Orientador: Elnatan Chagas Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T09:46:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_JulianoRodriguesFernandesde_M.pdf: 4080527 bytes, checksum: 477b53cd575543fa07e46766c28d45ed (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Nos sistemas de comunicações ópticas WDM os amplificadores a fibra dopada com Érbio (EDFA) possuem um papel fundamental, habilitando a amplificação de diversos canais simultaneamente independente da taxa de transmissão. A maioria dos sistemas WDM atuais estão dispostos em uma configuração ponto-a-ponto operando com um número invariável de canais ao longo do enlace. No entanto, a nova geração de sistemas ópticos composta por elementos capazes de prover reconfiguração entre os enlaces, torna o número de canais na rede uma variável aleatória, exigindo que os demais elementos que compõem a rede, principalmente os EDFAs, se adeqüem aos novos requisitos advindos da reconfiguração. Os EDFAs exibem uma dependência entre o seu ganho e o nível de sinal de entrada, induzindo alterações no ganho provido aos canais de acordo com o nível do sinal de entrada, especialmente quando saturado. Com o intuito de minimizar os efeitos da variação de potência de entrada nos EDFAs, técnicas de controle automático de ganho foram desenvolvidas, ainda para sistemas ponto-a-ponto, mantendo constante o ganho provido aos canais frente às lentas variações causadas pela degradação dos enlaces. Porém, com o advento dos OXCs e ROADMs, o grau de reconfiguração das redes tomou outra perspectiva, sendo necessário realizar sucessivas inserções e derivações de canais em períodos de tempo muito curtos. Este alto grau de reconfiguração causa variações bruscas da potência de entrada dos EDFAs em curtos intervalos de tempo, o que impossibilita a utilização da técnica de controle de ganho eletrônica desenvolvida para as redes WDM ponto-a-ponto, devido ao fato de que estes esquemas de controle não possuírem tempo de controle suficiente para a supressão dos transientes dos EDFAs. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e avaliação experimental de uma técnica de controle automático de ganho eletrônico por realimentação com alto desempenho de processamento, que permite a supressão do transiente de potência sobre os canais sobreviventes durante a atuação do controlador de ganho do EDFA. A técnica de controle desenvolvida baseia-se em um controlador proporcional integral de ganho implementado em um DSC (Controlador Digital de Sinais) com alta capacidade de processamento (utilizando aritmética de ponto fixo), junto a uma estrutura de conversão analógica digital e digital analógica de alto desempenho. Um dos objetivos da avaliação experimental foi a investigação do tempo de controle e da supressão de transientes para os canais sobreviventes no EDFA, de modo a minimizar os efeitos transientes. Observou-se o desempenho do amplificador com a técnica de controle desenvolvida, após introdução do mesmo em uma rede óptica WDM reconfigurável de nova geração onde foram realizadas sucessivas inserções e remoções de canais simulando a operação de uma rede reconfigurável. Foram verificados níveis de supressão de transiente e tempo de resposta de +/- 1 dB e 150 µs respectivamente, com um ciclo de leitura e atuação de 9 µs, demonstrando que a técnica de controle de ganho desenvolvida encontra-se no estado da arte dos EDFAs, possibilitando a utilização dos mesmos nas redes ópticas WDM reconfiguráveis de nova geração. / Abstract: IIn WDM optical communication systems erbium doped fiber amplifiers (EDFA) have an essential function, enabling amplification of simultaneous channels independently of transmit rate. The majority of current WDM systems use point to point configuration operating with a fixed number of channels over the optical link. However, the new generation optical systems are composed by elements capable to provide links reconfigurations, making the number of channels in a link, a random variable, requiring that all elements in the network, particularly the EDFAs, are suited to the new requirements imposed by reconfiguration. The EDFAs introduce a hard dependency between gain and input power, inducing changes at gain provided to channels in accordance to input power, especially when saturated. In order to minimize the effects imposed by changes of power at EDFAs input, automatic gain control techniques were developed, still for point to point systems, keeping constant the gain provided to the channels according to slow variations caused by links degradations. But, with the advent of OXCs and ROADMs, the networks reconfiguration degree took a different perspective, being able to execute successive channels add and drop events in very short time periods. This high reconfiguration degree causes abrupt changes in short time periods on