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

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-02T18:33:16Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_NanofabricacaoCaracterizacaoModelagem.pdf: 6358361 bytes, checksum: dc22606190c7f74709a1bdc75ea6b5a2 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2017-10-10T17:02:52Z (GMT) / Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-16T15:32:34Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_NanofabricacaoCaracterizacaoModelagem.pdf: 6358361 bytes, checksum: dc22606190c7f74709a1bdc75ea6b5a2 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-11-13T16:49:27Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_NanofabricacaoCaracterizacaoModelagem.pdf: 6358361 bytes, checksum: dc22606190c7f74709a1bdc75ea6b5a2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T16:49:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_NanofabricacaoCaracterizacaoModelagem.pdf: 6358361 bytes, checksum: dc22606190c7f74709a1bdc75ea6b5a2 (MD5) Previous issue date: 2008-07-28 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Para melhor entendermos o processo de miniaturização e o comportamento de estruturas moleculares sob este efeito, recorremos aos cálculos baseado em Mecânica Quântica (MQ) com a finalidade de corroborar dados teóricos e experimentais como propriedades de estrutura eletrônica bem como propriedades elétricas. Outro método bastante conhecido e utilizado consiste em simular o efeito soluto-solvente através do método probabilístico Monte Carlo (MC). De posse de ferramentas computacionais voltadas para estas metodologias, desenvolvemos simulações MQ/MC que traduzem o comportamento dos compostos orgânicos Vermelho de Metíla (VM) e 1,4-bis (5-phenyl-2-oxazolyl) benzene (POPOP), quando sofrem mudanças estruturais bem como modificações em suas propriedades ópticas; devido aos processos de miniaturização, variações de ambiente, ações externas, etc. O composto Vermelho de Metila é conhecido como um corante sensível a variação de pH e encontra-se nas formas básico e ácido (isoeletrônico, zwitteriônico) é classificado como um azocomposto pela presença de uma ligação (-N = N-) em sua estrutura. O POPOP é um corante luminescente de intensa fluorescência na região azul do espectro UV-Visível; ressaltamos que para investigarmos os princípios funcionais deste composto propomos estruturas conformacionais derivadas protonadas POPOP [C1(NP+P) e C2(NP+P)]. Inicialmente todas as estruturas dos compostos orgânicos de VM e POPOP foram otimizadas através dos métodos quânticos: semiempíricos PM3 (Parametric Method 3) e ab initio, HF (Hartree-Fock) e DFT (Density Functional Theory), obtendo-se os parâmetros geométricos e as conformações de menor energia de cada sistema, para o estudo da estrutura eletrônica. Seqüencialmente, duas etapas distintas de simulação foram empregadas para o estudo dos compostos: 1ª) as estruturas de VM e POPOP foram otimizadas através do método PM3 com adicional Campo Elétrico Externo (CEE), obtendo-se os parâmetros geométricos e parâmetros de carga. Utilizamos este método com a finalidade de simular as propriedades de transporte eletrônico nos compostos orgânicos, como a resposta elétrica caracterizada pela curva do transporte de carga (e-) em função da variação da intensidade de tensão (V) nas estruturas. Mediante a resposta elétrica [(e-) × V] caracterizamos esta função empregá-los em dispositivos nanoestruturados, como diodos, fotodiodos, células solares, etc. A 2ª etapa consiste em simular os compostos orgânicos através do método Monte Carlo, para investigarmos os seus comportamentos em líquido. Os sistemas distintamente consistem na adição de VM (básico, ácido: isoeletrônico e zwitteriônico) e POPOP [C1(NP+P) e C2(NP+P)] em 1000 moléculas de água para analisar a interação soluto-solvente para desenvolvimento de sistemas interagentes optoeletrônicos como sensores de gás. Na simulação MC foi realizado 1× 1010 passos MC para ambos os estágios de termalização e equilíbrio, no ensemble NVT. Gerando um conjunto de 105 configurações, a partir destas selecionamos um conjunto reduzido de 103 configurações descorrelacionadas das quais obtemos a média de convergência das transições eletrônicas π→π*. A média de convergência das transições eletrônicas π→π* para VM: básico 434.33 nm ± 1.0 [436.34 ± 2.0 nm], isoeletrônico 485.80 nm ± 2.0 nm [480.66 nm ± 3.0 nm], e zwitteriônico [502.13 nm ± 3.0 nm]; para POPOP C1 [361.25 nm ± 2.0 nm], C1(NP+P) [485.0 ± 26.0 nm], C2 [355.39 nm ± 3.0 nm] e C2(NP+P) [472.0 ± 24.0 nm]. As médias das transições eletrônicas π→π* foram obtidas através do