Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7760_1.pdf: 4418329 bytes, checksum: 623aea6599996c3b5580f3ca548f892b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A região de comprimento de onda do espectro eletromagnético usado nas telecomunicações ópticas são definidas pela International Telecommunications Union (ITU) como, banda C (Conventional Band, 1530-1565 nm), banda L (Long Wavelength Band, 1565- 1625 nm), banda S (Short Wavelength Band, 1450-1530 nm), e bandas mais distantes de ambos os lados da banda C. Atualmente, a única banda utilizada comercialmente para telecomunicações ópticas e a banda C. O constante crescimento de tráfico de dados, voz e internet requerem soluções para expansão da capacidade de transmissão. Expansão para bandas de comprimentos de onda curtos e longos é opção promissora. Para estas bandas, componentes passivos e ativos tem sido desenvolvidos, em particular amplificadores ópticos. O amplificador a fibra dopada com Érbio, usado na banda C, pode também amplificar sinais na banda L. Para a banda S, novos tipos de amplificadores são necessários. Os amplificadores candidatos para a banda S são o amplificador Raman, amplificador a fibra dopada com Túlio e amplificador paramétrico a fibra óptica (FOPA). O FOPA, além de amplificar sinais, ele é conversor de comprimento de onda. Amplificadores híbridos, combinando amplificadores individuais em série ou paralelo, tem sido explorados nos recentes anos para expandir a banda de ganho. Neste trabalho, apresentamos o estudo de um novo tipo de amplificador e conversor de coprimento de onda híbrido, acoplando em série os módulos individuais do TDFA e FOPA. Inicialmente, os módulos individuais dos TDFA e FOPA são construídos e os seus desempenho caracterizado. Após, a configuração híbrida é construída, e seu desempenho investigado. Amplificação em toda a banda S é observada, bem como conversão de comprimento de onda da banda S para as bandas C e L. A figura de ruído para a banda S é dominada pela contribuição do TDFA. Para este híbrido em particular, conversão de comprimento de onda das bandas C e L para a banda S não é possível, pois o TDFA não fornece ganho nesta região do espectro

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2426_1.pdf: 3209737 bytes, checksum: ff6e083513ab618c7a8838fa2682ee22 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação apresentaremos os resultados obtidos no desenvolvimento e caracterização de guias de onda canal para amplificação óptica. As guias foram fabricadas usando pulsos de laser com ~80 fs de duração, em amostras de vidro fosfato dopado com Er3+-Yb3+, e em vidros de telureto dopado com Er3+, óxido de prata e sem dopagem. Este é um método bastante promissor para o desenvolvimento de dispositivos ópticos, que explora a interação de radiação com a matéria num regime de alta intensidade e envolvendo fenômenos ultra-rápidos. Inicialmente, faremos uma introdução a respeito das aplicações que a interação pulso ultracurto/matéria está tendo em diversas áreas da ciência, como, por exemplo, biologia, medicina, comunicação óptica, entre outras. Em seguida, discutiremos os princípios da propagação de feixes laser de alta intensidade (~1014 W/cm²) em meios transparentes, exemplificando alguns efeitos, como auto-modulação de fase, auto-focalização, entre outros. Descreveremos também os processos que levam à ionização não-linear dos elétrons do material, principal mecanismo responsável pela modificação permanente do índice de refração do meio. Finalmente, apresentaremos os resultados obtidos no desenvolvimento de guias para amplificação óptica. Nos vidros de fosfatos dopados com Er3+-Yb3+, observamos perdas da ordem de ~3 dB/cm, e máximo de ganho interno em 1534 nm (~2.3 dB/cm), para bombeamento em 980 nm e potências de 200 mW. Nos vidros de telureto, observamos perdas da ordem de ~3.5 dB/cm. Nos vidros de telureto dopado com Er3+, observamos emissão espontânea, mas não observamos ganho. Acreditamos que a pequena concentração de Er3+ e o comprimento reduzido da amostra não foram suficientes para amplificar o sinal óptico. Os resultados para os vidros fosfato dopados com Er3+-Yb3+ são compatíveis com medidas já descritas na literatura. Para os resultados com os vidros de telureto (dopado e não dopado), não encontramos outros resultados na literatura para comparação

