[pt] O bloqueio da abertura de um refletor pelo alimentador, estais ou subrefletor causam significante deteriorização de um feixe colimado de microondas: pela redução do ganho, pelos aumentos da polarização cruzada e de níveis de lóbulos laterais. Conseqüentemente, o emprego de estruturas de duplos refletores offset torna-se atraente pois permite a eliminação dos efeitos de bloqueio e, através de ajuste dos refletores, redução de polarização cruzada. Várias configurações foram consideradas, utilizando confocal cônicas e refletores modelados. Alternativamente, substancial redução nos custos pode ser obtida pelo emprego de um refletor principal com simetria axial. Utilizando os princípios da Ótica Geométrica, o subrefletor corretor de fase é modelado para obter fase uniforme sobre a abertura. Neste trabalho apresentamos uma extensão do estudo sobre o desempenho de duplos refletores que empregam um esferóide como refletor principal. Alterações nesta configuração são introduzidos resultando em geometrias mais compactas e eficientes. Para avaliar o desempenho e o diagrama de radiação, submete-se os sistemas projetados a uma análise difrativa baseada na ótica Física. / [en] The aperture blockage by feed, stalls, and subreflector generally causes degradation of gain and raising of crosspolarisation and sidelobe levels. Consequently, to attend recent recommendations for sidelobe envelope, the design of earth station antennas has employed offset-fed configurations to eliminate blocking effects. Several dual offset designs have been presented employing sections of confocal conic or shaped reflectors. A possible disadvantage of these designs is that their main reflector does not show circular symmetry and thus connot be manufactured by spinning. The use of spherical main reflector is particularly interesting from the point of view of fabrication process for mass production. This work extends the investigation of the design of dual offset antennas with a spherical main reflector. The phase correcting subreflector is shaped using Geometrical Optics meanings. A diffractive analysis based on Physical Optics approximations is used to predict the radiation pattern, the efficiency and the crosspolaristion.

[pt] Um novo modelo de polarímetro, baseado em lâminas de birrefringência variável controladas por atuadores piezoelétricos, é apresentado e construído. O dispositivo é baseado na divisão no tempo do sinal luminoso e, comparado a outros modelos de sua categoria, apresenta uma série de atrativos, como baixo custo e simplicidade. É realizada uma comparação de resultados entre o polarímetro desenvolvido e um polarímetro comercial para luz polarizada e parcialmente polarizada. / [en] A new polarimeter model, based on time-varying birefringence caused by piezoelectric-controlled fiber- squeezing plates, is presented and constructed. The device is based on time division of the light signal and, in comparison with other polarimeters of its kind, features many advantages, like low cost and simplicity. The results given by the new polarimeter and a commercial one are compared, using polarized and partially polarized light.