método semiempírico ZINDO/S-CIS (Zerner Intermediate Neglect of Diffential Orbital/ Spectroscopic – Configurations Interaction, Single excitation) que melhor traduz os parâmetros espectroscópicos de moléculas orgânicas na região do UV-visível. Experimentalmente desenvolvemos dois tipos distintos de sistemas através das técnicas: Sol-Gel que consiste na incorporação dos compostos em matrizes hospedeiras de APP (Aluminum Polyphosphate), e Blendas que consiste na fabricação de dispositivos de volume com monocamada ativa. Os compostos VM e POPOP foram diluídos em solução híbrida (10% etanol + 90% água), alíquotas destas soluções foram incorporadas na síntese do gel APP. As amostras obtidas pelo processo Sol-Gel foram submetidas à variação pH e caracterizadas por espectroscopia de absorção na região UV-Visível cujas bandas de máxima absorção são de [431 nm, 513 nm, 511 nm] para VM e [358 nm, 511 nm e 472 nm] para POPOP e valores de [355 nm, 361 nm] para POPOP em solução, que corroboram os resultados teóricos a partir das médias das transições eletrônicas π→π*. Os dispositivos de monocamadas de VM e POPOP foram fabricados por filmes finos sobrepostos em substrato vítreo/FTO (1º eletrodo) /PEDOT/P3HT/camada ativa - Alumínio (2º eletrodo) e caracterizados eletricamente por densidade de carga em função da tensão aplicada (J×V), sob corrente de escuro e luz monocromática de 550 nm. Os dispositivos de VM apresentam curva (J×V) característica de um retificador de junção p-n de maior sinal de corrente elétrica sob polarização reversa para corrente de escuro, sendo este sinal intensificado sob luz 550 nm; sob polarização direta o dispositivo apresenta o mesmo comportamento quanto ao sinal de corrente, este é intensificado quando medido sobre luz monocromática (550 nm) em comparação a corrente de escuro, porém sob polarização reversa e polarização direta o dispositivo apresenta curva característica J×V análogo a fotodetector e diodo túnel convencionais. Para POPOP observa-se intensificação do sinal de corrente elétrica sob polarização direta e reversa quando os dispositivos estão expostos sob luz monocromática em comparação com medidas feitas sob corrente de escuro, de modo que a curva característica (J×V) tem comportamento de similar a fotodiodos convencionais. Os resultados teórico-experimentais das propriedades elétricas (J×V) dos compostos apresentaram comportamentos similares na faixa de voltagem de aproximadamente [– 2.0 V – 2.97 V] para VM e [-2.86 V – 2.86V] para POPOP. Desenvolvemos um estudo completar com polímeros de baixo bandgap (gap 1 eV) baseados em pontes de monômeros compostos por carbono, formando cadeias poliméricas foram investigados pelos métodos AM1 (Austin Model 1), PM3 e DFT [B3LYP/6-31G] e corroborados aos resultados dos oligômeros de CDM (4-dicyano methyllene-4H-cyclopenta [2,1- 3: 4-b’] dithiophene) e BDT (1,3-benzodithiole-4H-cyclopenta [2,1-b:3,4-b’] dithiophene), derivados do di-tiofeno. Os resultados mostram que o crescimento da cadeia polimérica formada pelos monômeros de CDM e BDT provoca a redução do bandgap dos oligômeros, comportamento análogo aos polímeros baseados em (3-alkylthiophenes) cuja energia da transição eletrônica π→π* é de 1.67 eV, a máxima absorção do CDM e BDT são de 1.28 eV e 1.73 eV, respectivamente. Os métodos teóricos utilizados neste estudo descrevem satisfatoriamente este comportamento, cuja máxima absorção é de aproximadamente 1.28 eV para CDM e 1.74 eV para BDT estes resultados foram obtidos a partir das cadeias poliméricas formadas por 5 unidades monoméricas, demonstrando que as conformações geométricas das cadeias poliméricas simuladas são equiprováveis, comprovando a confiabilidade dos métodos utilizados em nossa investigação. Em linhas gerais os resultados apresentados demonstram que os compostos orgânicos investigados são bons candidatos para emprego em dispositivos orgânicos nanoestruturados aplicados na eletrônica molecular e tecnologia de novos materiais. / To better understand the process of miniaturization and the behavior of molecular structures under this effect we appeal to the calculations based in Quantum Mechanics (QM) with the purpose to corroborate theoretical and experimental data as electronic structure as well as electric properties. Another method sufficiently known consists simulate solute-solvent effect through the probabilistic Monte Carlo (MC) method. Of ownership of these computational tools we develop simulations QM/MC that translate the behavior of organic composites Methyl Red (MR) and 1,4-bis (5-phenyl-2-oxazolyl) benzene (POPOP), when suffer structural changes, modification in