Visando atender a massificação das tecnologias da informação e comunicação (TIC) por meio de um aproveitamento mais eficiente da infra-estrutura de fibras ópticas, as redes ópticas DWDM vem passando por significativa evolução de capacidade, com base no uso de formatos de modulação avançados, para canais operando em taxas de 100 Gb/s e superiores, bem como no emprego de topologias dinâmicas e reconfiguráveis. Estas redes ópticas de nova geração impõe novos requisitos de desempenho aos amplificadores ópticos. Especificamente, as características dinâmicas da rede tornam obrigatório o uso de esquemas de controle que assegurem estrita planicidade espectral de ganho enquanto o emprego de formatos de modulação avançados e de alta ordem requer margens mais estreitas em termos da relação sinal-ruído aceitável para detecção dos sinais recebidos. Neste contexto, esta tese propõe e avalia experimentalmente uma topologia de amplificação óptica híbrida Raman/EDFA, introduzindo um novo esquema de controle automático de ganho e apresentando desempenho superior aos amplificadores atualmente usados em redes DWDM reconfiguráveis. O amplificador óptico híbrido desenvolvido baseia-se em um estágio Raman distribuído contra-propagante, com excelente desempenho de figura de ruído (porém com baixa eficiência de conversão de bombeio em amplificação - PCE) seguido de um estágio EDFA, que assegura alta potência de saída, devido a sua elevada PCE. Ganho espectral plano foi obtido por meio de uma técnica de controle automático de ganho inovadora, baseada na atuação paralela e independente de duas malhas de controle automático de ganho, uma primeira aplicada ao estágio de amplificação Raman visando ganho-alvo variável com baixa variação espectral, enquanto outra malha de controle de ganho visa fornecer ganho alvo fixo ao estágio EDFA, com alta potência de saída. / Seeking to support the massive deployment of information and communication technologies (ICTs) by means of a more efficient usage of the optical fiber infrastructure, DWDM optical networks have been undergoing a significant capacity evolution, by using advanced modulation formats for optical channels operating at data rates of 100 Gb/s and beyond, as well as by employing dynamic and reconfigurable network topologies. These new generation optical networks impose new performance benchmarks on the optical amplifiers. Specifically, the dynamic characteristics of the network make mandatory the deployment of control schemes which assure stringent optical gain spectral flatness while the usage of high-order advanced modulation formats translate into more strict margins of signal-to-noise ratios for the detected signals. In this context, this thesis proposes and experimentally evaluates an hybrid Raman/ EDFA optical amplifier topology, introducing a novel automatic gain control scheme and demonstrating improved performance over the optical amplifiers already in use in DWDM reconfigurable networks. The developed hybrid optical amplifier is based on a distributed counter-propagating Raman stage, displaying excellent noise figure performance (albeit presenting low conversion efficiency - PCE) followed by an EDFA stage, which assures high output power, due to its high PCE. Flat spectral gain was achieved by means of a novel gain control technique, based on the parallel and independently acting of two control schemes, the first applied over the Raman amplifying stage, aiming at a variable target gain and low spectral gain ripple, while the other seeks to attain a fixed target gain at the EDFA, assuring a high output power.