[pt] O presente trabalho investiga a utilização de fibras ópticas em biossensoriamento e na indução de uma não-linearidade de segunda ordem para a construção de dispositivos sensores. O biossensor proposto tem por finalidade diagnosticar uma das doenças com maior incidência em países tropicais: a Dengue. Foi construído um sensor a fibra óptica que potencialmente é capaz de diagnosticar, num tempo curto, a presença do vírus da Dengue no sangue de um paciente infectado. Esse sensor usa nanopartículas de ouro, depositadas na extremidade de uma fibra óptica, que foram funcionalizadas com os anticorpos da Dengue (anti-NS1). O sensor é capaz de detectar o antígeno NS1 em diferentes concentrações com um limite de quantificação de 0.074 micrograma por mililitro, podendo ser explorado para uso na fase aguda da infecção.Outra vertente do trabalho é a possibilidade de se realizar modificações estruturais nas fibras ópticas com o intuito de alterar as propriedades ópticas da fibra. Através da técnica de polarização térmica, é possível gravar campos elétricos da ordem de 108 volts por metro no núcleo da fibra óptica, sendo possível utilizar as fibras polarizadas como moduladores de fase e de amplitude, seletores de pulso, chaves ópticas, voltímetros, entre outras. O trabalho de tese aqui descrito apresenta um estudo detalhado da polarização térmica em fibras ópticas através de simulações, utilizando o software COMSOL Multiphysics, considerando-se os diversos parâmetros envolvidos e geometrias diferentes de fibras, visando a obtenção de uma alta não-linearidade de segunda ordem. Além do mais, experimentos foram realizados a fim de se entender o mecanismo presente no processo de polarização térmica face aos resultados obtidos pela simulação. Buscou-se, também, entender o papel dos portadores de cargas presentes no material no processo de geração de não-linearidade de segunda ordem realizando-se experimentos de polarização óptica. / [en] The present work investigates the use of fiber optics in biosensing and the creation of a second order nonlinearity to be use in the development of sensor devices. The goal of the proposed biosensor is to diagnose one of the diseases with highest incidence in tropical countries: Dengue. Dengue is a dangerous disease that every year affects more and more people, despite the efforts made to deal with the transmitter, the mosquito Aedes aegypti. Furthermore, since Dengue symptoms resemble flu symptoms, wrong diagnoses are frequently made. As a consequence, wrong medicines may be prescribed, and that may lead the patient to death. Another problem in diagnosing Dengue is the long time is necessary for the laboratorial exams to give a result. In an attempt to offer a solution that could minimize these problems, an LSPR-based fiber optic sensor was adapted for antigen NS1 detection. This sensor is potentially able to perform a Dengue s virus diagnosis in a short period of time in an infected patient s blood. It uses gold nanoparticles that are functionalized with Dengue s antibodies. The antibody, anti-NS1, was immobilized in gold nanoparticles deposited at the endface of a multimode optical fiber. The LSPR sensor is able to detect different concentrations of the antigen NS1 with a limit of quantification equal to 0.074 microgram per milliliter, and may be used in the acute phase of the infection. Another part of the present work investigates the possibility of performing structural modifications in the optical fiber to change the optical properties of silica. Through the electro-thermal poling technique it is possible to record electric fields as high as 108 volts per meter in the core of the fiber, making possible the use of these modified fibers as phase and amplitude modulators, optical keys, pulse selectors, voltmeters, etc. This work also shows a very detailed study of electro-thermal poling in optical fiber through simulations, using the software Comsol Multiphysics, considering various parameters that are involved in the process in order to obtain high second order nonlinearity. Furthermore, experiments on eletro-optical poling were performed to investigate the mechanism involved in this poling process, in order to understand the role of the carriers present in the material in the generation of the second order nonlinearity.

[pt] Esta dissertação apresenta uma técnica de puncionamento orientada pela polarização para o projeto de códigos polares puncionados. A estratégia de puncionamento proposta consiste em reduzir a matriz geradora relacionando seu índice de linha com o princípio da polarização do canal. Os códigos puncionados construídos com base na polarização do canal são então considerados para a decodificação por cancelamento sucessivos (SC) com os bits perfurados conhecidos tanto no codificador como no decodificador. A Distância de Espectro (SD) e a Distância de Espectro Conjunta (JSD) são então utilizadas para análise de desempenho. Os resultados das simulações mostram que os códigos polares puncionados propostos superam os códigos polares puncionados existentes. / [en] This thesis presents a polarization-driven puncturing technique for the design of punctured polar codes. The proposed puncturing strategy consists of reducing the generator matrix by relating its row index based on the channel polarization principle. The punctured codes constructed based on channel polarization are then considered with successive cancellation (SC) decoding and punctured bits known to both the encoder and the decoder. The Spectrum Distance (SD) and the Joint Spectrum Distance (JSD) are then used to performance analysis. Simulation results show that the proposed punctured polar codes outperform existing punctured polar codes.