the optic answers, etc., due miniaturization processes, environment variations, external actions. The Methyl Red composite is known as a sensible dye of pH variation and meets in the basic and acid (isoeletrônico, zwitteriônico) forms is classified as azo-composite for the presence of (– N = N –) bonding in its structure. The POPOP is a luminescent dye of intense fluorescence in the blue region of the UV-Visible spectrum; we stand out that to investigate the functional and mannering principles of this structure we consider two conformational structures protonated derivatives of POPOP: C1 (N+) and C2 (N+). Initially all organic composites structures of MR and POPOP had been optimized through of the quantum methods: semiempirical PM3 (Parametric Method 3) and ab initio HF (Hartree-Fock) and DFT (Density Functional Theory), getting the geometric parameters and the conformations of lowest energy of each system, for the study of the electronic structure. Sequentially, two distinct stages of simulation had been used for the study of composites: 1st) The MR and POPOP structures had been optimized through the method PM3 + External Electric Field (the EEC), getting the geometric parameters and charge parameters. We use this method with the purpose to simulate the electronic transport properties of organic composites as the electric reply characterized by the charge transport (e) curve in function of the variation of the tension (V) in the structures. By means of the electric reply [(e) × V] we characterize this function to use them in nanostructured devices, as photodiodes, photodetector, solar cells, etc. The 2nd stage consists of simulate organic composites through the Monte Carlo method, to investigate its behaviors in liquid. The systems distinct consist of the addition of VM (basic, acid: isoelectronic and zwitterionic) and POPOP [C1 (N+) and C2 (N+)] in 1000 water molecules to analyze the solute-solvent interactions for development of interchange systems optoelectronic systems as sensory. In MC simulation had been carried 1×1010 steps MC for both thermalization and equilibrium stages in NVT ensemble. Generate a set of 105 configurations, from these we select a set reduced of 103 descorrelantion configurations of which we obtain the convergence average of the electronic transitions π→π*. The convergence average of the electronic transitions π→π* for MR: basic s of 434.33 ± 1,0 [436,34 ± 2,0 nm], isoelectronic 485,80 nm ± 2,0 nm [480,66 nm ± 3,0 nm], and zwitterionic [502.13 nm ± 3.0 nm]; for POPOP C1 [361,25 nm ± 2,0 nm], C1(NP+P) [485.0 ± 26.0 nm], C2 [355,39 nm ± 3,0 nm] and C2(NP+P) [472.0 ± 24.0 nm]. The averages of the electronic transitions π→π* had been obtained through semiempirical ZINDO/S-CIS (Zerner Intermediate Neglect of Orbital Diffential Spectroscopic - Configurations Interaction, Single excitation) method that better translates the spectroscopic parameters of the organic molecules in the UV-visible region. Experimentally we develop two distinct types of systems through of the techniques: Sol-Gel that consists in the incorporation of composites in host matrix of APP (Aluminum Polyphosphate), and Blendes that consist in the manufacture of volume devices within active monolayer. The MR and POPOP composites had been diluted in hybrid solution (10% etanol + 90% water), aliquots of these solutions had been incorporated in the synthesis of APP/Gel. The samples obtain for the Sol-Gel process had been submitted to the variation pH and characterized by spectroscopy of absorption in the UV-Visible region, whose bands of maximum absorption are of [431 nm, 513 nm, 511 nm] for MR and [358 nm, 511 nm and 472 nm] for POPOP and values of [355 nm, 361 nm] for POPOP in solution, that corroborate the theoretical results from the averages of the electronic transitions π→π*. The monolayer devices of MR and POPOP had been manufactured by overlapped of thin films in vitreous substrate/FTO (1st electrode)/PEDOT/P3HT/ active monolayer -Aluminum (2nd electrode) and characterized electrically for charge density (J) in function of applied voltage (V), under dark current and under 550 nm monochromatic light. The MR devices present curve (J×V) characteristic of a rectifier junction p-n of higher electric current signal under reverse polarization for dark current, being this signal intensified under light 550 nm; under forward bias the device presents the same behavior how much to the current signal, this is intensified when measured on monochromatic light (550 nm) in comparison with dark current, however under reverse polarization and forward bias the device presents