EDFAs input power, which prohibit the use of electronic automatic gain control techniques developed for point to point networks, due these control schemes do not have sufficient short time control that provides transient suppression for EDFAs. This work presents the development and evaluation of an experimental automatic gain control technique by electronic feedback with a high-performance processing, which allows the power transient suppression on the surviving channels during the actuation of the EDFA gain controller developed. This developed control technique is based on a design of a proportional integral controller, for controlling the EDFA gain by electronic feedback, which allows transient suppression over surviving channels during the EDFA controller gain actuation. This developed control technique is based on proportional integrate gain controller implemented on a DSC (Digital Signal Controller) with high processing performance (using fixed-point arithmetic), using too high performance digital analog converters and analog digital converters. One of the objectives of the evaluation trial was the evaluation of settling time for automatic gain controller and amplitude of power transient suppression over the surviving channels on EDFA, optimizing the technique performance for this both parameters. It was observed the amplifier performance with developed gain control technique, after introduction of the same in a new generation reconfigurable WDM optical network, where they were held successive channel add and drop simulating the reconfigurable network operation. It has been verifying the transient power suppression levels and settling time of +/- 1dB and 150 µs respectively, with a read and actuate cycle of 9 µs. This result demonstrates state of the art status of the developed automatic gain control for EDFAs, enabling the use of this technique in EDFA for new reconfigurable generation WDM networks. / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Evandro Conforti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T17:49:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_RafaelCarvalho_D.pdf: 7764328 bytes, checksum: 3a3b008ba1f610e5a7c3ef694ff3f04d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O desempenho de chaves eletro-ópticas baseadas em amplificadores ópticos a semicondutor (SOA), incluindo experimentos e simulações usando diferentes formatos de pulso na injeção de corrente elétrica, é apresentado. Quatro SOAs com características físicas distintas são analisados de acordo com seu comportamento de chaveamento. Em seguida, com o intuito de melhorar a resposta eletro-óptica dos SOAs, uma nova técnica de injeção de multi-impulso (MISIC ¿ Multi-Impulse Step Injected Current) é apresentada, alcançando tempo de subida ultrarrápido (115 ps) com baixo overshoot (< 30 %) e alto contraste óptico (30 dB). Os resultados obtidos podem permitir aplicações usando SOAs, por exemplo, como chaves eletro-ópticas em redes de Data Centers, reduzindo a latência de chaveamento entre os nós e compensando perdas por divisões do sinal. Além disso, os circuitos equivalentes para três diferentes SOAs (dois encapsulados e um sem encapsulamento) são propostos. Os modelos são validados através de comparações dos resultados numéricos e experimentais, com boa concordância. A modelagem é realizada em programas de análise de circuitos, exigindo pouco recurso computacional e possibilitando a inclusão dos elementos parasitas das montagens de micro-ondas e dos chips dos dispositivos / Abstract: The performance of electro-optical space switches based on semiconductor optical amplifiers (SOA), including experiments and simulations using different formats of the electrical current injection pulses, is presented. Four SOAs with distinct physical characteristics are analyzed according to their switching behavior. Then, to improve the SOAs¿ electro-optical response, a new Multi-Impulse Step Injected Current (MISIC) technique is presented, achieving ultrafast switching time (115 ps) with low overshoot (< 30 %) and high optical contrast (30 dB). The results obtained might enable SOA applications, for example, as electro-optical switches in Data Center Networks, reducing switching latency between nodes and compensating signal¿s splitting losses. Furthermore, the equivalent circuits for three different SOAs (one chip-on-carrier and two encapsulated) are proposed. The models are validated by comparisons involving numerical and experimental results, with good correspondence. The modeling is carried out using circuit analysis software, requiring small computational resources and enabling the inclusion of parasitic elements of SOA devices¿ chip and microwave mounts / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Luiz Carlos