópticos, fibras padrão, fibras micro estruturadas como elementos constituintes de sistemas de detecção de gases. Adicionalmente, um método de detecção coerente homodina e um subsistema capaz de detectar variações do índice de refração até pelo menos a sexta casa decimal são introduzidos, discutidos e propostos como novas técnicas a serem utilizadas na detecção e medição de gases. O desenvolvimento das técnicas aqui propostas tem ainda por finalidade segurança industrial e ambiental, avaliação de riscos de explosões, e no controle de vazamentos, emissões e poluição atmosférica. / [en] This thesis discusses the development of gas detection systems in the infrared region. Fundamental concepts on the electromagnetic theory of light and how the light signal can be absorbed by gases is shown in the initial stage. Then, the possibility of new optical fiber detection methods is presented using electromagnetic simulations and laboratory observations activities. The software used is the Optiwave. A scanning system based on laser ring is designed for the wavelength of 2000 nm. In this step, the study of Bragg gratings is explored. Other systems using optical devices, Micro structured optical fibers, coherent homodyne systems are presented and realized. Besides, a subsystem able to detect at least 10- 6 variations of the refraction index is introduced and evaluated as a gas detection application. All procedures presented can also be activated in industrial security, environment and atmospheric pollution evaluation, gas leakage, and gas blasts risks.

[pt] A comunicação por fibras ópticas utiliza diversos modelos herdados dos sistemas de telecomunicações tradicionais. Recentemente, a necessidade de maior controle sobre o fluxo de dados tem atraído muita atenção para as vantagens da comunicação óptica adaptativa. Num sistema de comunicação adaptativo, o fluxo de dados pode ser alterado em função de variações na qualidade do canal ou simplesmente pela necessidade de racionalizar a utilização dos recursos disponíveis. A interoperação entre redes pressiona pela necessidade de uma rede elástica e a expectativa é que este tipo de rede permita o controle sobre vários níveis da estrutura de comunicação. Nesta tese, a análise deste tema se concentra na camada física da rede óptica, em que a elasticidade pode ser obtida através de diferentes técnicas de modulação e multiplexação. A camada física de uma rede óptica adaptativa deve responder a variações e restrições do meio de transmissão. O consumo de energia, por exemplo, é um requisito cada vez mais presente nos projetos das redes de comunicação e a relevância deste requisito tende a aumentar na medida em que as redes ópticas aumentam sua capilaridade. O principal objetivo desta tese é analisar uma solução de comunicação óptica adaptativa que atenda aos requisitos básicos de uma rede elástica. O sistema de comunicação em análise é baseado em modulações realizadas no espaço de sinais de quatro dimensões, também conhecidas como modulações 4D. A perspectiva adotada privilegia a polarização da portadora óptica. A vantagem em adotar esta perspectiva, reside no fato de que ela permite a construção de modulações multidimensionais utilizando os fibrados de Hopf. Conforme será observado, o uso dos fibrados de Hopf em conjunto com o conceito matemático denominado vértice embutido de politopos, potencializa as soluções de engenharia para o problema da comunicação óptica adaptativa. / [en] Fiber-optic communications use several models inherited from traditional telecommunications systems. Recently, the need to improve the control over the data flow has attracted attention to the advantages of adaptive optical communication. In adaptive systems, the data flow can be altered due to changes in the channel quality or simply to rationalize the use of available resources. Interoperation between networks further presses on the need for an elastic network and the expectation is that this type of network will allow control over various levels of the communication structure. In this thesis, the analysis of this theme focuses on the physical layer of the optical network, where elasticity can be obtained through different modulation and multiplexing techniques. The physical layer of an adaptive optical network must respond to variations and restrictions of the transmission medium. Energy consumption, for example, is a requirement that is increasingly present in communication network projects and the relevance of this requirement tends to increase as optical networks expands in capillarity. The main objective of this thesis is to analyze an adaptive optical communication solution that meets the basic requirements of an elastic network. The communication system under analysis is based on the four-dimensional signal space modulations, also known as 4D modulations. The perspective adopted favors the polarization of the optical carrier. The advantage in adopting this perspective resides in the fact that it allows the construction of multidimensional modulations using Hopf bundles. As will be observed, the use of Hopf bundles in conjunction with the mathematical concept called embedded vertex polytopes, improves the engineering solutions to the problem of adaptive optical communication.