curve characteristic (J×V) analogous of the conventional photodetector and diode tunnel. For POPOP intensification of the electric chain signal is observed under forward bias and reverses when the devices are under monochromatic light in comparison with measures made under dark current, in way that the characteristic curve (J×V) has similar behavior of the conventional photodiodes. The theoretical-experimental results of the electric (J×V) properties of composites had presented similar behaviors in the voltage range [- 2.0 V – 2.97 V] for MR and [- 2.86 V - 2.86V] for POPOP. We development a complete study with polymers of low bandgap (gap 1 eV) based in monomers bridges composition for carbon forming polymeric chains had been investigated by the methods AM1 (Austin Model 1), PM3 and DFT [B3LYP/6-31G] to corroborated the results of the oligomers of CDM (4-dicyano methyllene-4H-cyclopente [2.1 - 3: 4-b'] dithiophene) and BDT (1,3-benzodithiole-4H-cyclopenta [2,1-b: 3,4-b'] dithiophene), derived from the ditiophene. The results show that the growth of the polymeric chain formed by monomers of CDM and BDT provokes the reduction bandgap of the oligomers, analogous behavior to the polymers based on (3-alkylthiophenes) whose electronic transition π→π* energy is of 1.67 eV, the maximum absorption of the CDM and BDT are of 1.28 eV and 1,73 eV, respectively The theoretical methods used in this study to describe satisfactorily this behavior, whose maximum absorption is of approximately 1,28 eV for CDM and 1,74 eV for BDT, these results had been obtain from the polymeric chains formed by 5 monomers units, demonstrating that the geometric conformations of the polymeric chains simulated are equiprobability, proving the trustworthiness of the methods used in our investigation. In general lines, the results presents to demonstrate that the organic composites investigated are good candidates for employ in nanostructured organic devices applied in the molecular electronics and new technology of materials.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-01-09T18:01:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseSensorBaseado.pdf: 9355617 bytes, checksum: 3c041272519d05def781872933c270d1 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-11T12:46:19Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseSensorBaseado.pdf: 9355617 bytes, checksum: 3c041272519d05def781872933c270d1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-11T12:46:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseSensorBaseado.pdf: 9355617 bytes, checksum: 3c041272519d05def781872933c270d1 (MD5) Previous issue date: 2016-07-05 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Sensores SPR são dispositivos fotônicos baseados na ressonância de superfície de plasma (SPR), que consiste na oscilação longitudinal coletiva do gás de elétrons livres na interface entre um metal e um dielétrico. Devido sua sensível resposta a estímulos superficiais, o uso de sensores SPR tem sido relatado para diversas aplicações. Neste trabalho, avalia-se um sensor SPR acoplado a um arranjo periódico de nanopartículas metálicas, o que pode representar a imobilização superficial de nanopoluentes metálicos gerados, por exemplo, a partir do processo de fabricação de nanocomponentes. A estrutura multicamada do sensor SPR é composta por um prisma, um filme fino de ouro e uma camada de SiO2. Analisa-se teoricamente a resposta do sensor a variações no arranjo de nanopartículas por um modelo analítico, baseado na permissividade efetiva de Maxwell Garnett e no coeficiente de reflexão generalizado para estrutura multicamadas planares. O modelo analítico é validado pela comparação com resultados experimentais e numéricos, mostrando grande precisão para determinada faixa de valores dos parâmetros do arranjo periódico. Avaliar os modos de onda permitidos na estrutura do sensor e otimizar a estrutura multicamada para detecção e caracterização de parâmetros estáticos das nanopartículas metálicas, constituem os principais objetivos das análises teóricas desenvolvidas neste trabalho. / SPR sensors are photonic devices based on surface plasma resonance (SPR), which consists of longitudinal collective oscillation of free electron gas at the interface between a metal and a dielectric. Due to its surface stimuli sensitive response, the use of SPR sensors has been reported for various applications. In this paper, we evaluate an SPR sensor coupled to the periodic array of metal (gold) nanoparticles, which can represent the surface immobilization of metal nanopollutants generated, for example, from the nanocomposites manufacturing