[pt] As distorções do sinal induzidas pela Dispersão dos Modos de Polarização (PMD) e pelas Perdas Dependentes da Polarização (PDL) em transmissões ópticas são discutidas no ponto de vista do comportamento estatístico das taxas de erro. Os efeitos isolados da PMD de primeira ordem e da PDL, juntamente com seus efeitos combinados em transmissões digitais foram avaliados através das medidas de penalidade de potência. É mostrado que em efeitos combinados, a PDL aumenta substancialmente as flutuações na BER, podendo este aumento ser maior que nos casos isolados de PMD e PDL. Os resultados obtidos indicam que o chirp da fonte tem um papel importante nos efeitos combinados. / [en] Signal distortion induced by Polarization Mode Dispersion and Polarization Dependent Losses in long-distance high-capacity optical transmissions is discussed from the viewpoint of the statistical behavior of the bit error rates. Pure first order PMD effects, pure PDL effects and combined PMD/PDL effects in digital transmissions were evaluated through power penalties measurements. It is show that PDL strongly enhances PMD effects and that the BER fluctuations may be much higher than those induced by pure PMD or pure PDL. The results obtained indicate that the chirp of the source plays an important role in the combined PMD-PDL effects. / [es] En este trabajo se discute, desde el punto de vista de comportamiento estadístico del error, las distorsiones de señales inducidas por la Dispersión de los Modos de Polarización (PMD) y por las Pérdidas Dependientes de la Polarización (PDL) en transmisiones ópticas. Los efectos alejados de la PMD de primer orden y de la PDL, conjuntamente con sus efectos combinados en transmisiones digitales fueron evaluados a través de las medidas de penalidad de potencia. Se muestra que en efectos combinados, la PDL aumenta substancialmente las flutuaciones en la BER, pudiendo este aumento ser mayor que en los casos isolados de PMD y PDL. Los resultados obtenidos indican que el chirp de la fuente tiene un papel importante en los efectos combinados.

[pt] O controle de um estado de polarização, assim como o controle de todos os estados de polarização da luz transmitida através de uma fibra óptica monomodo, é realizado utilizando diferentes esquemas. O controle de polarização do sinal em um canal DWDM é realizado, utilizando sinais de referência em canais laterais em tempo contínuo. Uma troca de chave quântica codificada em polarização é discutida e realizada, no canal central, graças ao sistema de controle de polarização. A influência da distância espectral entre os canais e da PMD no controle também é estudada. Dois protótipos foram construídos, um sistema de controle de todos os estados de polarização e um compensador de PMD, e são apresentados e descritos inteiramente, incluindo os resultados dos seus testes. O compensador de PMD foi testado, e medidas de compensação de PMD em um enlace de 43Gb/s foram realizadas em diversos formatos de modulação, bem como, em diversas situações de embaralhamento de polarização, com e sem o uso de FEC, a fim de avaliar a eficiência dos formatos de modulação, e a compensação de PMD com linhas de atraso de secção simples e múltiplas. / [en] The control of polarization state, as well as a control of all states of polarization of a light signal travelling through a singlemode optical fiber, is performed using different schemes. The polarization control of the signal in a DWDM channel is performed using reference signals in lateral channels in real time. A polarization encoded quantum key distribution scheme is discussed and performed in the central channel through the control system polarization. The influence of the PMD and the spectral distance between channels in control is also investigated theoretically and experimentally. Two prototypes were built, a full polarization control system and a PMD compensator is shown and totally described, as well their test results. Measurements of PMD compensation on a link at 43Gb / s were performed in different modulation formats and in different situations of polarization scrambling, with and without the use of FEC in order to evaluate the efficiency of modulation formats, and PMD compensation with single or multiple section delay lines.