Barbosa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T20:34:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GarciaRivera_VictorAnthony_M.pdf: 15268986 bytes, checksum: 03f47604e1a522457d30d9fa547a024d (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho de pesquisa, reporto a fabricação e caracterização de vidros germano-telurito para amplificadores ópticos curtos. Estes são fabricados em guias de onda planar e canal pela técnica de troca iônica e fibra em vidro, dopados com altas concentrações de íons de Er3+ cuja composição é: 75TeO2 ¿ 2GeO2 ¿ (10+x)Na2O ¿ (12-x)ZnO ¿ 1Er2O3 (mol%, onde x=0, 2 e 5). São preparados guias multímodos e monomodos, as profundidades dos guias podem ser controladas pela variação do tempo e da temperatura no processo da troca iônica. Com o vidro de maior índice de refração consegui fabricar fibra óptica (só nucleo) e solda com outro vidro de menor índice de refração, pela técnica de fibra em vidro. A preparação dos vidros foi feita pela técnica convencional de fusão à temperatura de 7500C. Encontrou-se grande estabilidade térmica nos sistemas vítreos. Realizou-se as medidas de espectroscopia Raman, absorção, emissão e tempo de vida, onde se mostra a maior largura de banda de emissão dos vidros germano-teluritos dopados com íons Er3+ quando comparado com amplificadores comerciais feitos à base de vidros silicatos. Os vidros já polidos passaram pelo processo de fotolitografía, durante a fabricação dos guias de ondas se empregou a técnica de troca iônica dos íons Ag+. Na+, processo tomando por base a temperatura de início de cristalização Tg; neste processo os vidros foram submergidos num banho de sais que continha 2AgNaO3 ¿ 49NaNO3 ¿ 49KNO3. Os índices efetivos dos modos foram medidos pela técnica de acoplamento por prisma com o equipamento Metricom. Foram determinados o perfil do índice de refração e os parâmetros da difusão: coeficiente de difusão efetiva De e a energia de ativação ED. Conseguiu-se fabricar guias de onda planar e canais monomodos e multímodos pela técnica de troca iônica em vidros germano-teluritos dopados com altas concentrações de íons de Er3+. Empregando a técnica de fibra em vidro, consegui fabricar um guia de onda. Método totalemente novo que consiste na solda de uma fibra óptica (núcleo) com um substrato de menor índice de refração que é a casca para esta fibra mediante esta técnica. Neste processo deve-se ter em conta a região de temperatura Tg ¿ Tx, para evitar possiveis processos de cristalização no processo de solda da fibra óptica com o substrato / Abstract: In this work the production and characterization of germane-tellurite glasses for small optical amplifiers are reported. These materials were applied in the manufacture of planar e channel waveguide using the technique of ionic exchange in glasses and fiber on glass, doped with high concentrations of ions of Er3+ whose composition is: 75TeO2 ¿ 2GeO2 ¿ (10+x)Na2O - (12-x)ZnO ¿ 1Er2 O3 (mol%, x= 0, 2 e 5). Multimode and monomode guides have been prepared, and the depths of the guide can be controlled for the time and the temperature variation in the process of the ionic exchange. With the glass of high refraction index, manufacture of the optic fiber (only nucleus), and welding this with another glass of smaller refraction index were carried out for the fiber technique on glass purpose. The preparation of glasses was made by the conventional technique of fusing at the temperature of 7500C and glasses of great thermal stability were obtained characterization Raman, optical absorption, light emission and lifetime measurements were performed. The optical absorption of glasses doped tellurite with ions Er3+ has been considerably broader than those of the amplifiers of glass base silicate glasses. The polishing of glasses was done using the photo-lithographical process during the construction of the waveguides. The technique of Ag+. Na+ ion-exchange was applied near Tg and below Tx. In this process, the glasses have been submerged in a bath of melted 2AgNaO3 ¿ 49NaNO3 ¿ 49KNO3. The effective refraction index was measured by the coupled prism technique using the Metricom equipment. The refraction index profile and the diffusion parameters as the diffusion effective coefficient De and the energy of activation ED were determined. Planar monomode and multimode waveguide channel was manufactured using the ion-exchange technique in germane-tellurite glasses doped with high concentration of Er3+ ions. A new method of glass fiber preparation is introduced and consists of the soldering of a fiber optic (nucleus) to a substrate of smaller refraction index. In this process the temperature region between Tg and Tx was avoided in order to prevent against any possible crystallization soldering process / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Luiz