Thesis. 1975. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Electrical Engineering and Computer Science. / Vita. / Includes bibliographies. / Ph.D.

Li Xin. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2003. / Includes bibliographical references (leaves 81-86). / Abstracts in English and Chinese. / COHERENT OPTICAL CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS BASED ON SUPERSTRUCTURE FIBER BRAGG GRATING ENCODERS AND DECODERS --- p.1 / ACKNOWLEDGEMENT --- p.2 / ABSTRACT --- p.III / 摘要 --- p.V / CONTENTS --- p.VI / LIST OF FIGURES --- p.1 / Chapter CHAPTER 1 --- INTRODUCTION --- p.3 / Chapter 1.1 --- Overview of OCDMA --- p.3 / Chapter 1.2 --- Classification of OCDMA Schemes --- p.6 / Chapter 1.3 --- Introduction of Coherent OCDMA Schemes --- p.9 / Chapter 1.4 --- Introduction of superstructure Fiber Bragg Gratings and Other Encoding and Decoding Components --- p.10 / Chapter 1.5 --- Outline of the Thesis --- p.13 / Chapter CHAPTER 2 --- COUPLED MODE THEORY AND SUPERSTRUCTURE FIBER BRAGG GRATING SIMULATION MODEL --- p.16 / Chapter 2.1 --- Fiber Bragg Grating Model Based on Coupled Mode Theory --- p.16 / Chapter 2.1.1 --- Introduction of FBG and the Coupled Mode Theory --- p.16 / Chapter 2.1.2 --- FBG Model Based on CMT --- p.18 / Chapter 2.1.3 --- FBG Model When there are Phase Discontinuities Between Different Parts --- p.20 / Chapter 2.2 --- Properties of Fiber Bragg Gratings --- p.22 / Chapter 2.3 --- Simulation Model of superstructure Fiber Bragg Gratings --- p.27 / Chapter 2.4 --- Summary --- p.31 / Chapter CHAPTER 3 --- COHERENT OCDMA CODING SCHEME BASED ON THE SUPERSTRUCTURE FIBER BRAGG GRATING ENCODER/DECODER --- p.33 / Chapter 3.1 --- Introduction and Theoretical Derivation of the Coding Scheme --- p.33 / Chapter 3.1.1 --- Introduction of the Coding Scheme --- p.33 / Chapter 3.1.2 --- Derivation of SSFBG Encoder --- p.34 / Chapter 3.1.3 --- Encoding for the SSFBG --- p.39 / Chapter 3.2 --- Introduction of the Simulation Model and the Research on It …… --- p.44 / Chapter 3.3 --- Summary --- p.47 / Chapter CHAPTER 4 --- RESEARCH ON THE SIMULATED COHERENT OCDMA SYSTEM IN IDEAL CASE --- p.48 / Chapter 4.1 --- Introduction of the ideal case and factors that affect the system performance --- p.48 / Chapter 4.2 --- Effects by Refractive Index Modulation of the SSFBG Encoder --- p.49 / Chapter 4.3 --- Effects by Code Type --- p.54 / Chapter 4.4 --- Effect by the Code Length --- p.57 / Chapter 4.5 --- Summary --- p.60 / Chapter CHAPTER 5 --- RESEARCH ON THE SIMULATED COHERENT OCDMA SYSTEM IN PRACTICAL ENVIRONMENT --- p.62 / Chapter 5.1 --- Introduction --- p.62 / Chapter 5.2 --- Comparison of System Performance in Synchronous and Asynchronous Cases --- p.63 / Chapter 5.3 --- Discussion on the System Performance When Users are In Different Power Levels --- p.65 / Chapter 5.4 --- Analysis of Channel Noise In the Coherent OCDMA System --- p.68 / Chapter 5.5 --- Summary --- p.70 / Chapter CHAPTER 6 --- CONCLUSIONS AND FUTURE WORK --- p.72 / Chapter 6.1 --- Conclusions --- p.72 / Chapter 6.2 --- Future Work --- p.75 / APPENDIX A PROOF OF SSFBG THEORETICAL MODEL APPROXIMATION --- p.77 / "APPENDIX B RANDOM SEQUENCE, M-SEQUENCE AND WALSH SEQUENCE" --- p.80 / REFERENCES --- p.81

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Aeronautics and Astronautics, 1981. / Microfiche copy available in Archives and Barker. / Includes bibliographical references. / by Steven James Hollowell. / M.S.

The concern of this thesis was to investigate the nonlinear dynamics inherent in oscillating waterfalls.

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Thesis (Ph. D.)--Oregon State University, 1993. / Typescript (photocopy). Includes bibliographical references (leaves 102-110). Also available on the World Wide Web.

Thesis (Ph. D.)--University of Chicago, Department of Chemistry, December 2002. / Includes bibliographical references. Also available on the Internet.

[ES] A día de hoy, las redes de comunicaciones de fibra óptica están alcanzando su capacidad límite debido al rápido crecimiento de la demanda de datos en la última década, generado por el auge de los teléfonos inteligentes, las tabletas, las redes sociales, la provisión de servicios en la nube, las transmisiones en streaming y las comunicaciones máquina-a-máquina. Con el fin de solventar dicho problema, se ha propuesto incrementar la capacidad límite de las redes ópticas mediante el reemplazo de la fibra óptica clásica por la fibra óptica multinúcleo (MCF, acrónimo en inglés de multi-core fiber), la cual es capaz de integrar la capacidad de varias fibras ópticas clásicas en su estructura ocupando prácticamente la misma sección transversal que éstas. Sin embargo, explotar todo el potencial de una fibra MCF requiere entender en profundidad los fenómenos electromagnéticos que aparecen en este tipo de fibras cuando guiamos luz a travésde ellas. Así pues, en la primera parte de la tesis se analizan teóricamente estos fenómenos electromagnéticos y, posteriormente, se estudia la viabilidad de la tecnología MCF en distintos tipos de redes ópticas de transporte, específicamente, en aquellas que hacen uso de transmisiones radio-sobre-fibra. Estos resultados pueden ser de gran utilidad para las futuras generaciones móviles 5G y Beyond-5G en las próximas décadas. Adicionalmente, con el fin de expandir las funcionalidades básicas de las fibras MCF, esta tesis explora nuevas estrategias de diseño de las mismas utilizando la analogía existente entre las ecuaciones que rigen la mecánica cuántica y el electromagnetismo. Con esta idea en mente, en la segunda parte de la tesis se propone diseñar una nueva clase de fibras MCF usando las matemáticas de la supersimetría, surgida en el seno de la teoría de cuerdas y de la teoría cuántica de campos como un marco teórico de trabajo que permite unificar las interacciones fundamentales de la naturaleza (la nuclear fuerte, la nuclear débil, el electromagnetismo y la gravedad). Girando en torno a esta idea surgen las fibras MCF supersimétricas, las cuales nos permiten procesar la información de los usuarios durante la propia propagación de la luz a través de ellas, reduciendo así la complejidad del procesado de datos del usuario en recepción. Finalmente, esta tesis se completa introduciendo un cambio de paradigma que permite diseñar dispositivos fotónicos disruptivos. Demostramos que la supersimetría de mecánica cuántica no relativista, propuesta como una serie de transformaciones matemáticas restringidas al dominio espacial, se puede extender también al dominio del tiempo, al menos dentro del marco de trabajo de la fotónica. Como resultado de nuestras investigaciones, demostramos que la supersimetría temporal puede convertirse en una plataforma prometedora para la fotónica integrada ya que nos permite diseñar nuevos dispositivos ópticos versátiles y ultra-compactos que pueden jugar un papel clave en los procesadores del futuro. Asimismo, con el fin de hacer los resultados principales de esta tesis doctoral lo más generales posibles, se detalla cómo poder extrapolarlos a otros campos de la física como acústica y mecánica cuántica. / [CAT] Avui en dia, les xarxes de comunicacions de fibra òptica estan aconseguint la seua capacitat límit a causa del ràpid creixement de la demanda de dades duante l'última dècada, generat per l'auge dels telèfons intel·ligents, les tablets, les xarxes socials, la provisió de servicis en la núvol, les transmissions en streaming i les comunicacions màquina-a-màquina. Per a resoldre el dit problema, s'ha proposat incrementar la capacitat límit de les xarxes òptiques per mitjà del reemplaçament de la fibra òptica clàssica per la fibra òptica multinúcleo (MCF, acrònim en anglés de multi-core fiber), la qual és capaç d'integrar la capacitat de diverses fibres òptiques clàssiques en la seua estructura ocupant pràcticament la mateixa secció transversal que estes. Tanmateix, explotar tot el potencial d'una fibra MCF requereix entendre en profunditat els fenòmens electromagnètics que apareixen en aquestes fibres quan guiem llum a través d'elles. Així, doncs, en la primera part de la tesi analitzem teòricament aquests fenòmens electromagnètics i, posteriorment, estudiem la viabilitat de la tecnologia MCF en distints tipus de xarxes òptiques de transport, específicament, en aquelles que fan ús de transmissions ràdio-sobre-fibra. Estos resultats poden ser de gran utilitat per a les futures generacions mòbils 5G i Beyond-5G en les pròximes dècades. Addicionalment, a fi d'expandir les funcionalitats bàsiques de les fibres MCF, esta tesi explora noves estratègies de disseny de les mateixes utilitzant l'analogia existent entre les equacions que regixen la mecànica quàntica i l'electromagnetisme. Amb aquesta idea en ment, en la segona part de la tesi proposem dissenyar una nova classe de fibres MCF usant les matemàtiques de la supersimetria, sorgida en el si de la teoria de cordes i de la teoria quàntica de camps com un marc teòric de treball que permet unificar les interaccions fonamentals de la natura (la nuclear forta, la nuclear feble, l'electromagnetisme i la gravetat). Al voltant d'aquesta idea sorgeixen les fibres MCF supersimètriques, les quals ens permeten processar la informació dels usuaris durant la pròpia propagació de la llum a través d'elles, reduint així la complexitat del processament de dades de l'usuari a recepció. Finalment, esta tesi es completa introduint un canvi de paradigma que permet dissenyar dispositius fotónicos disruptius. Demostrem que la supersimetria de mecànica quàntica no relativista, proposta com una sèrie de transformacions matemàtiques restringides al domini espacial, es pot estendre també al domini del temps, almenys dins del marc de treball de la fotónica. Com resultat de les nostres investigacions, demostrem que la supersimetria temporal pot convertir-se en una plataforma prometedora per a la fotònica integrada ja que ens permet dissenyar nous dispositius òptics versàtils i ultracompactes que poden jugar un paper clau en els processadors del futur. Per tal de fer els resultats principals d'aquesta tesi doctoral el més generals possibles, es detalla com poder extrapolar-los a altres camps de la física com ara la acústica i la mecànica quàntica. / [EN] To date, communication networks based on optical fibers are rapidly approaching their capacity limit as a direct consequence of the increment of the data traffic demand in the last decade due to the ubiquity of smartphones, tablets, social networks, cloud computing applications, streaming services including video and gaming, and machine-to-machine communications. In such a scenario, a new class of optical fiber which is able to integrate the capacity of several classical optical fibers approximately in the same transverse section as that of the original one, the multi-core fiber (MCF), has been recently proposed to overcome the capacity limits of current optical networks. However, the possibility of exploiting the full potential of an MCF requires to deeply understand the electromagnetic phenomena that can be observed when guiding light in this optical medium. In this vein, in the first part of this thesis, we analyze theoretically these phenomena and, next, we study the suitability of the MCF technology in optical transport networks using radio-over-fiber transmissions. These findings could be of great utility for 5G and Beyond-5G cellular technology in the next decades. In addition, the close connection between the mathematical framework of quantum mechanics and electromagnetism becomes a great opportunity to explore ground-breaking design strategies of these new fibers that allow us to expand their basic functionalities. Revolving around this idea, in the second part of this thesis we propose to design a new class of MCFs using the mathematics of supersymmetry (SUSY), emerged within the context of string and quantum field theory as a means to unify the basic interactions of nature (strong, electroweak, and gravitational interactions). Interestingly, a supersymmetric MCF will allow us, not only to propagate the light, but also to process the information of users during propagation. Finally, we conclude this thesis by introducing a paradigm shift that allows us to design disruptive optical devices. We demonstrate that the basic ideas of SUSY in non-relativistic quantum mechanics, restricted to the space domain to clarify unsolved questions about SUSY in string and quantum field theory, can also be extended to the time domain, at least within the framework of photonics. In this way, it is shown that temporal supersymmetry may serve as a key tool to judiciously design versatile and ultra-compact optical devices enabling a promising new platform for integrated photonics. For the sake of completeness, we indicate how to extrapolate the main results of this thesis to other fields of physics, such as acoustics and quantum mechanics. / Macho Ortiz, A. (2019). Multi-Core Fiber and Optical Supersymmetry: Theory and Applications [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124964 / TESIS

Les micro-résonateurs à modes de galerie, qu'ils soient déclinés sous forme de disques, anneaux ou hippodromes, sont devenus les éléments constitutifs clés de nombreux composants photoniques de haute performance. Les réalisations exploitant les semiconducteurs III-V sont particulièrement attrayantes car elles ouvrent la possibilité d'intégrer conjointement des sections actives et passives et donc de diversifier les fonctionnalités sur une même puce photonique. Au niveau technologique, l'intégration verticale du résonateur au-dessus de ses guides d'accès permet de distribuer les fonctions actives et passives sur des plans distincts et de faciliter la réalisation des composants grâce à des procédés mieux maitrisés. Une technique de fabrication récemment introduite dans l'équipe et basée sur la filière AlGaAs/AlOx a ainsi permis de réaliser, à l'aide d'étapes simples, des micro-disques couplés verticalement à leur guide d'accès. Les performances de ces composants restent toutefois limitées en raison de leur architecture, complexifiée par les empilements multicouches qui les constituent.Les travaux de recherche menés au cours de cette thèse ont porté sur la faisabilité d'émettre un peigne de fréquences optiques à partir de ces résonateurs. Pour cela, les composants doivent être conçus de manière à présenter un facteur de qualité suffisamment élevé tout en maximisant la puissance circulant dans la cavité, afin de pouvoir déclencher les processus non-linéaires à la base de la génération du peigne. Pour un composant monomode transverse, la puissance intracavité est maximale lorsque le système opère en régime de couplage critique, c'est-à-dire lorsque les pertes internes à la cavité sont égales aux pertes externes (ou pertes par couplage). Nous avons donc développé un outil semi-analytique basé sur une expansion modale afin de réaliser une modélisation paramétrique large bande des performances des systèmes couplés verticalement, encore peu étudiés, tant au plan théorique que pratique. Notre modèle générique exploite la théorie des modes couplés (CMT) et les relations universelles régissant les propriétés spectrales des micro-résonateurs couplés. Nous l'avons étendu en étudiant l'influence spectrale de différents paramètres opto-géométriques sur la fonction de transfert de la cavité couplée et avons, en particulier, mis en évidence par une approche variationnelle, deux conditions théoriques permettant d'obtenir un régime critique achromatique lorsque la cavité et son guide d'accès sont désaccordés en phase. Ce modèle à d'abord été appliqué à la simulation de résonateurs en hippodromes exploitant la filière Si3N4/SiO2 car plusieurs études ont déjà démontré la génération de peignes avec cette plateforme technologique. Ces travaux ont abouti au dessin de structures désaccordées en phase et technologiquement réalisables dont la bande passante critique est augmentée d'un ordre de grandeur par rapport au cas plus répandu de guides accordés en phase. Nous avons ensuite initié une évaluation numérique de la génération de peignes de fréquences, basée sur la résolution itérative de l'équation de Schrödinger non-linéaire prenant en compte les variations des propriétés spectrales et dispersives de ces hippodromes. Le modèle générique a enfin été appliqué aux micro-disques AlGaAs/AlOx. Pour cela, nous avons introduit un critère permettant d'utiliser la CMT dans le cas de coupleurs asymétriques présentant une zone de séparation multicouche. Les résultats, en bon accord avec l'expérience, nous ont permis de mieux appréhender les limitations des dispositifs réalisés et de proposer de nouvelles structures pour en améliorer les performances. Le dessin d'une nouvelle structure AlGaAs/AlOx multicouche permettant d'améliorer les facteurs de qualité des résonateurs jusqu'à deux ordres de grandeurs a ainsi été proposé. La validation expérimentale des dessins proposés tant pour la filière Si3N4/SiO2 que AlGaAs/AlOx est en cours. / Whispering-gallery -mode micro-resonators, whether in the form of disks, rings or racetracks, have become the key building blocks of many high-performance photonic components. The embodiments exploiting the III-V semiconductors are particularly attractive for they open the possibility of integrating active and passive sections together and therefore diversify the functionalities on the same photonic chip. Furthermore, the vertical integration of the resonator above its access waveguide(s) makes it possible to distribute the active and passive functions on distinct planes and makes the realization of the components easier by using better-controlled methods. A fabrication technique recently introduced in the team and based on the AlGaAs / AlOx technological platform, allowed us to realize, by means of simple steps, vertically-coupled microdisks. The performance of these components, however, is limited due to their architecture, complicated by their constitutive multilayer stack. The research carried out during this PhD thesis focused on the feasibility of emitting an optical frequency comb from these resonators. For this purpose, the components must be designed so as to present a sufficiently high quality factor while maximizing the power circulating in the cavity in order to be able to trigger the non-linear processes required for the comb generation. For a transverse single-mode component, the intracavity power is maximal when the system operates in critical coupling regime, i.e .when the losses inside the cavity are equal to external losses (or coupling losses). As a first step, we have developed a semi-analytical tool based on a modal expansion in order to carry out a broadband parametric study of the performances of vertically coupled systems. Up to now, this coupling layout has indeed been little studied, both theoretically and practically. Our generic model, based on the coupled mode theory (CMT) and the universal relations governing the spectral properties of coupled micro-resonators, reveals two theoretical conditions for obtaining an achromatic critical-coupling regime when the cavity and its access waveguide are phase-mismatched. We first applied it to the simulation of single- mode racetrack resonators made of Si3N4 / SiO2 since several studies have already demonstrated comb generation using this technological platform. Our work resulted in the design of phase-mismatched and technologically feasible structures with critical-copuling bandwidths being increased by one order of magnitude compared to the reference case of phase- matched waveguides. We subsequently initiated a numerical evaluation of frequency comb generation, based on the iterative resolution of the non-linear Schrödinger equation taking into account the variations of the spectral and dispersive properties of these racetracks. The generic model has finally been applied to AlGaAs / AlOx microdisks. For this purpose, we have introduced a criterion allowing an unambiguous implementation of CMT in the case of asymmetric couplers having a multi-layer separation zone. The results, in good agreement with experimental data, allowed us to better understand the limitations of the fabricated devices and to propose new structures AlGaAs / AlOx with improved performances. The experimental validation of the proposed designs for both the Si3N4 / SiO2 and AlGaAs / AlOx components is currently in progress.