process. The the SPR sensor multilayer structure is compounded by a prism, a gold thin film and a SiO2 layer. The sensor response to variations in the nanoparticles array is theoretically analyzed by an analytical model based on the effective permittivity of Maxwell Garnett and the generalized reflection coefficient for planar multilayer structure. The analytical model is validated by comparison with experimental and numerical results, showing great accuracy for a given range of values of the periodic array parameters. The evaluation the allowed wave modes of the sensor structure and the multi-layer structure optimization, for the detection and characterization of static parameters of metal nanoparticles, are the main objectives of the analysis developed in this work.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-26T12:42:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 2727348 bytes, checksum: a414e667d193951d8b86c745ce1c6020 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-26T13:03:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 2727348 bytes, checksum: a414e667d193951d8b86c745ce1c6020 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-26T13:03:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 2727348 bytes, checksum: a414e667d193951d8b86c745ce1c6020 (MD5) Previous issue date: 2015-02-06 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O monitoramento de parâmetros ambientais é importante na preservação do meio ambiente. O desenvolvimento de sistemas tecnologicamente avançados para a medição de parâmetros físicos pode permitir a detecção antecipada de fatores nocivos ao meio ambiente. Por exemplo, sistemas de medição de índice de refração e temperatura permitem detectar poluição térmica e química na água de rios. Medição de curvatura ou inclinação é importante na previsão de fenômenos naturais que possam causar danos ao ser humano, tais como deslizamentos de encostas e sismos. Essa tese investiga sensores baseados em fibra óptica afunilada para monitoramento de parâmetros ambientais. A tecnologia investigada é baseada em fibra óptica monomodo padrão com seção afunilada que faz uso do campo evanescente para detectar alterações no ambiente externo, tais como índice de refração, temperatura e curvatura. Esse tipo de dispositivo é analisado através de simulações numéricas e medidas experimentais. A modelagem numérica é feita através do método de propagação de feixe por diferenças finitas (FD-BPM, finite difference beam propagation method). É comprovado numérica e experimentalmente que o interferômetro de Michelson em fibra óptica afunilada submetida à curvatura apresenta uma intensificação na sensibilidade à variação de índice de refração em comparação com o dispositivo não curvado. Medidas experimentais indicam que esse tipo de dispositivo tem também grande potencial como sensor de temperatura. Resultados numéricos, baseados no FD-BPM, indicam que é possível otimizar os parâmetros do afunilamento na fibra óptica para melhorar sua sensibilidade à curvatura em termos de potência transmitida. / The monitoring of environmental parameters is important in preserving the environment. The development of technologically advanced systems for measuring physical parameters allows the early detection of harmful environmental factors. For example, refractive index and temperature measurement systems can detect thermal and chemical pollution in rivers water. Curvature or tilt measurement is important in predicting natural phenomena that may cause damage to human beings, such as landslides and earthquakes. This thesis investigates sensors based on tapered optical fiber for monitoring environmental parameters. The investigated technology is based on standard single-mode optical fiber with tapered section that makes use of the evanescent field to detect changes in the external environment, such as refractive index, temperature and curvature. This type of device is analyzed through numerical simulations and experimental measurements. The numerical modeling is performed using finite difference beam propagation method (FD-BPM). It is numerically and experimentally demonstrated that once tapered optical fiber Michelson interferometer is subjected to bending the sensitivity to refractive index change is enhanced in comparison with the not bent device. Experimental measurements indicate that this type of device has great potential as a temperature sensor. Numerical results, based on FD-BPM, indicate that it is possible to optimize the taper parameters in optical fiber to improve its sensitivity to bending in terms of transmitted power.