Visando atender a massificação das tecnologias da informação e comunicação (TIC) por meio de um aproveitamento mais eficiente da infra-estrutura de fibras ópticas, as redes ópticas DWDM vem passando por significativa evolução de capacidade, com base no uso de formatos de modulação avançados, para canais operando em taxas de 100 Gb/s e superiores, bem como no emprego de topologias dinâmicas e reconfiguráveis. Estas redes ópticas de nova geração impõe novos requisitos de desempenho aos amplificadores ópticos. Especificamente, as características dinâmicas da rede tornam obrigatório o uso de esquemas de controle que assegurem estrita planicidade espectral de ganho enquanto o emprego de formatos de modulação avançados e de alta ordem requer margens mais estreitas em termos da relação sinal-ruído aceitável para detecção dos sinais recebidos. Neste contexto, esta tese propõe e avalia experimentalmente uma topologia de amplificação óptica híbrida Raman/EDFA, introduzindo um novo esquema de controle automático de ganho e apresentando desempenho superior aos amplificadores atualmente usados em redes DWDM reconfiguráveis. O amplificador óptico híbrido desenvolvido baseia-se em um estágio Raman distribuído contra-propagante, com excelente desempenho de figura de ruído (porém com baixa eficiência de conversão de bombeio em amplificação - PCE) seguido de um estágio EDFA, que assegura alta potência de saída, devido a sua elevada PCE. Ganho espectral plano foi obtido por meio de uma técnica de controle automático de ganho inovadora, baseada na atuação paralela e independente de duas malhas de controle automático de ganho, uma primeira aplicada ao estágio de amplificação Raman visando ganho-alvo variável com baixa variação espectral, enquanto outra malha de controle de ganho visa fornecer ganho alvo fixo ao estágio EDFA, com alta potência de saída. / Seeking to support the massive deployment of information and communication technologies (ICTs) by means of a more efficient usage of the optical fiber infrastructure, DWDM optical networks have been undergoing a significant capacity evolution, by using advanced modulation formats for optical channels operating at data rates of 100 Gb/s and beyond, as well as by employing dynamic and reconfigurable network topologies. These new generation optical networks impose new performance benchmarks on the optical amplifiers. Specifically, the dynamic characteristics of the network make mandatory the deployment of control schemes which assure stringent optical gain spectral flatness while the usage of high-order advanced modulation formats translate into more strict margins of signal-to-noise ratios for the detected signals. In this context, this thesis proposes and experimentally evaluates an hybrid Raman/ EDFA optical amplifier topology, introducing a novel automatic gain control scheme and demonstrating improved performance over the optical amplifiers already in use in DWDM reconfigurable networks. The developed hybrid optical amplifier is based on a distributed counter-propagating Raman stage, displaying excellent noise figure performance (albeit presenting low conversion efficiency - PCE) followed by an EDFA stage, which assures high output power, due to its high PCE. Flat spectral gain was achieved by means of a novel gain control technique, based on the parallel and independently acting of two control schemes, the first applied over the Raman amplifying stage, aiming at a variable target gain and low spectral gain ripple, while the other seeks to attain a fixed target gain at the EDFA, assuring a high output power.

Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-08-29T19:39:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Erick de Andrade Barbosa.pdf: 14348736 bytes, checksum: 3deda52b9c99ae058b17979cabdd2ad2 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-09-05T18:54:30Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Erick de Andrade Barbosa.pdf: 14348736 bytes, checksum: 3deda52b9c99ae058b17979cabdd2ad2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-05T18:54:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Erick de Andrade Barbosa.pdf: 14348736 bytes, checksum: 3deda52b9c99ae058b17979cabdd2ad2 (MD5) Previous issue date: 2017-07-20 / FACEPE / Redes ópticas dinâmicas estão desa ando os dispositivos a se tornarem autoadaptativos. Por ser um dispositivo crucial para as redes ópticas, é necessário que o amplificador óptico tenha a capacidade de alterar seu ponto de operação de acordo com as necessidades da rede. O problema do controle adaptativo do ponto de operação dos amplificadores ópticos (Adaptive Control Operation Point - ACOP) é recente e poucas técnicas foram propostas para resolvê-lo. O objetivo desta tese é propor técnicas para resolver o ACOP, o que permitirá que os amplificadores em uma cascata de amplificadores adaptem seu ponto de operação de forma a aumentar, ou ao menos manter, a qualidade da transmissão do enlace. Serão consideradas técnicas que realizam esta