Carlos Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-05T01:53:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FernandezChillcce_Enver_D.pdf: 7309346 bytes, checksum: be836197654a767d0622dc9b2349506e (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Sistemas de transmissão de informação de grande capacidade, isto é, em termos de velocidade e transmissão de informação por longas distâncias, na área das comunicações ópticas demanda a fabricação de amplificadores de grande largura de banda. Logo, há necessidade de fabricar dispositivos com estas características. Dispositivos amplificadores baseados em vidros teluritos se enquadram dentro deste grupo de amplificadores de grande largura de banda e estes poderiam resolver este tipo de demanda. Nas últimas décadas muitas pesquisas voltaram-se ao desenvolvimento de amplificadores baseados em vidros teluritos e a caracterização deste tipo de materiais é importante hoje em dia. Neste trabalho apresenta-se primeiramente a caracterização estrutural, térmica, mecânica e óptica dos vidros teluritos devido à influência de composição dos constituintes TeO2, Na2O, WO3, Nb2O5. Logo a partir de vidros com composições adequadas, conseguiu-se fabricar tubos e barras com a finalidade de construir as pré-formas das fibras dos vidros teluritos. Apresentam-se métodos inéditos de sucção e centrifugação para a fabricação de barras e tubos de vidros teluritos. São demonstrados pela primeira vez os processos de fabricação das fibras ópticas convencionais (casca-núcleo) e fotônicas (micro-estruturas) dopadas com íons de Er 3+ e co-dopadas com íons de Tm3+ . Reportamos medidas de largura de banda de emissão, obtidas a partir dos espectros de emissão espontânea amplificada (ASE). Conseguimos mostrar uma largura de banda de emissão de 187nm usando uma fibra óptica dopada com 7500ppm de Er2O3 e co-dopada com 5000ppm de Tm2O3, a qual representa um dos maiores valores já reportadas até o momento. Foram realizadas medidas experimentais de tempo de vida do nível 4I13/2 dos íons de Er3+, usando lasers de bombeio de 790 (400mW) e 980nm (120mW), para fibras dopadas com íons de Er3+ e co-dopadas com diversas concentrações dos íons de Tm3+. Medidas da eficiência quântica de probabilidade de transição radiativa são demonstradas a partir de medidas do tempo de vida experimental e tempo de vida calculado, este último usando a teoria de Judd-Ofelt. O estudo do processo de transferência de energia (TE1) entre os níveis de 4I13/2 e 3F4 é realizado com a finalidade de analisar a eficiência quântica de amplificação em 1550nm / Abstract: In optical communications, high capacity information transmission systems demand broadband optical amplifiers. Therefore, it has become increasingly necessary to manufacture devices with such characteristics. Optical amplifier devices based on Tellurite glasses are ideal for manufacturing broadband optical amplifiers. In the last few decades, most researchers have focused on developing amplifiers based on Telluirte glass. As a consequence, Tellurite glass characterization is essential nowadays. In this work, we will report the structural, thermal, mechanical and optical characterization of tellurite glass as a function of TeO2, Na2O, WO3, Nb2O5 composition. From an optimum composition Tellurite glass, it was possible to fabricate tubes and rods for optical fiber pre-forms. Moreover, the novel methods of suction and centrifugation used to fabricate Tellurite glass tubes and rods are shown. For the first time we are reporting the fabrication of conventional core-clad and photonic Tellurite optical fibers with an Er3+-Tm3+ co-doped core. Also, we will report bandwidth measurements from amplified spontaneous emission (ASE) spectra. We have shown a 187nm (the highest broadband value reported) using a 7500ppm Er2O3- 5000ppm Tm2O3 co-doped tellurite optical fiber. In addition, measurements of 4I13/2 level lifetimes for Er3+ - doped tellurite optical fibers and Er3+ -Tm3+ co-doped tellurite optical fibers were taken using 790nm (420mW) and 980nm (120mW) pump lasers. We report the quantum efficiency measurements of radiative transition probability obtained from calculated and measured lifetimes. The calculated lifetime was obtained using the Judd-Ofelt teory. Finally, the study of energy transfer (ET) processes between 4I13/2 and 3F4 levels was carried out in order to observe the amplification quantum efficiency around 1550nm band / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientadores: Evandro Conforti, Cristiano de Melo Galle / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T14:44:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guimaraes_Murilo_M.pdf: 2868472 bytes, checksum: 35d629f44273794bf3425431f0abbade (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O advento das comunicações por fibras ópticas esteve intrinsecamente ligado aos lasers a diodo semicondutor. Posteriormente, principalmente na área de redes metropolitanas, iniciaram-se as aplicações envolvendo o amplificador óptico a semicondutor (SOA, em inglês). O SOA é muito similar ao laser a diodo semicondutor, pois também amplifica a luz incidente através da emissão estimulada, a qual advém da emissão pelos portadores elétricos da região ativa. Estes são bombeados na região ativa através da corrente elétrica injetada na porta elétrica do SOA. A similaridade não é completa devido ao fato do amplificador não possuir realimentação de luz através de uma cavidade óptica ressonante, uma vez que sua região ativa é terminada por faces anti-refletivas. Dessa forma, a luz é amplificada apenas em uma passagem pela região ativa do SOA, sendo também denominado neste caso, SOA-TW, ou de onda caminhante. Desta forma, fazendo-se uma analogia com circuitos, a diferença SOAlaser é semelhante à diferença amplificador-oscilador eletrônico. Devido a esta semelhança, o estudo desenvolvido no presente trabalho, sobre o comportamento da impedância do amplificador óptico a semicondutor, foi baseado em um modelo equivalente de circuito de microondas desenvolvido para o laser a diodo semicondutor. O comportamento da impedância do SOA, composto por seu encapsulamento e chip, é de extrema importância para o controle e aprimoramento de chaveamento eletro-óptico do SOA em redes de última geração. Visando ao aprofundamento deste estudo, análises teóricas a respeito do laser a diodo semicondutor e do amplificador óptico a semicondutor são apresentados. Em seguida, são apresentados os resultados experimentais, com a extração do circuito equivalente do SOA e sua montagem eletro-óptica, com a comparação entre as respostas experimentais e teóricas. Nas considerações finais discutem-se as sugestões para trabalhos futuros sobre o comportamento da impedância eletro-óptica do SOA / Abstract: The advent of communications using optical fiber was always connected, intrinsically, with the semiconductor diode laser. Later, in metropolitan optical networks, the semiconductor optical amplifier (SOA) was introduced to amplify up to eight channels in a WDM (wavelength division multiplex) system. The semiconductor optical amplifier and the semiconductor laser diode are similar since both of them amplify the input light through stimulated emission, which result from electric carriers that are pumped in the active layer through the injection current in the electrical gate in these devices. The similarity is not complete since the SOA has anti-reflection coatings at the end emission faces. Therefore, the light is amplified by the active layer only in one pass; in this case the SOA is called TW SOA (traveling wave SOA). Due to the similarity between the devices, the present study of the SOA impedance behavior was based in an equivalent model from researches about microwave circuits used in the literature to analyze semiconductor diode lasers. The SOA impedance behavior is given by the chip itself and its package; it is important to control and to improve the electrical-optical switch using the SOA for next generation networks. Looking for a deep knowledge about this research, theoretical analyses of the semiconductor diode lasers and SOA was presented in this research. After it, the experimental results are showed with the extraction of the SOA equivalent circuit and the electrical-optical assembly, and the comparison between the experimental and theoretical results was done. At the end of this work, some suggestions for future works are proposed regarding the behavior of the SOA electrical-optical impedance / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Aldario Chrestani Bordonalli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T17:35:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martin_AndreaAcunha_M.pdf: 1893415 bytes, checksum: bd7917b81e12d9fdade5bda5ff7489cb (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho, apresenta-se um estudo teórico das características de operação do amplificador a fibra dopada com érbio (EDFA ¿ erbium doped fiber amplifier), considerando-se regimes de operação estático e dinâmico, quando este é aplicado a sistemas de multiplexação por divisão em comprimento de onda. Após a introdução dos mecanismos que permitem a amplificação da luz no interior da fibra dopada, com destaque para a aplicação do bombeio em 980 nm, e a definição da topologia de amplificador a ser avaliada, partiu-se para o desenvolvimento das formulações que permitiram a análise do comportamento estático do amplificador. Primeiramente, a abordagem utilizada foi puramente monocanal, baseada na técnica da largura de banda equivalente, que incorporou uma nova proposta de rotina estável para a simulação do EDFA. Na seqüência, esta mesma rotina foi adaptada a um modelo estático reformulado e de aplicação multicanal, que passou