INEO / Materiais nanoestruturados, com base em ZnO tem recebido um interesse considerável por causa de suas aplicações em dispositivos optoeletrônicos. Por exemplo, em uma célula solar polimérica, devido à sua baixa função trabalho, elevada mobilidade eletrônica, excelente transparência óptica e natureza ambientalmente amigável, o ZnO torna-se a camada de transporte de elétrons mais utilizada nas células solares polimérica invertidas. Este trabalho visa proporcionar uma visão nos parâmetros que determinam a morfologia de nanopartículas de ZnO e sua influência em células solares invertidas com base em ZnO e P3HT/PCBM. Primeiro, nanopartículas de ZnO foram sintetizadas por hidrólise e condensação de acetato de zinco dihidratado por meio da rota do poliol (com e sem adição de água durante a síntese) ou utilizando o NaOH. Em seguida as técnicas de: difração de raios x (XRD), espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FT-IR), espectroscopia de fotoluminescência, microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e microscopia eletrônica de varredura com efeito de campo (FE-SEM) foram empregadas para estudar as características químicas e a morfologia do ZnO. Os resultados de XRD mostraram que as nanopartículas obtidas eram compostas da fase hexagonal wurtzita. O pico em 435 cm-1 identificado nos espectros de FT-IR indica a característica banda vibracional do ZnO e em 3380, 1643 e 1102 cm-1 as transições vibracionais do poliol, sugerindo que o poliol está passivando a superfície de óxido. Os espectros de fotoluminescência das amostras de ZnO, que foram sintetizados em diferentes condições, mostraram o mesmo comportamento, indicando que os defeitos no óxido podem ser devido a vacâncias de zinco e oxigênio. Foi observado que a morfologia é dependente o poliol utilizado na síntese. Para as amostras sintetizadas com etileno glicol (EG) observou-se que a morfologia muda de nanopartículas para nanobastões com a adição de água à síntese. Os dados da relação de intensidade de picos relativo de I002/I100, nos difratogramas, sugerem o crescimento preferencial orientado no sentido do eixo-c para as partículas de ZnO com forma de bastões em comparação com as partículas equiaxiais. Poliedros hexagonais e uma estrutura com a forma de folhas foram observados para o ZnO sintetizado usando polietileno glicol (PEG300) e NaOH, respectivamente. Dispositivos foram construídos para todas as amostras de ZnO sintetizado e o melhor resultado foi obtido com ZnO sintetizado com NaOH. Este resultado pode ser devido a melhor empacotamento da camada de ZnO, facilitando o transporte de elétrons. / Nanostructured materials based on ZnO has received considerable interest because of their application in optoelectronic devices. For example, in polymeric solar cell (PSC), due to its low work function, high electron mobility, excellent optical transparency, and environmentally friendly nature, ZnO becomes the most widely used electron transport layer (ETL) in the inverted PSCs. This work aims at providing an insight in the parameters that determine the morphology of ZnO nanoparticles and their influence onto inverted solar cells based on ZnO and P3HT/PCBM. First, ZnO nanoparticles were synthesized by hydrolysis and condensation of zinc acetate dihydrate by polyol route (with and without water addition during the synthesis) or using NaOH. Then, X-ray diffraction (XRD), infrared and photoluminescence spectroscopies, transmission electron microscopy (TEM) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) were employed to study the chemical characteristic and the morphology of the ZnO. XRD results showed that the nanoparticles obtained were composed of hexagonal wurtzite phase. FT-IR spectra peak at 435 cm-1 indicated characteristic vibrational band of ZnO and at 3380, 1643 and 1102 cm-1 the vibrational transitions of the polyol, suggesting that the polyol is bonded to the oxide surface. The photoluminescence spectra of the ZnO samples, which were synthesized at different conditions, showed the same behavior, indicating that the defects states in the oxide could be due zinc and oxygen vacancies. The morphology is dependent on the polyol employed in the synthesis. For the samples synthesized with ethylene glycol (EG) was observed that the morphology change from nanoparticle to nanorods with the addition of water in the synthesis. The data of relative XRD peak intensity ratio of I002/I100 suggest the preferred c-axis oriented growth for the rod-shaped ZnO particles compared to the equiaxial particles. A hexagonal and a “flake” structure were observed for the ZnO synthesized using polyethylene glycol (PEG300) and NaOH, respectively. PSCs were built for all samples of ZnO synthesized and the best result was obtained with ZnO synthesized with NaOH. This result may be due to the better packaging of the ZnO layer, facilitating the electron transport.