adaptação de forma local e global, para que se possa avaliar os prós e contras relativos a qualidade das suas soluções e seus tempos computacionais. As técnicas também deverão respeitar restrição na potência de saída da cascata para que seja possível existirem enlaces com e sem técnicas ACOP em uma mesma rede. As técnicas propostas serão avaliadas em comparação com outras técnicas encontradas na literatura considerando-se um cenário realístico, inclusive com efeitos não-lineares. Também será avaliado se o controle de outros dispositivos, além do amplificador óptico, é capaz de melhorar as soluções das técnicas ACOP. Além disso, os benefícios das redes definidas por software (SDN) serão utilizados para implementar as técnicas como aplicativos de um plano de controle SDN em um ambiente de rede real. Os resultados alcançados mostram que a definição correta do ponto de operação dos amplificadores ópticos pode melhorar o desempenho da cascata de amplificadores, principalmente, por conta da redução do ruído inserido no sinal óptico e melhora da planicidade do sinal, em comparação ao método tradicional que define os ganhos dos amplificadores para compensar as perdas do enlace. / Dynamic optical networks are challenging the network devices to become self-adaptive. Since the optical amplifier is a crucial device in optical networks, it is necessary to add in this device the capability to change its operating point according to the network conditions. The problem of adaptive control of optical ampli er operating point (ACOP) is recent and few approaches have been proposed to solve it. The aim of this thesis is to propose approaches to solve the ACOP problem, which will enable optical ampli ers to adapt their operating points in order to increase, or at least maintain, the quality of the transmission in the link. It is considered approaches that perform this adaptation locally and globally, to evaluate the pros and cons related to the quality of their solutions and their computational time. The approaches will also respect a restriction in the cascade output power in order to enable the coexistence of links with and without ACOP approaches in the same network. The proposed approaches will be evaluated in comparison with other approaches proposed in the literature in realistic scenarios that consider nonlinear noise as a physical impairment. It is also evaluated if the control of other devices, besides the optical amplifier, can enhance the results of the ACOP approaches. Moreover, the benefits of software de ned networking (SDN) will be used to implement the approaches as an application that runs above a SDN control plane in a real network testbed. The achieved results show that the correct definition of the optical ampli ers operating points can enhance the transmission performance by reducing the inserted noise, and improving the gain flatness, when compared with the traditional method that de nes theamplifier gains to compensate the link losses.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucia Akemi Saito -EE2006.pdf: 2213180 bytes, checksum: d5a6d162d17171e2b4cf99c0fa4797ce (MD5) Previous issue date: 2006-08-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Most of researches about Raman amplifier had been made in C and L bands (1530-1625 nm), which is possible to found more data of Raman efficiency gain and the requirements for design is consolidated. The first issue that should be considered when the amplifier is to use in another band, like our project (O-band) is to consider the decrease of effective area and wavelength in the calculation of Raman efficiency, not only the pump wavelength. We have two configuration types: for the first one, the gain is obtained in the transmission fiber and for the second that is demonstrated in this work, we need special fibers as DSF, DCF and Raman fiber to amplifier the signals. Note that the amplification can be obtained in any band of optical spectrum, which depends on the pump wavelength that is used for made it. Our studies demonstrated that the discrete Raman amplifier that was made of Raman fiber of OFS Fitel Denmark was more efficient in short wavelengths and has more improvement when it was working in O-band. In spite of the higher attenuation, we can have higher Raman gain efficiency (CR) because the effective area (Aeff) decreased in short wavelengths. The characteristics of Raman fiber were studied when we found the Raman gain efficiency peak of 3.9 (W.km)-1 for a pump laser of 1240 nm wavelength. For this case, the gain of O-band amplifier was about 50 % higher when we compared with the C-band. For a CWDM system, we need to design a multi-pump amplifier. It is necessary four pump lasers to amplifier a bandwidth of 70 nm and six pump lasers to cover all O-band. The gain value depends on the pump power and if we want a good result, we should verify the total power of channels in the input of amplifier to avoid the device saturation. In addition, the noise figure of Raman amplifier