a assumir a distribuição espectral da emissão espontânea amplificada. Numa etapa seguinte, uma segunda rotina de simulação multicanal foi desenvolvida a partir das modificações que o estudo do comportamento dinâmico do EDFA exigiu. Com os dados característicos de uma fibra dopada comercial, as diferentes rotinas de simulação foram utilizadas para avaliar parâmetros de operação do EDFA, tais como ganho de sinal, absorção de bombeio e figura de ruído, entre outros. Observou-se que os três métodos apresentaram, em geral e dentro de certos limites para as condições de contorno às quais o amplificador é submetido, concordância de resultados / Abstract: In this work, a theoretical study of the erbium doped fiber amplifier (EDFA) operational characteristics under static and dynamic conditions for application in wavelength division multiplexing systems is presented. After an introductory analysis of the physical properties that allow for light amplification inside the doped fiber, especially if 980 nm pumps are used, and the definition of the amplifier configuration to be considered, a formulation based on the static behavior of the amplifier was developed. The first approach was purely single channel and based on the equivalent bandwidth technique, which incorporated a new routine to guarantee stable solutions during EDFA simulation for different initial conditions. Then, this same convergence routine was used when the amplified spontaneous emission spectral distribution was considered to restructure the static model and to allow a multi-channel analysis. In a following stage, a second multi-channel simulation routine was conceived due to the modifications that the EDFA transient investigation required. By using the parameter of a commercial fiber, different simulation routines were used to evaluate the EDFA operational parameter, such as gain, pump absorption and noise figure. In general, it was observed that the three methods produced similar results within certain initial condition boundaries for the EDFA operation / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Aldário Chrestani Bordonalli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T14:08:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Montes_ThisienGabriel_M.pdf: 6660294 bytes, checksum: 3ca5cc8372729ad8e25455441ebddef9 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Com a demanda por comunicação continuamente aumentando nos últimos anos, mantém-se constante a busca por aperfeiçoamento dos amplificadores ópticos a fibra. Como uma proposta de proporcionar maior largura de banda de amplificação para sistemas ópticos, este trabalho procura caracterizar o comportamento operacional de uma fibra de vidro telurito dopado com érbio e itérbio para diferentes condições iniciais de comprimento de amostra, aplicação de sinais e configuração de bombeio. As amostras, fabricadas pelo Grupo de Fibras Ópticas do IFGW/UNICAMP, foram submetidas a análises experimentais baseadas nas principais topologias de amplificadores a fibra que usam matrizes de sílica. Assim, avalia-se a potencialidade das características de amplificação do vidro telurito fabricado com dosagem de compostos inéditos, além de uma investigação da possibilidade da geração laser utilizando-se essa fibra como meio ativo em configurações com laço de realimentação. Mesmo que o ganho real do sistema não tenha sido determinado pela incerteza em relação a real potência óptica acoplada às amostras, observou-se ser possível a compensação da atenuação que o sinal que se propaga pelas amostras sofre após a aplicação de bombeio. Nesse aspecto, o vidro telurito dopado com érbio e itérbio apresentou potencial de aplicação em amplificação óptica. Uma amostra de 2 cm, comprimento muito menor que o usado em amplificadores ópticos baseados em matrizes de sílica e uma ordem de grandeza menor que os baseados em vidro telurito dopado apenas com érbio, apresentou resultados de ganho óptico on-off da ordem de 30 dB com bombeio bi-direcional de 100 mW. Em relação ao vidro telurito dopado apenas com érbio, os resultados para o ganho on-off chegaram a ser até 15 dB maiores. Além disso, as transições providas pela interação entre a matriz vítrea com o érbio e o itérbio levaram a larguras de banda de 3 dB para o espectro de ASE de até 70 nm, dependendo da configuração de bombeio / Abstract: With the recently increase in data transmission demands, the search for improved fiber amplifier physical processes, materials, and configurations is still on going. As a way to provide a wider amplification bandwidth for optical systems, this work intends to characterize the operational behavior of an erbium and ytterbium doped tellurite fiber for different sample lengths, light coupling and pump configurations. The fiber samples, manufactured by the Optical Fiber Group of the IFGW/UNICAMP, underwent experimental analyses based on the same main pump topologies as those of silica-based optical amplifiers. Thus, the potential amplification characteristics of tellurite glass doped with new compounds are evaluated, as well as an investigation of possible laser generation by using this type of fiber as gain medium within feedback loop configurations. Although real system gain was impossible to determine due to uncertainties in the actual coupled optical power, it was observed that the attenuation during signal propagation through the fiber samples could be compensated after pump application. In this context, the erbium and ytterbium doped tellurite fiber has potential for optical amplification. Samples as short as 2 cm, far shorter than the ones used in silica based amplifiers and one order of magnitude shorter than those based on Er3+ doped tellurite fiber structures, presented on-off optical gain of the order of 30 dB for bi-directional 100-mW pump. By comparing with the latter doped glass structure, the on-off gain results were as high as 15 dB greater. Furthermore, the transitions provided by the interaction between the host glass and both erbium and ytterbium have led to a 70-nm ASE bandwidth, depending on the pumping configuration / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Hugo Luis Fragnito / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T21:00:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marconi_JorgeDiego_D.pdf: 6438397 bytes, checksum: df80d0a6babab0366b1839d4344573fa (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Esta tese apresenta um estudo teórico e experimental sobre Amplificadores Paramétricos a Fibra Óptica. Mostramos primeiramente a potencialidade do amplificador em termos de largura de banda plana, necessária para aplicações em sistemas WDM. Foram desenvolvidas equações do ripple para os diferentes tipos de espectro de alto ganho possíveis. Usando fibras de dispersão deslocada e fibras altamente não-lineares curtas, construímos amplificadores de dois bombeios com uma banda plana de amplificação de 52 nm e 84 nm, respectivamente. Em ambos os casos, a banda obtida foi comparável à obtida com outras tecnologias como Érbio ou Raman. Pesquisamos também o crosstalk entre canais em amplificadores paramétricos. Mostramos como as variações de ë 0 ao longo da fibra aumentam o crosstalk, pois se incrementam os processos de mistura de quatro ondas espúrios. Em amplificadores de dois bombeios, obtivemos os melhores resultados para aplicações WDM com fibras curtas (L ~ 0.8 km). Finalmente, a partir da análise da penalidade do fator de mérito Q do sinal, estudamos como os efeitos da modulação de fase do/s laser/s de bombeio, necessária para suprimir o espalhamento Brillouin estimulado, são prejudiciais para a performance destes amplificadores. Com base nesse resultado, procuramos eliminar o espalhamento Brillouin com um método alternativo que consiste na aplicação de distribuições de deformação mecânica ao longo da fibra. Obtivemos um aumento de 10.7 dB em 285 m de fibra altamente não-linear, o que é da ordem dos valores obtidos modulando a fase do/s bombeio/s. Aplicamos a técnica em dispositivos paramétricos obtendo um conversor de comprimento de onda com um sinal convertido de largura de banda estreito, sintonizável ao longo de 70 nm de comprimento de onda do sinal de entrada / Abstract: This thesis presents a theoretical and experimental study on fiber optics parametric amplifiers. For the double-pumped case, we show the performance of the amplifier in terms of spectral bandwidth and gain uniformity, both fundamental properties for WDM applications. By using short dispersion shifted fibers and highly non-linear fibers, we made parametric amplifiers with 52 and 84 nm of flat bandwidth, respectively. In both cases, the bandwidth is similar to the one obtained with optical amplifiers based on other technologies such as doped fibers, Raman gain or semiconductors. We also deduced equations of the gain ripple for all the possible types of high gain spectra. We also investigated the inter-channel crosstalk in parametric amplifiers. We showed that the variations of the zero dispersion wavelength along the fiber increase the crosstalk because those variations enhances the spurious four wave mixing tones. Finally, the degradation of the signal quality factor (Q) was studied for both, single and double-pumped parametric amplifiers. We showed that the phase modulation applied to the pump lasers to suppress the stimulated Brillouin backscattering can strongly degrade the performance of the amplifier. One alternative technique that we developed was based on applying different mechanical stress distributions along the fiber length. We experimentally demonstrated, using 285 m of highly non-linear fibers, that the backscattering threshold can be increased by 10.7 dB. This value is similar to that obtained using the phase modulation schema. The method was successfully applied to parametric devices. In particular we made a narrow linewidth wavelength converter with 70 nm of signal tuning band / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Luiz Carlos Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T19:58:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Osorio_SergioPauloAmaral_D.pdf: 8946065 bytes, checksum: 9771cf8636d67bee8eb1b92d030d0d13 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho três tipos de vidro telurito são estudados, fabricados e caracterizados, tendo em vista a fabricação de fibras ópticas de cristal fotônico. Basicamente, dois processos de fabricação de fibras de cristal fotônico foram considerados: 1) Empilhamento e puxamento, e 2) Extrusão. Os vidros teluritos fabricados são: 0,77TeO2¿0,23WO3; 0,75TeO2¿0,20Li2O¿0,05TiO2 e 0,68TeO2¿0,155ZnO¿0,05Li2CO3¿0,015Bi2O3¿0,095CsCl (mol%), dos tipos binário, ternário e quinqüenário, respectivamente, os quais foram dopados com Er2O3. As caracterizações efetuadas foram: a) Medida do índice de refração, 2) Fotoluminescência, 3) Absorbância, 4) Tempo de vida dos íons de Érbio, 5) Análise Térmica Diferencial, 6) Análise termogravimétrica e, 7) Viscosidade. Como dito anteriormente, pode-se fabricar fibras microestruturadas de telurito por extrusão, ou pelo método de empilhamento e puxamento. A extrusora disponível no laboratório de materiais vítreos foi feita para extrudar materiais polímeros. Nossa tentativa de utilizá-la para vidros telurito não foi bem sucedida. Porém, pudemos tirar algum proveito desta experiência para futuros projetos. Os tubos de vidro telurito utilizados no método de empilhamento e puxamento foram fabricados tanto por sucção vertical do vidro fundido, quanto por rotação horizontal dos tubos em chama. No primeiro método, o diâmetro interno dos tubos de revestimento diminuiu de baixo para cima, devido ao efeito da gravidade, fazendo com que o preenchimento dos mesmos com tubos capilares fosse inadequado, ou seja, a secção transversal da fibra apresentou espaços vazios não preenchidos pelos capilares. No segundo método, o diâmetro interno dos tubos de revestimento não apresentou variação significativa ao longo de seu comprimento, possibilitando, assim, um melhor preenchimento dos mesmos por tubos capilares. Embora as fibras fabricadas com tubos feitos por rotação horizontal em chama apresentem boa geometria de secção transversal, a contaminação do vidro pela chama acarreta um aumento nas perdas de potência óptica dos modos guiados. Este efeito foi eliminado pela utilização de centrifugação em um forno radiante. Verificamos, também, que as fibras microestruturadas com somente um anel de capilares ao redor do núcleo apresentam grandes perdas por confinamento. / Abstract: In this work, three types of tellurite glasses are synthesized and characterized, aiming the manufacturing of photonic crystal fibers or microstructured fibers. Basically, two types of manufacturing processes are considered: 1) Stacking and draw, and 2) Extrusion. The tellurite glasses are: 0,77TeO 2¿0,23WO3; 0,75TeO2¿0,20Li2O¿0,05TiO2 e 0,68TeO2¿ 0,155ZnO¿0,05Li2C3¿0,015Bi2O3¿0,095CsCl (mol%), composed by two, three and five types of oxides, respectively, and Erbium oxide. The glasses were characterized by: a) index of refraction, 2) photoluminescence, 3) absorbance, 4) Erbium ions lifetime, 5) Differential Thermal Analysis, 6) Thermo gravimetric Analysis, and 7) Viscosity. The extrusion machine of the laboratory was devised for polymers. Nevertheless, we tried with telluride glass but without success. The tellurite glass tubes used for the stack and draw process were manufactured by vertical suction of the melted glass as well as by horizontal rotation of the tubes in flame. For the vertical suction method, the tellurite tube inner diameter shows a taper feature from the bottom to the top of the tube, due to the gravity effect, that makes the jacket tube unsuitable for capillary filling, that is, the fiber transversal section shows empty spaces that could not be filled with capillaries. For the second method, the telluride jacket tube inner diameter do not shows a significant variation with length, so it was possible to better fill it with the capillaries. Although the fibers made with tubes manufactured by horizontal rotation in flame shows good transversal geometry, the contamination of the glass by the flame gases brought about great losses for optical guided modes. The burner was replaced by a radiant oven. We verified, also, that micro structured fibers with only one ring of capillaries around the nucleus shows great confinement loss arising from the leaky nature of the modes / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Física