INEO / Materiais nanoestruturados, com base em ZnO tem recebido um interesse considerável por causa de suas aplicações em dispositivos optoeletrônicos. Por exemplo, em uma célula solar polimérica, devido à sua baixa função trabalho, elevada mobilidade eletrônica, excelente transparência óptica e natureza ambientalmente amigável, o ZnO torna-se a camada de transporte de elétrons mais utilizada nas células solares polimérica invertidas. Este trabalho visa proporcionar uma visão nos parâmetros que determinam a morfologia de nanopartículas de ZnO e sua influência em células solares invertidas com base em ZnO e P3HT/PCBM. Primeiro, nanopartículas de ZnO foram sintetizadas por hidrólise e condensação de acetato de zinco dihidratado por meio da rota do poliol (com e sem adição de água durante a síntese) ou utilizando o NaOH. Em seguida as técnicas de: difração de raios x (XRD), espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FT-IR), espectroscopia de fotoluminescência, microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e microscopia eletrônica de varredura com efeito de campo (FE-SEM) foram empregadas para estudar as características químicas e a morfologia do ZnO. Os resultados de XRD mostraram que as nanopartículas obtidas eram compostas da fase hexagonal wurtzita. O pico em 435 cm-1 identificado nos espectros de FT-IR indica a característica banda vibracional do ZnO e em 3380, 1643 e 1102 cm-1 as transições vibracionais do poliol, sugerindo que o poliol está passivando a superfície de óxido. Os espectros de fotoluminescência das amostras de ZnO, que foram sintetizados em diferentes condições, mostraram o mesmo comportamento, indicando que os defeitos no óxido podem ser devido a vacâncias de zinco e oxigênio. Foi observado que a morfologia é dependente o poliol utilizado na síntese. Para as amostras sintetizadas com etileno glicol (EG) observou-se que a morfologia muda de nanopartículas para nanobastões com a adição de água à síntese. Os dados da relação de intensidade de picos relativo de I002/I100, nos difratogramas, sugerem o crescimento preferencial orientado no sentido do eixo-c para as partículas de ZnO com forma de bastões em comparação com as partículas equiaxiais. Poliedros hexagonais e uma estrutura com a forma de folhas foram observados para o ZnO sintetizado usando polietileno glicol (PEG300) e NaOH, respectivamente. Dispositivos foram construídos para todas as amostras de ZnO sintetizado e o melhor resultado foi obtido com ZnO sintetizado com NaOH. Este resultado pode ser devido a melhor empacotamento da camada de ZnO, facilitando o transporte de elétrons. / Nanostructured materials based on ZnO has received considerable interest because of their application in optoelectronic devices. For example, in polymeric solar cell (PSC), due to its low work function, high electron mobility, excellent optical transparency, and environmentally friendly nature, ZnO becomes the most widely used electron transport layer (ETL) in the inverted PSCs. This work aims at providing an insight in the parameters that determine the morphology of ZnO nanoparticles and their influence onto inverted solar cells based on ZnO and P3HT/PCBM. First, ZnO nanoparticles were synthesized by hydrolysis and condensation of zinc acetate dihydrate by polyol route (with and without water addition during the synthesis) or using NaOH. Then, X-ray diffraction (XRD), infrared and photoluminescence spectroscopies, transmission electron microscopy (TEM) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) were employed to study the chemical characteristic and the morphology of the ZnO. XRD results showed that the nanoparticles obtained were composed of hexagonal wurtzite phase. FT-IR spectra peak at 435 cm-1 indicated characteristic vibrational band of ZnO and at 3380, 1643 and 1102 cm-1 the vibrational transitions of the polyol, suggesting that the polyol is bonded to the oxide surface. The photoluminescence spectra of the ZnO samples, which were synthesized at different conditions, showed the same behavior, indicating that the defects states in the oxide could be due zinc and oxygen vacancies. The morphology is dependent on the polyol employed in the synthesis. For the samples synthesized with ethylene glycol (EG) was observed that the morphology change from nanoparticle to nanorods with the addition of water in the synthesis. The data of relative XRD peak intensity ratio of I002/I100 suggest the preferred c-axis oriented growth for the rod-shaped ZnO particles compared to the equiaxial particles. A hexagonal and a “flake” structure were observed for the ZnO synthesized using polyethylene glycol (PEG300) and NaOH, respectively. PSCs were built for all samples of ZnO synthesized and the best result was obtained with ZnO synthesized with NaOH. This result may be due to the better packaging of the ZnO layer, facilitating the electron transport.

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

Durante as últimas três décadas, a epitaxia por feixe molecular se estabeleceu como uma técnica excelente para o crescimento de camadas semicondutoras de alta qualidade, tanto para a construção de dispositivos quanto para a pesquisa básica. No entanto ainda não existe um método universalmente aceito para obter-se camadas dopadas do tipo p nesta técnica de crescimento. Neste trabalho, estudamos, otimizamos e comparamos três diferentes métodos para a dopagem de camadas de GaAs do tipo p. Dois desses métodos exploraram o caráter anfotérico do silício em substratos de GaAs(311)A (através da mudança das condições de crescimento) e GaAs(100) (aplicando uma nova técnica chamada epitaxia assistida por gotas (droplets) de gálio). O terceiro método foi baseado no uso do carbono, cujas propriedades como dopante do tipo p são bem conhecidas em outras técnicas de crescimento epitaxial, mas pouco estudadas na epitaxia por feixe molecular. Para verificar a qualidade das camadas dopadas obtidas, crescemos estruturas como poços quânticos parabólicos com alta mobilidade de buracos e dispositivos optoeletrônicos como diodos emissores de luz e laseres. / During the last three decades, molecular-beam epitaxy has emerged as an excellent technique for the growth of high-quality semiconductor layers both for device construction and for basic research. In spite of this fact, there is still a lack of a universally accepted method to obtain p-type doped layers by this growth technique. In this work, we studied, optimized and compared three different methods to get p-type GaAs layers. Two of these methods exploited the amphoteric behavior of silicon atoms both on GaAs(311)A (by changing the growth conditions) and on GaAs(100) (by employing a new growth mode called droplet-assisted epitaxy) substrates. The third method was based on the use of carbon, whose properties as a p-type dopant in GaAs layers are well known in other epitaxial techniques but scarcely investigated in molecular-beam epitaxy. In order to check the quality of the doped layers, we grew structures like high hole-mobility parabolic quantum wells and optoelectronic devices like light-emitting diodes and lasers.

CAPES / Este trabalho tem como eixo principal as redes PON (Passive Optical Network), pois, por não terem partes ativas entre a OLT (Optical Line Terminal) e as ONU (Optical Network Units), são a opção mais interessante atualmente para redução dos custos das comunicações ópticas. Foram analisadas as ONUs incolores (trabalham em qualquer comprimento de onda), e dentro deste tema foram feitas simulações e ensaios experimentais em fontes ópticas de baixo custo (todas com encapsulamento TO), de forma a demonstrar o desempenho delas dentro das redes PONs. Foram propostas duas novas ONUs: uma com auto realimentação interna para o sinal semente e outra para ser utilizada em uma configuração de RoF (Radio Over Fiber) que utiliza RSOAs de baixo custo e consegue transmitir canais em SCM até QAM1024. / This work has as a main axis the Passive Optical Networks (PON). It does not have active parts between the Optical Line Terminal (OLT) and Optical Network Units (ONUs) and it is currently the most interesting option for reducing optical communication costs. Colorless ONUs , those that work at any wavelength, were analyzed and simulations and experimental tests in low-cost optical sources (TO encapsulation s) were made in order to demonstrate the performance of these PON equipments . Two new ONUs were proposed: one with internal selfseed feedback and another one in a Radio Over Fiber (RoF) configuration which uses low cost RSOAs and can transmit SCM channels to 1024QAM formats.