was studied and then we found results that demonstrated higher noise values in short wavelengths specially, when we need to locate some pump lasers between signal wavelengths. / A maior parte das pesquisas realizadas sobre amplificadores Raman tem seus estudos centrados nas bandas C (1530 a 1565 nm) e L (1565 a 1625 nm), regiões onde os dados de eficiência de ganho Raman e a parametrização dos amplificadores têm seus estudos consolidados. Um ponto importante para ser considerado quando se deseja trabalhar numa banda diferente, como no caso a banda O (1260 a 1360 nm), é que a alteração não é apenas no comprimento de onda do laser de bombeio. Deve-se considerar o decréscimo da área efetiva e do comprimento de onda que influenciará diretamente no valor da eficiência e conseqüentemente no próprio ganho do amplificador Raman. Alguns amplificadores Raman utilizam a própria fibra de transmissão e outros têm como meio de amplificação fibras especiais como DSF, DCF ou a própria fibra Raman como é demonstrado neste trabalho. Sabe-se, no entanto, que a amplificação Raman pode ocorrer em qualquer banda do espectro óptico sendo necessário para a sua montagem, apenas alterar o comprimento de onda do laser de geração do efeito. Este trabalho demonstrou que o Amplificador Raman Discreto utilizando a fibra Raman da OFS Fitel Denmark é mais eficiente em comprimentos de onda menores e com melhor aproveitamento na região compreendida pela banda O . Nossos estudos demonstraram que apesar do aumento da atenuação nesta região, pode-se obter maior Eficiência de Ganho Raman (CR) devido ao decréscimo da Área Efetiva (Aeff) em comprimentos de onda curtos. A variação das características da fibra Raman para a banda O foram analisadas sendo encontrado um pico de Eficiência de Ganho Raman de 3,9 (W.km)-1 para um laser de bombeio de 1240 nm resultando em torno de 50 % a mais de Ganho no amplificador quando comparado com a banda C . Analisando o amplificador utilizando múltiplos lasers de bombeio, verificou-se que para uma aplicação em sistema CWDM seriam necessários 4 lasers para amplificação numa faixa de 70 nm e 6 lasers para cobrir toda a banda O sendo que a magnitude de amplificação depende diretamente da potência destes lasers devendo-se observar a potência total dos canais na entrada para evitar a saturação do dispositivo. Foi analisada a figura de ruído do amplificador Raman sendo encontrados valores mais altos em comprimentos de onda curtos e de maior magnitude quando há lasers de bombeio entre os comprimentos de onda de sinal.

Os sistemas ópticos atuais, baseados em fibras monomodo, operam próximos ao limite teórico da capacidade. Sistemas ópticos baseados em multiplexação modal (Mode Division Multiplexing – MDM) possibilitam o aumento da capacidade do sistema por meio do uso de fibras de poucos modos. Nestes sistemas, a propriedade de ortogonalidade entre os modos propagantes permite que cada modo espacial carregue um sinal óptico específico. O amplificador à fibra dopada com érbio (Erbium-Doped Fiber Amplifier – EDFA) segue fundamental para assegurar a transmissão em longas distâncias. No entanto, devido às distintas distribuições de intensidade dos modos que compõem o sinal de entrada, cada modo experimenta diferentes valores de ganho. Desta forma, o objetivo principal no projeto de EDFAs de poucos modos (Few-Mode Erbium-Doped Fiber Amplifier – FM-EDFA) é determinar os melhores parâmetros opto-geométricos da fibra para produzir uma amplificação eficiente. A metodologia normalmente empregada é baseada na resolução das equações de taxa e de propagação. Nesta tese, é proposta uma metodologia alternativa de projeto de FM-EDFA, baseada em uma nova figura de mérito. Este parâmetro quantifica o nível de inversão da população dos íons na fibra a partir da integral de superposição (overlap integral), considerando tanto o perfil de dopagem da fibra dopada com érbio para poucos modos (Few-Mode Erbium-Doped Fiber – FM-EDF) quanto as distribuições de intensidade dos sinais de entrada e de bombeio. A aplicação desta metodologia permite reduzir, em cerca de 25-40 vezes, o número de resoluções das equações de taxa e de propagação e, consequentemente, diminuir o tempo de processamento e reduzir o esforço computacional. Como consequência da maior velocidade de processamento, torna-se possível a aplicação de métodos de otimização mais rigorosos, permitindo uma busca em um espaço irrestrito de soluções. Especificamente, a partir de uma metodologia baseada em algoritmos genéticos, obteve-se um perfil de dopagem otimizado. É também demonstrado que os perfis com geometria circular exibem melhores características, como excelente desempenho do FM-EDFA e maior facilidade de fabricação. Por meio da análise da figura de mérito, é mostrado que o desempenho do FM-EDFA é afetado pelas características do modo de bombeio. Finalmente, o desempenho de um sistema óptico MDM é avaliado, simulado por meio da integração entre as ferramentas MatLab® e VPItransmissionMakerTM, comprovando