Os sistemas de comunicação óptica por espaço livre, comumente denominados sistemas FSO (Free Space Optics), servem para estabelecer enlaces de comunicação do tipo wireless, ponto-a-ponto, a uma elevada taxa de dados e com alcances que podem variar de algumas centenas de metros a alguns quilômetros. O interesse pela tecnologia FSO tem sido estimulado pela necessidade de se fornecer soluções complementares às tradicionais (e.g. fibra óptica e RF) visando a atender à crescente demanda por conexões de banda larga. Algumas de suas aplicações mais importantes são a conexão de redes locais de computadores, a conexão de estações rádio base de telefonia móvel às centrais e o acesso de última milha. Embora a tecnologia FSO venha sendo empregada em pequena escala no Brasil, vislumbra-se o potencial de maior aplicação desta tecnologia em um futuro próximo, razão pela qual se propõe este estudo, focado no projeto de sistemas FSO. A principal contribuição deste trabalho é demonstrar uma possível solução para a realização de um enlace óptico operando em espaço livre, destinado a conectar duas redes locais de computadores Ethernet Rápida (100 Mbps). As seguintes atividades foram desenvolvidas: estudo das questões mais relevantes pertinentes ao projeto de sistemas FSO; projeto, construção e caracterização eletro-óptica de circuitos; montagem e demonstração do funcionamento de uma versão de testes do sistema, realizadas em laboratório; estudo de características associadas à transferência de radiação óptica de transmissor para receptor, envolvendo o balanço de potência para estimativa do alcance do enlace, sob condições atmosféricas ideais. Como resultado, obtivemos um sistema de comunicação do tipo full-duplex, operando no comprimento de onda de 850 nm em formato de modulação OOK, a uma taxa de dados efetiva de 125 Mbps. Com base na experiência obtida, melhoras ao sistema são sugeridas no final do trabalho. / Free space optical communication systems (FSO systems) provide wireless, point-to-point communication links at high data rates, at maximum distances ranging from hundreds of meters to several kilometers. The growing interest in FSO technology arises from the necessity of providing complementary and alternative solutions to those already adopted (eg. fiber optics and RF), aiming to satisfy the increasing demand for broadband connections. Some of its most important applications are connecting local area networks (LANs), backhauling wireless networks and providing last mile access. Although today FSO is not widely adopted in Brazil, the technology has the potential for being adopted in a greater scale in the near future, which is the reason we propose a study focused on issues related to the design of FSO systems. This work\'s main contribution is to demonstrate a possible solution for the construction of a FSO system intended to connect two Fast Ethernet LANs (100 Mbps). For this purpose, the following activities were developed: study of the main aspects related to FSO system design; design, construction and electrooptical characterization of circuits; mounting and demonstration, in the lab, of a test version of the system; study of characteristics related to radiation transfer from transmitter to receiver, involving the use of the link power budget for an estimation of the maximum distance achievable under ideal atmospheric conditions. The result is a full-duplex communication system that employs the 850 nm wavelength in OOK modulation format, operating at an effective bit rate of 125 Mbps. Based on the knowledge achieved, improvements to the system are suggested at the end of this work.

Made available in DSpace on 2016-04-18T21:39:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Camila Campos Dias1.pdf: 2379886 bytes, checksum: f6caa3559713f5aee5905312eed15997 (MD5) Camila Campos Dias2.pdf: 1312698 bytes, checksum: feece23943bc176a275e8b5e11dc217c (MD5) Previous issue date: 2009-01-30 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / In this work we show a study of mode-locking stabilization in an Erbium doped fiber laser with assynchronous mode-locking generating ultra-short pulses at the rate of 10 GHz. The fiber effects are presented as well as the mode-locking techniques. Also is presented a study of energy pulse stabilization, frequency and cavity, in addition an overview of stabilization techniques. Using different cavities setups with different accumulated dispersion, we analyzed the stabilization of the pulse. The temperature effects and state of polarization were studied too and we found that the temperature has greater influence on the stability. After the results of passive approach of the stabilization, we studied two methods of active stabilization, using a feedback and proposed a new one that is a new way of controlling the frequency variations in the cavity. By the use the asynchronous mode-locking, through the cavity frequency, we control the modulator frequency. For the implementation of our proposal, there are two approaches to data acquisition, using a frequency counter or a spectrum analyzer, in this work the tests were performed with the first. / Apresentamos neste trabalho um estudo da estabilização do acoplamento de modos de um laser de fibra dopada com Érbio com modos acoplados assíncronamente operando a uma taxa de 10 GHz com pulsos ultracurtos. Os efeitos que ocorrem na fibra são apresentados assim como os métodos de acoplamento de modos que geram o trem de pulsos. Também é apresentado um estudo da estabilização da energia do pulso, freqüência e cavidade, além do histórico dos meios de estabilização. Utilizando diferentes configurações de cavidade, com diferentes dispersões acumuladas, analisamos o tempo de estabilidade do pulso. Os efeitos da temperatura e do estado de polarização também foram estudados e verificamos que a temperatura tem maior influência na instabilidade. Depois dos resultados da abordagem passiva de estabilização do acoplamento de modos, estudamos dois métodos de estabilização ativa, utilizando um feedback e propusemos um novo método de feedback que é uma nova maneira de controlar as variações de freqüência na cavidade. Como utilizamos o acoplamento de modos assíncrono, através da freqüência da cavidade, controlamos a freqüência do modulador. Para a realização da nossa proposta, existem duas abordagens de aquisição de dados, utilizando um freqüencímetro ou um analisador de espectro elétrico, sendo que os testes deste trabalho foram realizados com o primeiro.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7984_1.pdf: 2154802 bytes, checksum: c29ee67df93d2d1a717d1ce021fed20c (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Nessa tese estudamos do ponto de vista teórico e experimental, dois tipos de amplificadores ópticos, os Amplificadores Paramétricos de Fibra Óptica (FOPAs) e os Amplificadores de Fibra Dopada com Túlio (TDFAs) além de lasers de fibra óptica. Nos amplificadores paramétricos sinais copropagantes com um feixe intenso de bombeamento são amplificados devido à não linearidade Kerr da fibra ´óptica, que transforma fótons de bombeamento em fótons de sinal por mistura de quatro ondas ocasionada pela modulação do ´índice de refração da fibra ´óptica. O processo, para ocorrer de forma eficiente, requer o casamento de fase entre os fótons gerados, o que depende, por sua vez, das propriedades de dispersão da fibra. A amplificação por fibras dopadas explora a emissão estimulada da radiação. Nesses sistemas, a fluorescência de íons de terras raras, presentes no núcleo da fibra, e excitados por um feixe de bombeamento é estimulada durante a propagação dos sinais na fibra. Ao contrário dos FOPAs esse mecanismo requer fibras especiais dopadas com esses elementos que têm um papel ativo no sistema. Para os FOPAs, abordamos o uso da dispersão da velocidade de grupo e sua derivada segunda para projetar um FOPA com bombeamento único em um único segmento de fibra com ganho plano e mais largo que os FOPAs usuais. Obtivemos relações teóricas relacionadas com os parâmetros relevantes da fibra (não linearidade) e do sistema (potências do bombeamento e dos sinais) que permitem a determinação do comprimento de fibra ótimo e ganho máximo nessas condições. Também introduzimos um esquema de bombeamento em paralelo, permitindo obter maior largura de banda em futuros sistemas de telecomunicações com amplificadores baseados nessa tecnologia. Finalmente caracterizamos experimentalmente o ganho de FOPAs constituídos de fibras de dispersão deslocada (DSF) e com elevada não linearidade (HNLF). Foi possível obter, com esses experimentos, estimativas do comprimento de onda de dispersão nula e da curva de dispersão para valores próximos do zero de dispersão. Abordamos também os mecanismos de amplificação em fibras dopadas com túlio com duplo bombeamento em 800 nm e 1050nm com simulações teóricas baseadas nas equações de taxa, reproduzindo recentes resultados experimentais do nosso grupo de pesquisas. Ainda explorando fibras dopadas com túlio, construímos lasers para emissão em ~800nm e iii~1470nm com bombeamento em 1050nm e cavidades no espaço livre e em anel. Nessa última, a inserção de uma Fibra com Grade de Bragg (FBG) permitiu o travamento do comprimento de onda de emissão. Esses lasers foram caracterizados, em função do tipo de cavidade e da ocupação populacional dos níveis envolvidos no processo de emissão laser

Os sistemas de comunicação óptica por espaço livre, comumente denominados sistemas FSO (Free Space Optics), servem para estabelecer enlaces de comunicação do tipo wireless, ponto-a-ponto, a uma elevada taxa de dados e com alcances que podem variar de algumas centenas de metros a alguns quilômetros. O interesse pela tecnologia FSO tem sido estimulado pela necessidade de se fornecer soluções complementares às tradicionais (e.g. fibra óptica e RF) visando a atender à crescente demanda por conexões de banda larga. Algumas de suas aplicações mais importantes são a conexão de redes locais de computadores, a conexão de estações rádio base de telefonia móvel às centrais e o acesso de última milha. Embora a tecnologia FSO venha sendo empregada em pequena escala no Brasil, vislumbra-se o potencial de maior aplicação desta tecnologia em um futuro próximo, razão pela qual se propõe este estudo, focado no projeto de sistemas FSO. A principal contribuição deste trabalho é demonstrar uma possível solução para a realização de um enlace óptico operando em espaço livre, destinado a conectar duas redes locais de computadores Ethernet Rápida (100 Mbps). As seguintes atividades foram desenvolvidas: estudo das questões mais relevantes pertinentes ao projeto de sistemas FSO; projeto, construção e caracterização eletro-óptica de circuitos; montagem e demonstração do funcionamento de uma versão de testes do sistema, realizadas em laboratório; estudo de características associadas à transferência de radiação óptica de transmissor para receptor, envolvendo o balanço de potência para estimativa do alcance do enlace, sob condições atmosféricas ideais. Como resultado, obtivemos um sistema de comunicação do tipo full-duplex, operando no comprimento de onda de 850 nm em formato de modulação OOK, a uma taxa de dados efetiva de 125 Mbps. Com base na experiência obtida, melhoras ao sistema são sugeridas no final do trabalho. / Free space optical communication systems (FSO systems) provide wireless, point-to-point communication links at high data rates, at maximum distances ranging from hundreds of meters to several kilometers. The growing interest in FSO technology arises from the necessity of providing complementary and alternative solutions to those already adopted (eg. fiber optics and RF), aiming to satisfy the increasing demand for broadband connections. Some of its most important applications are connecting local area networks (LANs), backhauling wireless networks and providing last mile access. Although today FSO is not widely adopted in Brazil, the technology has the potential for being adopted in a greater scale in the near future, which is the reason we propose a study focused on issues related to the design of FSO systems. This work\'s main contribution is to demonstrate a possible solution for the construction of a FSO system intended to connect two Fast Ethernet LANs (100 Mbps). For this purpose, the following activities were developed: study of the main aspects related to FSO system design; design, construction and electrooptical characterization of circuits; mounting and demonstration, in the lab, of a test version of the system; study of characteristics related to radiation transfer from transmitter to receiver, involving the use of the link power budget for an estimation of the maximum distance achievable under ideal atmospheric conditions. The result is a full-duplex communication system that employs the 850 nm wavelength in OOK modulation format, operating at an effective bit rate of 125 Mbps. Based on the knowledge achieved, improvements to the system are suggested at the end of this work.

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.

O objetivo deste trabalho é investigar a aplicação ressoadores WGM (Whispering-Gallery Mode) em plataforma SOI (silicon-on-insulator) baseados em grafeno como candidatas potenciais para aplicações como moduladores de eletro-absorção. O grafeno apresenta variação de condutividade considerável quando submetido a uma aplicação de tensão, o que reflete na parte imaginária de seu índice de refração (relacionada às perdas de propagação). Com isso, é possível atribuir estados ligado e desligado (on-off) que conferem ao dispositivo sua característica de modulação óptica. A geometria utilizada é do tipo anel, o que permite uma elevada seletividade em frequência possibilitando, assim, uma grande profundidade de modulação. As simulações foram realizadas no software de elementos finitos COMSOL Multiphysics, o qual é bastante apropriado para a definição das diferentes figuras de mérito a serem utilizadas para a caracterização do desempenho do modulador. / The goal of this work is to investigate SOI (silicon on insulator) WGM (Whispering-Gallery Modes) resonators based on graphene as potential candidates for electro-absorption modulator applications. Graphene conductivity varies substantially when submitted to an applied voltage, which reflects directly in the imaginary part of its refractive index (responsible for the propagation losses). Therefore, it is possible to assign on-off states that render the device its optical modulation characteristics. The geometry adopted for the design is the ring type, which allows high frequency selectivity and modulation depth. The simulations were carried out in the finite elements software COMSOL Multiphysics, which is quite appropriate for the definition of the different figure of merits to be used in the modulator characterization.

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.

O objetivo deste trabalho é investigar a aplicação ressoadores WGM (Whispering-Gallery Mode) em plataforma SOI (silicon-on-insulator) baseados em grafeno como candidatas potenciais para aplicações como moduladores de eletro-absorção. O grafeno apresenta variação de condutividade considerável quando submetido a uma aplicação de tensão, o que reflete na parte imaginária de seu índice de refração (relacionada às perdas de propagação). Com isso, é possível atribuir estados ligado e desligado (on-off) que conferem ao dispositivo sua característica de modulação óptica. A geometria utilizada é do tipo anel, o que permite uma elevada seletividade em frequência possibilitando, assim, uma grande profundidade de modulação. As simulações foram realizadas no software de elementos finitos COMSOL Multiphysics, o qual é bastante apropriado para a definição das diferentes figuras de mérito a serem utilizadas para a caracterização do desempenho do modulador. / The goal of this work is to investigate SOI (silicon on insulator) WGM (Whispering-Gallery Modes) resonators based on graphene as potential candidates for electro-absorption modulator applications. Graphene conductivity varies substantially when submitted to an applied voltage, which reflects directly in the imaginary part of its refractive index (responsible for the propagation losses). Therefore, it is possible to assign on-off states that render the device its optical modulation characteristics. The geometry adopted for the design is the ring type, which allows high frequency selectivity and modulation depth. The simulations were carried out in the finite elements software COMSOL Multiphysics, which is quite appropriate for the definition of the different figure of merits to be used in the modulator characterization.

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-03-09T17:28:22Z No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-06-08T20:52:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-08T20:52:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Fundo Mackenzie de Pesquisa / This work presents studies and simulations of phase modulators in optical signals with the use of integrated components based on silicon photonics with graphene to improve the data transmission capacity (bandwidth) due to the increasing demand generated by new and modern last generation used in industries and residences nowaday. A brief description of the history of research on graphene, its characteristics and challenges in the area of phase modulation will be presented, emphasizing the applications with modulation by electro-refraction. Through numerical simulations, optical phase modulators based on silicon waveguides with graphene transferred on these guides were designed, quasi-TE and quasi-TM modes were evaluated. Although most graphene-based integrated modulators have been shown to operate in quasi-TE mode, this work demonstrates that the best performance achieved was for quasi-TM mode operation due to a higher concentration of the optical field in the region where the graphene is deposited on the waveguide. The best performance was achieved for a waveguide formed by silicon with 2 layers of graphene in its upper part, separated by a dielectric alumina material, with operation in the quasi-TM mode, with VpL of 0,5 V.mm and electro-optical bandwidth up to 2,85 GHz. / Este trabalho apresenta estudos e simulações de moduladores de fase para sinais ópticos utilizando componentes integrados baseados na fotônica do silício com grafeno visando atender à grande demanda de transmissão de dados (largura de banda) utilizados em indústrias e residências ultimamente. Será apresentada uma breve descrição do histórico de pesquisas sobre o grafeno, suas características e desafios na área de modulação de fase de sinais, dando ênfase às aplicações eletro ópticas com modulação por eletro-refração. Através de simulações numéricas foram projetados moduladores ópticos de fase baseados em guias de onda de silício com o grafeno transferido sobre esses guias, foram avaliados os modos quase-TE e quase-TM. Apesar de a maioria dos moduladores integrados baseados em grafeno que foram demonstrados trabalharem com operação quase-TE, neste trabalho demonstra-se que o melhor desempenho alcançado foi para o modo quase-TM devido a uma maior concentração do campo óptico na região onde o grafeno ´e depositado sobre o guia de onda. O melhor desempenho alcançado foi para um guia de onda formado por silício com 2 camadas de grafeno em sua parte superior, separadas por um material dielétrico de alumina, com operação no modo quase-TM, com VpL de 0,5 V.mm e largura de banda eletro óptica de até 2,85 GHz.

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