[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] Este trabalho apresenta em sua etapa inicial os conceitos básicos de polarização da luz descritos através da Esfera de Poincaré, Vetores de Jones, Parâmetros de Stokes, Matrizes de Mueller e Fórmula da Rotação de Rodrigues. Em seguida, as diversas técnicas utilizadas para as transformações dos SOPs (States of Polarization) são introduzidas. A partir destas etapas, é apresentada a seleção, o desenvolvimento e a realização prática de um sistema capaz de ativar o controle de polarização de sinais ópticos em uma fibra monomodo. Um segundo sistema capaz de controlar sinais ópticos multiplexados em frequencia é também realizado e apresentado. Ambos os sistemas são ativados através de uma ferramenta computacional dedicada baseada na linguagem de programação gráfica LabVIEW. / [en] This work presents initially a set of light polarization concepts using the Poincaré Sphere, Jone’s Vectors, Stoke’s Parameters, Mueller Matrices, Rodrigues’ Rotation Formula, and several SOPs (States of Polarization) transformations. Through these concepts and after a careful components selection, a SOP control system in monomode optical fiber is realized and presented. A second system able to implement the SOP control when multiplexed optical signals are employed is also realized and described. A dedicated computer tool using the software LabVIEW is developed to both systems.

[pt] Diversos fatores têm atraído esforços para o desenvolvimento de novas estruturas para circuitos planares de microondas. Várias propostas são encontradas na literatura técnica, explorando diferentes formas de miniaturização dos circuitos, melhoria de eficiência de acoplamento, aumento de banda ou redução de perdas. Entre elas, encontra-se a utilização de materiais ferroelétricos, cujas propriedades dielétricas podem ser alteradas com a aplicação de uma tensão elétrica, permitindo a fabricação de uma nova classe de dispositivos ativos compactos; contudo, esses materiais têm desvantagens como altas perdas e dificuldades de fabricação. Em paralelo, a disseminação das telecomunicações ópticas gera uma demanda de novos componentes ópticos para os sistemas: mais eficientes, com maior capacidade e menor custo. A utilização de fibras ópticas de sílica em telecomunicações torna desejável que esses novos componentes sejam realizados em materiais compatíveis com a sílica, como por exemplo alguns tipos de vidro. A polarização eletro térmica surgiu como uma forma de produzir dispositivos eletro-ópticos ativos a partir de vidros utilizados como substratos de guias de onda ópticos passivos. Neste trabalho, os processos de tratamento eletro-térmicos utilizados nos substratos ópticos são aplicados a substratos dielétricos para uso em microondas. São verificados os efeitos resultantes nas alterações das propriedades dielétricas na faixa de microondas e a aplicação potencial em componentes e circuitos. Os tratamentos se constituem fundamentalmente na aplicação de alta tensão ao substrato na presença de temperatura elevada, visando à migração controlada de íons no material. Os substratos estudados são a alumina, substrato tradicional de microondas com elevada constante dielétrica, e os vidros, boro-silicato e sodo-cálcico, que estão atualmente sendo utilizados como substratos para guias ópticos e para construção de dispositivos ópticos ativos. É caracterizada a perda dielétrica dos vidros tratados para utilização como substrato para circuitos planares de microondas. O desenvolvimento de dispositivos ópticos ativos em substratos vítreos também implica na fabricação de circuitos elétricos de microondas sobre o mesmo substrato, para alimentar esses dispositivos com dados em altas taxas. Os vidros possuem altas perdas dielétricas nessa faixa devido à presença de íons alcalinos. A criação, pelo tratamento eletro-térmico, de uma camada de depleção de íons, próxima à superfície abaixo do circuito, permite a redução dessas perdas efetivas em circuitos planares. Outro efeito investigado é a possibilidade de se produzir um comportamento similar ao efeito ferroelétrico em um substrato de microondas. A camada de depleção criada pelo tratamento eletro-térmico provoca alterações na estrutura e permite a gravação de um campo elétrico estático devido ao deslocamento de íons. É estudada a influência desse campo dentro do material na variação de suas propriedades dielétricas, e a resposta à aplicação de uma tensão de controle externa. Estuda-se então a possibilidade de substituição por substratos tratados dos materiais ferroelétricos no desenvolvimento de componentes como chaves, acopladores e atenuadores variáveis e filtros de microondas. / [en] Several factors have been attracting research efforts to the development of new planar structures for microwave planar