a necessidade do projeto de um amplificador específico para sistemas MDM. / Modern optical systems based on single-mode fiber, operate close to the theoretical capacity limit. By using few-mode fibers, optical systems based on modal division multiplexing (MDM) allows increased system capacity. In these systems, orthogonality between the propagating modes allows each spatial mode to carry a specific optical signal. The erbium doped fiber amplifier (EDFA) remains essential to ensure long distance transmission. However, due to the distinct intensity profile distributions of the modes which comprise the input signal, each mode experiences a different value of optical gain. Thus, the main objective in the few-mode EDFA design (FM-EDFA) is to determine the best opto-geometrical fiber parameters in order to produce an efficient amplification. The methodology normally used is based on the simultaneous resolution of the rate and propagation equations. In this thesis, we propose an alternative methodology for the FM-EDFA design, based on a new figure of merit which quantifies the level of population inversion for the Er ions in the fiber, by means of a overlap integral considering both the doping profile of the few-mode erbium doped fiber (FM-EDF) as well as the intensity distributions of the optical signals and pump beams. This methodology reduces, by a factor of 25-40, the number of resolutions of the rate and propagation equations, thereby decreasing processing time and computational effort. As a consequence of the improved processing speed, it becomes possible to apply more rigorous optimization methods in an unrestricted solution space. Specifically, by using a genetic algorithm technique, we obtained an optimized doping profile. It is also shown that profiles with circular geometry exhibit improved features, such as excellent FM-EDFA performance and ease of manufacturing. By analyzing the figure of merit, it is shown that the FM-EDFA performance is affected by the characteristics of the pump mode. Finally, the performance of an MDM optical system is evaluated, by integrating Matlab and VPI simulation tools, to demonstrate the need for specific amplifier designs in MDM systems.

Os sistemas ópticos atuais, baseados em fibras monomodo, operam próximos ao limite teórico da capacidade. Sistemas ópticos baseados em multiplexação modal (Mode Division Multiplexing – MDM) possibilitam o aumento da capacidade do sistema por meio do uso de fibras de poucos modos. Nestes sistemas, a propriedade de ortogonalidade entre os modos propagantes permite que cada modo espacial carregue um sinal óptico específico. O amplificador à fibra dopada com érbio (Erbium-Doped Fiber Amplifier – EDFA) segue fundamental para assegurar a transmissão em longas distâncias. No entanto, devido às distintas distribuições de intensidade dos modos que compõem o sinal de entrada, cada modo experimenta diferentes valores de ganho. Desta forma, o objetivo principal no projeto de EDFAs de poucos modos (Few-Mode Erbium-Doped Fiber Amplifier – FM-EDFA) é determinar os melhores parâmetros opto-geométricos da fibra para produzir uma amplificação eficiente. A metodologia normalmente empregada é baseada na resolução das equações de taxa e de propagação. Nesta tese, é proposta uma metodologia alternativa de projeto de FM-EDFA, baseada em uma nova figura de mérito. Este parâmetro quantifica o nível de inversão da população dos íons na fibra a partir da integral de superposição (overlap integral), considerando tanto o perfil de dopagem da fibra dopada com érbio para poucos modos (Few-Mode Erbium-Doped Fiber – FM-EDF) quanto as distribuições de intensidade dos sinais de entrada e de bombeio. A aplicação desta metodologia permite reduzir, em cerca de 25-40 vezes, o número de resoluções das equações de taxa e de propagação e, consequentemente, diminuir o tempo de processamento e reduzir o esforço computacional. Como consequência da maior velocidade de processamento, torna-se possível a aplicação de métodos de otimização mais rigorosos, permitindo uma busca em um espaço irrestrito de soluções. Especificamente, a partir de uma metodologia baseada em algoritmos genéticos, obteve-se um perfil de dopagem otimizado. É também demonstrado que os perfis com geometria circular exibem melhores características, como excelente desempenho do FM-EDFA e maior facilidade de fabricação. Por meio da análise da figura de mérito, é mostrado que o desempenho do FM-EDFA é afetado pelas características do modo de bombeio. Finalmente, o desempenho de um sistema óptico MDM é avaliado, simulado por meio da integração entre as ferramentas MatLab® e VPItransmissionMakerTM, comprovando a necessidade do projeto de um amplificador específico para sistemas MDM. / Modern optical systems based on single-mode fiber, operate close to the theoretical capacity limit. By using few-mode fibers, optical systems based on modal division multiplexing (MDM) allows increased system capacity. In these systems, orthogonality between