Orientadores: Evandro Conforti, Carlos Allan Caballero Petersen / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T07:18:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Toazza_AdrianoLuis_D.pdf: 4079607 bytes, checksum: bb3aa0dd52628e849f97cb827da20ffb (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A técnica de pré-distorção com a adição de um impulso ao degrau que normalmente chaveia o Amplificador Óptico a Semicondutor - (SOA) , permite diminuir os tempos de chaveamento eletro-óptico do SOA para valores inferiores a nanosegundos, obtendo-se contrastes da luz amplificada na saída da chave acima de 25 dB e bandas de passagem da ordem de 60 nm. Entretanto, estes tempos de chaveamento de alta velocidade vêm acompanhados de efeitos deletérios ligados às flutuações do ganho óptico durante o processo de ligar a chave, do estado "off" para o estado "on". Nesta tese é efetuada a análise destes fenômenos, com boa correspondência com resultados experimentais. Mostram-se, também, caminhos a seguir para diminuir as flutuações de ganho. O estudo aqui apresentado baseia-se no comportamento da impedância da montagem com o SOA em alta frequência, até 20 GHz. A obtenção dos valores dos componentes do circuito equivalente incluem o SOA (a partir de sua porta elétrica) e a montagem de microondas do chaveamento eletro-óptico. O modelo para o SOA foi baseado em um circuito desenvolvido para laser a diodo semicondutor. Os parâmetros do circuito equivalente para a montagem do SOA foram obtidos por técnicas de extração de parâmetros, através de aproximações sucessivas entre as respostas experimentais e teóricas, utilizando um programa desenvolvido neste trabalho. Em seguida, a partir da impedância do SOA, foram estimados os tempos de transição, o casamento em banda larga, assim como a influência do encapsulamento do dispositivo, aprimorando o entendimento do seu comportamento e limitações, com boa correspondência com resultados experimentais / Abstract: Reduction of the Semiconductor Optical Ampli.er (SOA) switching times can be achieved with the pre-distortion technique consisting of impulse(s) addition to the current step that generally switches the SOA. With this technique it is possible to reduce the electro-optical switching time to sub-nanoseconds with a contrast approaching 25 dB between the "off" and the "on" state of the optical gain, and with a bandwidth in excess of 60 nm. However those high speed switching times comes jointly with deleterious effects of overshoot and optical gain fluctuations during the switch state variation from the "off" to the "on" state. This thesis analyzes those phenomena with good correspondence to experimental results, and actions to decrease those deleterious effects are revealed. The results make use of SOA electrical gate impedance measurements up to 20 GHz, with the accomplishment of the SOA equivalent circuit extraction including the effects of the microwave lines and SOA encapsulation. The SOA model was based in the literature results for semiconductor lasers. The parameters extraction was based in a software and in measurements prepared here to obtain the circuit parameters values through successive approximations between practice and theory. Finally, the obtained SOA equivalent circuit was used to find the switching time estimation, the broadband matching, the encapsulation influences, in order to achieve a better theoretical understanding of the deleterious effects. The computer simulated results are in good correspondence with the experimental results / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Evandro Conforti, Napoleão dos Santos Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:21:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_RafaelCarvalho_M.pdf: 10424465 bytes, checksum: b93608291545cc7a53e52e2050a3dc39 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Apresenta-se a modelagem de um circuito elétrico equivalente e a extração de parâmetros de amplificadores ópticos a semicondutor (SOA), a partir de um modelo para lasers semicondutores. Foi realizado um estudo do comportamento da impedância de um SOA em chip, sem encapsulamento, em função da corrente de polarização e em ampla faixa de frequência . de 300 kHz a 40 GHz. A modelagem do circuito equivalente da montagem, a qual é cascateada com os modelos da região ativa do SOA, é apresentada para correntes abaixo e acima da operação em transparência. A metodologia utilizada para a extração dos parâmetros dos elementos parasitas que compõe o circuito é descrita; resultados obtidos através de simulações em programa comercial (Agilent ADS) são comparados com medidas experimentais obtidas em mesa óptica. São apresentados ainda resultados teóricos da impedância do SOA quando desconsiderada a presença dos elementos parasitas da montagem. A modelagem e extração dos parâmetros realizada para o chip foi repetida para SOAs encapsulados, também apresentando boa concordância entre teoria e experimento, reforçando a viabilidade da abordagem utilizada / Abstract: The equivalent electric circuits and its parameters.extraction of semiconductor optical amplifiers (SOA) are attained based on a diode-laser model. Additionally, the impedance behavior of a SOA-chip (without package) was measured as function of the bias current in wide frequency range, from 300 kHz to 40 GHz. In these procedures, the microwave setup used for the SOA current injection was also characterized and its equivalent circuit obtained. Next, a theoretical analysis is developed for this setup for currents below and above the transparency condition. A methodology for the parameters extraction of parasitic elements is also described, as well as the results obtained through simulations using the Agilent ADS software, compared with the experimental data. The optical bench used in the experiments is also described, and theoretical results illustrates the SOA impedance without parasitic elements. The equivalent circuits with parameters.extraction were also obtained for packaged SOAs, with good agreement between theory and experiment, conforming the employed methodology / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Peter Jurgen Tatsch / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T19:07:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monte_LuisRenato_M.pdf: 9957740 bytes, checksum: 0889b0686d62fd3269d4a48322410bf6 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho apresenta as especificações arquitetônicas e funcionais de uma rede ótica avançada, fundamentada na comutação óptica de rajadas e que objetiva um melhor aproveitamento dos enlaces ópticos e a redução do gargalo eletrônico decorrente das conversões eletro-ópticas. Uma proposta de concepção do núcleo de processamento de dados baseado em dispositivos lógicos programáveis e o projeto dos circuitos utilizados na etapa experimental, que compreendem uma placa comercial e três placas desenvolvidas serão apresentadas. Este trabalho tem como escopo apresentar uma nova arquitetura de rede de chaveamento de rajadas ópticas, seu princípio de funcionamento e a estrutura do nó de chaveamento óptico. É proposta uma estrutura para o núcleo de processamento de dados e apresentado o protótipo desenvolvido para a prova de conceito. / Abstract: This work presents the architectural and functional specifications of a new optical network, based on optical burst switching that aims at the better use of optical links and the reduction of the bottleneck resulting from electro-optics conversions. A proposed design of the core data-processing based on programmable logic devices and design of circuits used in the experimental stage, which include a business board and three boards developed exclusively for this project, will be presented. This work aims to present a new architecture for an optical burst switching network, its basic operation and the structure of an optical switching node. The data processing core structure is proposed and the circuitry prototypes developed to do the proof of concept are presented. / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Evandro Conforti, Cristiano de Mello Gallep / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T19:57:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ribeiro_NapoleaodosSantos_D.pdf: 16714104 bytes, checksum: b2100f0e9b322ce60f4114a173936ab3 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: As chaves eletro-ópticas ultrarrápidas, os regeneradores e os conversores em comprimento de onda são dispositivos promissores para serem incorporados nas futuras redes ópticas. Neste trabalho, apresentam-se simulações e respectivas medições relativas a uma técnica de redução do tempo de chaveamento eletro-óptico. Esta técnica baseia-se na injeção de uma combinação de múltiplos pulsos de corrente no interior da região ativa de um amplificador óptico a semicondutor. A partir das simulações, foi estudado o melhor formato do sinal de corrente de injeção no amplificador óptico a semicondutor, assim como possíveis modificações no circuito equivalente deste amplificador visando a uma maior redução do tempo de chaveamento, obtendo-se previsão de valores de tempo de chaveamento em valor recorde, da ordem de 300 ps, para um contraste óptico de 26 dB. Além disso, um regenerador simples tipo 2R (reamplificação e reformatação) e conversor em comprimento de onda utilizando apenas um SOA também é apresentado. Este dispositivo apresentou e cientes resultados de regeneração para diferentes casos de deterioração em taxa de bits de até 13,5 Gbps em um faixa de conversão de alguns nanômetros. Demonstrou-se também ser pouco dependente à polarização óptica do sinal de entrada e capaz de ser integrado a outros dispositivos. Por último, resultados simulados para a implementação de uma futura técnica de alimentação adiante, em conjunto com a injeção de múltiplos pulsos de corrente em SOA, são discutidos. / Abstract: Electrooptical switches, optical regenerators, and wavelength converters are relevant devices for the operation of future optical networks. In this work, measurements and simulations of an electrooptical switching time reduction technique based on multipulse current injection in semiconductor optical ampli.ers (SOA) are presented. Using the simulation results, the best SOA current signal formats, as well as possible improvements in the SOA equivalent circuit to achieve a higher switching time reduction are analyzed, resulting in predictions of switching time values around 300 ps for a 26 dB-optical contrast. In addition, a simple 2R-regenerator (reampli.cation and reshaping) and wavelength converter using just one SOA is presented. This device presented e¢ cient regeneration results for di¤erent deterioration cases at bit rates up to 13.5 Gbps within a wavelength conversion range of some nanometers. Further, this device presented low dependence with the relative optical input signal polarization and feasible integration to other devices. Finally, simulated results for the implementation of a feed-forward technique jointly with multipulse current injection in SOA are discussed. / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor 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: Carlos Henrique de Brito Cruz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-27T13:12:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PadilhaJunior_LazaroAurelio_D.pdf: 3832856 bytes, checksum: ee1e342cd7bc49e51127fe13ee9ed626 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Nesta tese as propriedades ópticas lineares e não-lineares em pontos quânticos de semicondutores de band-gap diretos, CdTe e CdSe, são estudados em escala temporal de femtossegundos, especialmente aquelas propriedades importantes para aplicações em chaveamento totalmente óptico, como o tempo de resposta e a susceptibilidade de terceira ordem. Os processos de recombinação de elétrons fotoexcitados são investigados assim como seus tempos de resposta, usando um modelo teórico que considera a influência dos estados de armadilhas de superfície e da recombinação Auger. As propriedades ópticas não lineares de terceita ordem, absorção de dois fótons e efeito Kerr óptico, são estudados através de diferente técnicas experimentais: Z-scan, bombeio e prova e foto-luminescência excitada por dois fótons. Forte influência do tamanho dos nanocristais é observada, especialmente nos espectros de absorção de dois-fótons. Modelos teóricos baseados na aproximação de massa efetiva e no modelo p k de Kane são usados para descrever a influência do confinamento quântico nos processos de absorção de dois-fótons degenerados e não-degenerados. A importância da mistura das bandas de buracos é observada no ajuste teórico dos espectros de absorção de dois fótons. Finalmente, chaves totalmente ópticas operando por saturação de absorção e por controle de polarização são demonstradas para pontos quânticos de CdTe em matriz vítrea / Abstract: In this thesis the linear and non-linear optical properties of direct band-gap semiconductors, CdTe and CdSe, quantum dots are studied at femtosecond time scale, mainly those properties important for applications in all-optical switching such as response time and third order susceptibility. The photo-excited electron recombination processes are investigated as well their response time using a theoretical model considering the influence of the surface trapping states and the Auger recombination. The third order nonlinear optical properties, two-photon absorption and optical Kerr effect, are studied by different experimental techniques: Z-scan, pump and probe and two-photon induced photo-luminescence. Strong influence from the nanocrystals size is observed, especially on the two-photon absorption spectra. Theoretical models based on the effective mass approximation and Kane¿s p k model are used to describe the influence of the quantum confinement on the degenerate and non-degenerate two-photon absorption processes. The importance of the hole band mixing is easily seen from the two-photon absorption fitting. Finally, all-optical switching by absorption saturation and polarization control are demonstrated for CdTe quantum dots in doped glass / Doutorado / Propriedades Óticas e Espectroscopia da Matéria Condensada ; Outras Inter. da Matéria Com. Rad. e Part / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte1.pdf: 1564749 bytes, checksum: f636c3379c524ad8d77d3be5f44c4c36 (MD5) Previous issue date: 2010-06-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / We analyze the dynamics of semiconductor lasers radiation frequency when these lasers are subject to different conditions of optical feedback, and we demonstrate how it is possible to control the emission frequency using the different configurations explored. In the first system studied a semiconductor laser is fed back with light which polarization is orthogonal to the output polarization, spectrally filtered by a cesium atomic vapor. This system, besides presenting an effective technique to stabilize the laser frequency and reduce the laser linewidth, was the first to exhibit frequency bistable and multistable optical regimes with amplitude practically constant. This unique feature opens the way for applications in all-optical FM logical devices. The bistable and multistable regimes are interpreted through a phenomenological model, and, for the bistable regime, we discuss a rate equation model, built taking in account thermal effects and gain saturation. We also present an all-optical frequency switch, the first of his kind. The second system is used to investigate the behavior of the emission frequency of a semiconductor laser with an external cavity, inside which is placed an atomic filter. For different values of the injection current we observe the laser frequency locking in the atomic line, bistability and reproducible frequency instabilities. / Estudamos a dinâmica em frequência da radiação emitida por lasers semicondutores submetidos a diferentes condições de realimentação ótica e demonstramos como é possível o controle da frequência de emissão pelo uso das diferentes configurações exploradas. No primeiro sistema estudado, um laser semicondutor é realimentado por luz com polarização ortogonal á de saída, filtrada espectralmente por vapor atômico de césio. Além de apresentar uma técnica efetiva para estabilização da frequência laser e redução de largura de linha, esse foi o primeiro sistema a exibir regimes de biestabilidade e multiestabilidade ótica exclusivamente em sua frequência, ou seja, com amplitude constante. Essa característica única abre caminho para aplicações desta técnica em dispositivos lógicos FM do tipo tudo ótico . O aparecimento desses regimes é analizado através de um modelo fenomenológico e, para o caso biestável, construímos também um modelo de equações de taxa, onde levamos em conta efeitos térmicos e de saturação de ganho no laser semicondutor. Como aplicação dessa técnica apresentamos o funcionamento de uma chave em frequência do tipo tudo-ótico , a primeira deste gênero. O segundo sistema experimentalmente investigado foi concebido para produzir um comportamento dinâmico da frequência de um laser semicondutor com cavidade estendida quando um filtro atômico é posicionado dentro dessa cavidade. Para diferentes valores da corrente de injeção observamos o travamento da frequência laser na linha atômica, biestabilidade e instabilidades não aleatórias.