circuits. Various proposals can be found in the technical literature, exploring different ways of miniaturization of circuits, improvement of coupling efficiency, increase of bandwidth or reduction of losses. Among these is the use of ferroelectric materials, whose dielectric properties can be altered with the application of an electrical voltage, enabling the fabrication of a new class of compact active devices; however, such materials present some disadvantages, like very high losses and difficulties in manufacturing. Parallel to that, the dissemination of optical telecommunications generates a demand for new optical components for the systems, with greater efficiency and capacity but lower cost. Due to the use of silica optical fibers in telecommunications, it is desirable that these new components are fabricated in materials compatible to silica, as for example some types of glass. The electro-thermal polarization emerged as a way of producing active electro-optical devices from glass substrates used for passive optical waveguides. In this work, the processes of electro-thermal treatment used in optical substrates are applied to dielectric substrates for microwave use. The resulting effects on the changes in dielectric properties in the microwave frequency range and potential application in components and circuits are assessed. Such treatments are constituted fundamentally by the application of high voltage to the substrate in the presence of high temperature, aiming at the controlled migration of ions in the material. The substrates considered are alumina, conventional microwave substrate with high dielectric constant, and glasses, borosilicate and soda-lime, which are currently being used as substrates for optical waveguides and for the construction of active optical devices. The dielectric loss of treated glasses as substrates for planar microwave circuits is characterized. The development of active optical devices in vitreous substrates also implies the manufacture of microwave electrical circuits on the same substrate, in order to feed these devices with data at high rates. Glasses have high dielectric losses in this frequency range due to the presence of alkali ions. The creation by the electro-thermal treatment of an ion- depleted layer, near the surface below the planar circuit, enables the reduction of the effective losses in planar circuits. Another investigated effect is the possibility of creating a behavior similar to the ferroelectric effect in the microwave substrate. The depletion layer created by the electro-thermal treatment causes alterations in the structure and allows the recording of a static electric field by the displacement of ions. The influence of this field within the material on the variation of its dielectric properties, and the response to the application of an external control voltage are assessed. Then, the substitution for treated substrates of ferroelectric materials in the development of components such as switches, variable couplers and attenuators and microwave filters is considered.

[pt] Este trabalho apresenta um método teórico e experimental para medir Perda Dependente de Polarização (PDL) em sistemas ópticos. Este método basea-se na forma como duas componentes de polarização ortogonais da luz moduladas em amplitude por duas frequências distintas são acopladas no detector após a transmissão pelo dispositivo sob caracterização. No presente trabalho é realizado um estudo acerca das propriedades da luz e das técnicas tradicionais utlizadas para medir PDL. Antes da caracterização das medidas de PDL, foi realizado o alinhamento do dispositivo de teste (DUT), ou seja, do sistema que vai emular a PDL, a fim de garantir que o mesmo estivesse com as perdas ópticas minimizadas. Em seguida, conectou-se o DUT à configuração montada no laboratório, sendo realizado os ajustes de polarização e supressão das portadoras ópticas. Neste método é possível calcular o valor da PDL e da na orientação na Esfera de Poincaré. / [en] This work presents a theoretic and experimental method for Polarization Dependent Loss (PDL) measurement in optical systems. This method is based on how two orthogonal polarization components both modulated in amplitude by two different frequency are coupled in the detector. In this present work a study is performed about light properties and traditional techniques used to peform PDL measurement. Before the characterization of PDL measures the alignment of the device under test (DUT) was performed to make sure that optical losses were minimized in the system which will emulate the PDL. Then, the DUT was connected to the experimental setup to optical carriers suppression and polarization alignment. In this method is possible to calculate the PDL value and its orientation on the Poincaré sphere.