the propagating modes allows each spatial mode to carry a specific optical signal. The erbium doped fiber amplifier (EDFA) remains essential to ensure long distance transmission. However, due to the distinct intensity profile distributions of the modes which comprise the input signal, each mode experiences a different value of optical gain. Thus, the main objective in the few-mode EDFA design (FM-EDFA) is to determine the best opto-geometrical fiber parameters in order to produce an efficient amplification. The methodology normally used is based on the simultaneous resolution of the rate and propagation equations. In this thesis, we propose an alternative methodology for the FM-EDFA design, based on a new figure of merit which quantifies the level of population inversion for the Er ions in the fiber, by means of a overlap integral considering both the doping profile of the few-mode erbium doped fiber (FM-EDF) as well as the intensity distributions of the optical signals and pump beams. This methodology reduces, by a factor of 25-40, the number of resolutions of the rate and propagation equations, thereby decreasing processing time and computational effort. As a consequence of the improved processing speed, it becomes possible to apply more rigorous optimization methods in an unrestricted solution space. Specifically, by using a genetic algorithm technique, we obtained an optimized doping profile. It is also shown that profiles with circular geometry exhibit improved features, such as excellent FM-EDFA performance and ease of manufacturing. By analyzing the figure of merit, it is shown that the FM-EDFA performance is affected by the characteristics of the pump mode. Finally, the performance of an MDM optical system is evaluated, by integrating Matlab and VPI simulation tools, to demonstrate the need for specific amplifier designs in MDM systems.

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-10-04T13:19:13Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Portaslogicastotalmente.pdf: 3765525 bytes, checksum: 00ab972c28d64b7d082664048cbab9c8 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-10-04T13:19:56Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Portaslogicastotalmente.pdf: 3765525 bytes, checksum: 00ab972c28d64b7d082664048cbab9c8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-04T13:19:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Portaslogicastotalmente.pdf: 3765525 bytes, checksum: 00ab972c28d64b7d082664048cbab9c8 (MD5) Previous issue date: 2018-08-24 / Neste trabalho, propõe-se a estrutura do dispositivo de portas lógicas totalmente ópticas baseada em um interferômetro Michelson (MI) composto de amplificador óptico semicondutor (SOA) formando uma estrutura de dispositivos lógicos SOA-MI com grade de Bragg de Fibra (FBG) simetricamente idêntica na saída de cada um de seus braços, para simulação numérica das portas lógicas AND, OR e NOR de dois sinais de entrada binários com diferentes números de bit usando a técnica de modulação de ganho cruzado (XGM) a 10 Gb/s de taxa de bits limita a largura de banda em 10, 20 e 40 GHz usando o software OptiSystem 15.0 da OptiWave Corporation para demonstrar e extrair regras simples de projeto para processamento óptico de alta velocidade e análise de propriedades não lineares induzidas por SOA. Além disso, este trabalho inclui o estudo do efeito da largura de banda e número de bits na potência recebida, taxa de erro mínimo (BER), fator máximo de qualidade (fator-Q), relação sinal-ruído óptico (OSNR) e espectro óptico, que demonstra portas de alta velocidade e desempenho. Executou-se as portas lógicas baseadas em SOA-MI com alguns parâmetros e os resultados podem demonstrar uma estrutura de dispositivos lógicos ópticos de alto desempenho com alta velocidade. / In this work, proposes all-optical logic gates device structure based on a Michelson interferometer (MI) composed of semiconductor optical amplifier (SOA) forming a structure of SOA-MI logic devices with symmetrically identical Fiber Bragg Grating (FBG) at the output of each of its arms, for numerical simulation of the all-optical AND, OR and NOR logic gates of two binary input signals with different bit numbers using the cross-gain modulation (XGM) technique at 10 Gb/s bit rate and filter bandwidth at 10, 20 and 40 GHz using OptiSystem 15.0 software by OptiWave Corporation, to demonstrate and extract simple design rules for high-speed optical processing and analysis of non-linear SOA-induced properties. In addition, this work includes the study of the effect of bandwidth and number of bits on received power, minimum bit error rate (BER), maximum quality factor (Q-factor), Optical Signal to Noise Ratio (OSNR) and optical spectrum, which demonstrates high-speed gates and performance. Were run the SOA-MI-based logic gates with some parameters and the results can demonstrate a structure of high-performance optical logic devices with high speed. / IFPA - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará