[pt] Os amplificadores a fibra dopada com érbio (EDFAs) têm se mostrado como uma alternativa bastante atraente para aumentar a capacidade de sistemas de comunicações por fibras ópticas operando na terceira janela de transmissão de fibras convencionais (lambda = 1.55 mi m). Consideráveis esforços têm sido direcionados ao aprimoramento do desempenho desses dispositivos. O potencial de aplicação em telecomunicações é grande e motiva o estudo do desempenho dos enlaces com o uso de EDFAs. A maior parte das contribuições teóricas sobre influência de amplificadores ópticos no desempenho dos receptores consiste de métodos que são fáceis de usar mas muito aproximado - o que pode conduzir a estimativas bastantes imprecisas -, ou muito precisos mas de utilização extremamente difícil - devido a uma complexidade inerente. São apresentados modelos para a simulação de sistemas de comunicações ópticos digitais que consideram as perdas no sinal e as distorções da forma de onda devidas ao efeito combinado do chirping do laser, da dispersão da fibra e da largura de banda finita do receptor. É proposta uma nova abordagem para o cálculo da taxa de erro do sistema e da sensibilidade, que possui a precisão e a simplicidade desejadas. O método desenvolvido considera a interferência intersimbólica (causada pelas distorções) e das contribuições de ruídos dos amplificadores, utilizando-se o método semi-analítico. Esses modelos e o método desenvolvido foram utilizados para introduzir a simulação de sistemas ópticos com EDFAs em um programa já existente de análise de sistemas. Foram realizadas simulações para avaliar as contribuições dos diversos parâmetros dos EDFAs e as implicações de algumas propriedades do sistema no desempenho total do sistema óptico. A comparação com resultados de análises rigorosas, encontrados na literatura, validou a abordagem proposta. / [en] Erbium-doped fiber amplifiers (EDFAs) have shown to be a very attractive alternative to improve the capacity of optical-fiber communications systems operating in the third transmission window of conventional fibers (lambda = 1.55 mi m). Considered efforts have been made towards the performance enhancement of these devices. The possible application potential in telecommunications is indeed large, and has simulated the study of system performance using EDFAs. Most of the previous theoretic contribuitions on the influence of optical amplifiers in the receiver performance consist of methods that are either easy to use but over-approximated - what can lead to quite inaccurate evaluations - or very precise but extremely difficult to use - due to some inherent complexity. Models for the simulation of digital optical communication systems are presented, which account for signal loss and distortion - due to laser chirping, fiber dispersion and detector finite bandwidth. A new semi-analytical method for the evaluation of bit-error rate (BER) and receiver sensitivity is introduced, which possesses the desired accuracy and simplicity. It takes into account the presence of inter-symbol interference (due to signal distortion) and the optical amplifier noises. These modesl and the developed method jhave been the used for introducing simulation of optical systems with EDFAs into a previously existing system evaluation software package. A numbe of simulations was carried out in order to estimate the contribution of EDFA parameters and implications of some system properties in the final performance of the optical system. The comparison with results from rigorous analysis, found in the literature, has validated the proposed approach.

[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] Propriedades dinâmicas dos lasers semicondutores monomodo têm sido investigadas utilizando-se diferentes sistemas ópticos de medição. Sistemas ópticos integrados auto- homódino e heteródino foram montados para a medição da modulação em intensidade (IM) e freqüência (FM) e para a obtenção do fator de alargamento da largura de linha (alfa) de três lasers semicondutores de realimentação distribuída (DFB) de seção única. O sistema auto-homódino foi pela primeira vez empregado na obtenção do fator de alargamento da largura de linha. Este sistema mostrou-se mais estável, prático e as medidas apresentam melhor reprodutibilidade que no sistema heteródino, uma vez que é possível obter as características de IM, FM e o parâmetro alfa em uma única medida sem o uso de um outro laser semicondutor como oscilador local. O outro sistema utilizador foi o interferômetro de Mach- Zehnder com detenção balanceada montado com elementos discretos. É possível medir as características de modulação e ruídos dos dispositivos com este interferômetro empregado como discriminador de freqüência. Com este instrumento foi feita a caracterização dinâmica de lasers DFB de seção única, DBR de múltiplas seções e grating assisted codirectional coupler with rear sampled reflector (GCSR) lasers. Foi analisado e pela primeira vez quantificado o efeito de desintonização carrregada em lasers GCSR, pelas medidads de resposta da IM, ruído de freqüência e largura de linha. A realização da caracterização das propriedades dinâmicas de lasers GCSR de larga sintonia é de grande importância, uma vez que muito pouca informação está disponível sobre o assunto pois a estrutura do dispositivo foi desenvolvida recentemente. O lasers GCSR possui quatro seções, uma seção de ganho e três sintonia. Estes dispositivos possuem sintonia quase-contínua de 1520 a 1560nm. Características como ruído de intensidade relativo (RIN), ruído de freqüência, largura de linha, resposta a modulação de amplitude e de freqÜência foram investigadas sob diferentes condições de funcionamento. O comportamento da largura de linha, freeqüência de ressonância, largura de faixa de modulação e varredura em freqüência foi analisado em dez comprimentos de onda espaçados de 4nm dentro da faixa de sintonia. A resposta IM tem características quase constantes sobre a faixa de sintonia e a resposta FM é comparável ou melhor que em lasers com refletor de Bragg distribuído (DBR). O fator de alargamento da largura de linha (alfa) foi obtido de forma inédita pelo uso do interferômetro de Mach-Zehnder com detecção balanceada pela medida das respostas AM e FM, alfa tem seu valor máximo no lado dos comprimentos de onda mais longos e decresce na direção dos comprimentos de onda mais curtos. Foi observado uma melhora em algumas prorpiedades do laser como: redução do ruído de freqüência, largura de linha e aumento da largura de faixa de modulação com a sintonia da seção de fase. Isto é característico da ocorrência do efeito de desintonização carregada (detuned loading effect), o qual geralmente ocorre em lasers DBR. Este efito explica o comportamento observado da largura de linha, largura de faixa de modulação e parâmetro alfa na faixa de sintonia. / [en] Dynamic properties of single mode semiconductor lasers have been investigated using different optical set-ups. Intergrated optical self-homodyne and heterodyne systems were mounted to measure the intensity (IM) and frequency (FM) modulation responses and to obtain the linewidth enhancement factor (a) of three single-section distributed feedback lasers (DFB). The self-homodyne interferometric system was used for the first time to obtain the linewidth enhancement factor. This system is more stable, reproducible and practical than the heterodyne set-up, since it is possible to obtain IM, FM characteristics and a parameter in one measurement without using another semiconductor lase as a local oscillator. The other system used was the Mach-Zehnder interferometer with balanced detection mounted with discrete optical elements. This instrument works as a frequency discriminator, therefore, it is possible to anlyse the modulation and noise properties of semiconductor lasers with one or more sections. Single section DFB lasers, multi-section DBR and grating assisted condirectional coupler with rear sampled reflector (GCSR) lasers were characterised using the interferometer. Measuring the IM response, frequency noise and linewidth of GCSR lasers it was possible to study the detuned loading effect in these devices. This effects was quantified for the first time in this work. The dynamic characterisation of widely tunable GCSR lasers is really relevant, once very little information is available about these devices and their structure was developed recently. The GCSR laser has four sections, one gain section and three tuning sections. These devices have quasi-continous tuning range from 1520 to 1560 nm. The relative intensity noise (RIN), frequency noise and linewidth characteristics, amplitude modulation (AM) and FM responses were measured at ten different wavelength spaced by 4 nm on the tuning range. The AM response hag quasi-constant characteristics on the tuning range and the FM response is comparable or better than on ordinary distributed Bragg reflector lasers (DBR). A new technique for a parameter extraction was developed measuring AM and FM responses using a Mach-Zehnder interferometer with balanced detection. The calculated a aparameter has a maximum value in the long wavelength side and decreases in the direction of the short wavelength side. An improvement of some laser properties like frequency noise, linewidth and modulation bandwidth with the phase tuning was observed. These are characteristics of the detuned loading effect, which usually occurs in DBR lasers. This effect explains the linewidth, bandwidth and a parameter behaviour on the tuning range.

[pt] Este trabalho apresenta alguns estudos experimentais sobre a geração de pulsos óticos curtos com lasers semicondutores e a deteção desses pulsos. Descreve-se inicialmente a geração de pulsos elétricos curtos com geradores a transistor avalanche e chaves fotocondutivas. Foi desenvolvido um modelo de circuito equivalente para lasers multi-modos, que permite simular com precisão a resposta ótica do dispositivo para diferentes condições de alimentação. Foram também desenvolvidos transformadores de impedância de larga banda passante. Linhas de transmissão de diversos tipos e substratos de diferentes constantes dielétricas foram empregados. Comprovou-se experimentalmente a melhoria da resposta ótica do laser a pulsos curtos de corrente com o uso desses transformadores, comparada com os arranjos convencionais. Mostrou-se também experimentalmente que os transformadores aqui desenvolvidos proporcionam um aumento significativo na largura de banda de sistemas de fotodetetores rápidos. São apresentados resultados experimentais de geração de pulsos óticos curtos com lasers semicondutores, usando-se as técnicas de mode-locking e chaveamento de ganho. Finalmente são sugeridas algumas técnicas alternativas para a medição indireta dos pulsos gerados pelo processo de mode-locking, e são mostrados alguns resultados preliminares. / [en] This work presents experimental studies on the generation of short duration optical pulses with semiconductor lasers and the detection of these pulses. The generation of high- speed electrical pulses with avalanche transistors and photoconductive switches is described. An equivalent circuit model for multimode lasers was developed, which permits simulating accurately the optical response of the devide under various bias conditions. Impedance transformers of large bandwidth were also developed. Transmission lines of several types and substrates with various dielectric constants were employed. A significant improvement of the optical response of the laser to short duration current pulses was experimentally observed with the use of the transformers, compared to conventional arrangements. It was also observed a significant increase in the bandwith of high- speed photodiode systems. Results are describe on the generation of short duration optical pulses with semiconductor lasers, using the techniques of mode-locking and gain switching. Finally, alternative high-speed techniques are suggested for the measurement of the pulses generated by mode-locking, and preliminary results are presented.

[pt] Neste trabalho apresenta-se a implementação de um sistema de medição de pulsos ópticos curtos gerados por lasers semicondutores. Através de uma técnica indireta de medida, que usa a radiação de segundo harmônico gerada internamente nesses lasers, a duração dos pulsos curtos de luz é estimada. São apresentadas as principais considerações teóricas e experimentais envolvidas com a emissão de segundo harmônico em diodos lasers e são discutidas as principais limitações da técnica. Mostra-se que embora a determinação exata da duração dos pulsos exija medidas adicionais, é possível inferir com boa resolução temporal a duração de pulsos ópticos gerados nos regimes de chaveamento de ganho e mode-locking. / [en] In this work the implementation of a measurement system of short optical pulses generated by semiconductor lasers is presented. This indirect method estimates the pulse duration using the internally generated second harmonic radiation from these lasers. The main theoretical and experimental considerations related with the second harmonic emission are also presented. Although the precise pulse duration requires aditional measurements it is possible to estimate the duration of optical pulses generated by gain-switching and mode-loching regimes with good time-resolution.