QUEIROZ, A. S. B. Estudo do desempenho de componentes baseados em fibras ópticas especiais: fibras de cristal fotônico e de metamateriais e suas aplicações em comunicações. 177 f. 2015. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-01-12T18:36:48Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_asbqueiroz.pdf: 10964326 bytes, checksum: a2f971ecb60afe28a749c0d2ffd5fbc2 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-01-13T16:57:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_asbqueiroz.pdf: 10964326 bytes, checksum: a2f971ecb60afe28a749c0d2ffd5fbc2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-13T16:57:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_asbqueiroz.pdf: 10964326 bytes, checksum: a2f971ecb60afe28a749c0d2ffd5fbc2 (MD5) Previous issue date: 2015-11-26 / In this paper we present a numerical study of the Sagnac interferometer based on photonic crystals and optical coupler metamaterial. In the simulation of the interferometer effects of light propagation were analyzed, considering the dispersion of the group velocity (GVD) and third order (TOD), intrapulse Raman scattering, self-slope (self-steepening) and self-modulation phase in the generalized non-linear Schrödinger equation. The first time the study was conducted for four power division ratio of factors incident in one of the device ports and three dimensions for the device ring length. To characterize the system performance, were analyzed the transmission curves, extinction ratio, crosstalk and compression factor of the transmitted pulse. In the second moment, the performance of the non-linear switching was observed for obtaining gate under Pulse Amplitude Modulation (PAM). Exciting the two device input ports with logical levels "0" and "1", observing their behavior in one of the device outputs. Initially, the modulation is varied adjustment parameter (| ε |), obtaining only the logical OR gate. And in a second application, the fixed modulation parameter remained and was varied the phase of the input ports 0 to 2π rad, lying type logic gate OR, AND and XOR. The characteristics of a metamaterial guide that has the real part of electrical permittivity and magnetic permeability negatives were also studied. This metamaterial guide is coupled to a conventional guide, observing the transmission characteristics and critical power of this type of coupler and compared with a conventional coupler. For this analysis we used a decreasing automodulation profile linearly with five minimum, observing a hysteresis behavior. / Neste trabalho foi realizado um estudo numérico do interferômetro de Sagnac baseado em cristais fotônicos e de acoplador óptico de metamaterial. Na simulação do interferômetro foram analisados os efeitos da propagação da luz, considerando-se a dispersão de velocidade de grupo (GVD) e de terceira ordem (TOD), espalhamento Raman intrapulso, auto-inclinação (Self-steepening) e auto-modulação de fase na equação não linear de Schrödinger generalizada. No primeiro momento foi realizado o estudo para quatro fatores de razão de divisão da potência incidente em uma das portas do dispositivo e três dimensões para o comprimento do anel do dispositivo. Para caracterizar o desempenho do sistema, foram analisadas as curvas de transmissão, taxa de extinção, crosstalk e fator de compressão do pulso transmitido. No segundo momento, foi verificada a performance do chaveamento não-linear para obtenção de porta lógica sob Modulação por Amplitude de Pulsos (PAM). Excitando-se as duas portas de entrada do dispositivo com níveis lógicos "0" e "1", observando o seu comportamento em uma das saídas do dispositivo. Inicialmente, variou-se o parâmetro de ajuste da modulação (|ε|), obtendo-se apenas a porta lógica OR. E, em uma segunda aplicação, manteve-se o parâmetro da modulação fixa e variou-se a fase de uma das portas de entrada, de 0 a 2π rad, encontrando-se portas lógicas do tipo OR, AND e XOR. Também foram estudadas as características de um guia metamaterial que possui a parte real da permissividade elétrica e da permeabilidade magnética negativas. Esse guia metamaterial é acoplado com um guia convencional, observando-se as características de transmissão e potência crítica desse tipo de acoplador e, comparando-se com um acoplador convencional. Para essa análise foi utilizado um perfil de automodulação decrescente linearmente com cinco valores mínimo, observando-se um comportamento de histerese.

BASTOS, A. M. Estudo de acopladores de fibra óptica tradicional e de cristal fotônico e aplicações: geração de portas lógicas e sensor de corrente elétrica. 2015. 135 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-10-19T14:05:25Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_ambastos.pdf: 6661580 bytes, checksum: 13c053ed967320aff553a7deee08be42 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-10-27T11:57:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_ambastos.pdf: 6661580 bytes, checksum: 13c053ed967320aff553a7deee08be42 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-27T11:57:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_ambastos.pdf: 6661580 bytes, checksum: 13c053ed967320aff553a7deee08be42 (MD5) Previous issue date: 2015-07-24 / In this work, a numerical analysis to obtain gates in coupler symmetrical nonlinear (NLDC) in photonic crystal fibers (PCF), which in cross section is formed with periodic array of air holes, operating in light pulse ultrashort as solitons, lasting 100fs (fentosegundos). The pulses in pulse amplitude modulation formats were investigated (WFP), with amplitude shift keying (ASK), in order to obtain logic gates in the triple NLDC PCF-planar symmetrical. In this paper we use double couplers fiber optic in setting up a Mach-Zenhder Interferometer to build a current sensor, its functionality is applied to investigate the quality alternating current, whether in the generation, transmission or distribution of electricity. Since the interferometer of Mach-Zenhder uses a mechanical agent, agent will use the same for constructing the current sensor constituted of a piezoelectric. In making the comparison of the two sensors, we can allocate its usability in different consumers / Apresentamos neste trabalho, uma analise numérica para obtenção de portas lógicas em acoplador não-linear simétrico (NLDC) em fibras de cristal fotônico (PCF), que em sua secção transversal é formada com matriz periódica de buracos de ar, operando em pulso de luz ultracurtos na forma de sólitons, com duração de 100fs (fentosegundos). Foram investigados formatos dos pulsos em modulação por amplitude de pulso (PAM), com chaveamento de mudança de amplitude (ASK), com objetivo de obter portas lógicas no NLDC-PCF triplo planar simétrico. Neste trabalho usamos acopladores duplos de fibra óptica na constituição de um Interferômetro Mach-Zenhder para construir um sensor de corrente, sua funcionalidade é aplicada para investigar a qualidade da corrente alternada, quer seja na geração, transmissão ou distribuição de energia elétrica. Como o interferômetro de Mach-Zenhder usa um agente mecânico, usaremos o mesmo agente para construir o sensor de corrente constituído de um Piezelétrico. Ao fazer o comparativo dos dois sensores, podemos destinar sua usabilidade em diferenciados consumidores

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KennyMBO_Capa_ate_pag28.pdf: 7875913 bytes, checksum: 15d556bf40b014e94b70adc7ea676842 (MD5) Previous issue date: 2002-03-15 / The main purpose of this dissertation, consists of the study and analysis of the PBG (Photonic Band Gap )..tecnology incorporated in optical fiber structures. So, we'l1 present a complete PBG structure theory, and folowing this, we'l1 present also a chapter for convencional optical fiber, due to the need to construct the base theory of them, and latter a more complete work about photonic crystal fiber. Finaly, we'l1 show the results of the signals , dispersion, and obtained curves under the right dimensions according to the required signals, for convencional optical and photonic crystal fiber. Knowing that PBG crystals with low losses act as perfect mirrors for forbidden frequences and knowing that the persence of structures of PBG as substrates, brings some desirable characteristics such as spontaneous emition supression and superficial waves. We' 11 show according to these characteristics its applications in telecomunication. Therefore, the enphasis of this work is to show that the optical fibers are the only practible thing to integrate the enormous quantity of data and video at intemet' s market, developing, manipulating, changing, and multiplexing the optical fibers chanels in an area where we expect that the photonic crystals has an important hole, since the photonic crystals can be projected and made to avoid losses in the bands of certain wavelength which permits the increase in efficiency ofthe optical components projected with crystals. A sequence of this work would be the utilisation of the PBG structures in the new system of optical network without fiber developed by Bell laboratories of the lucent tecnology, last year using light rays for transmiting information through the air. The new system of optical networks without fiber will permit sending the data of 15 cd-rooms in less then one second, what represents 65 times more information than those transmitted through the actual radio frequences / O principal objetivo desta disserta??o consiste no estudo e an?lise da tecnologia PBG (Photonic Band Gap) incorporada na estrutura da fibra ?ptica. Sendo assim ser? apresentada toda uma teoria de estruturas PBG e em seguida ser? apresentado um cap?tulo de fibra ?tica convencional devido a necessidade da constru??o de uma base da teoria destas, para assim um posterior detalhamento da fibra de cristal fot?nico. Finalizando mostraremos os resultados de sinais com a presen?a destas estruturas, dispers?es em fun??o de espa?amento entre fibras e demais curvas obtidos para as devidas dimens?es de acordo com o sinal requerido. Assim como uma compara??o entre curvas plotadas para a fibra ?tica convencional e para a fibra de cristal fot?nico. Tendo em vista que cristais PBG com baixas perdas agem como espelhos perfeitos para faixas de freq??ncias proibidas, e sabendo que a presen?a de estruturas PBG (Photonic Band Gap) como substratos proporcionam certas caracter?sticas desej?veis, tais como a supress?o de emiss?o espont?nea e de ondas superficiais, s?o mostradas aplica??es dentro das telecomunica??es. A ?nfase deste trabalho ? mostrar que a fibra ?tica ? a ?nica escolha vi?vel para integrar as grandes quantidades de sinais de dados e v?deo no mercado de Internet desenvolvido, manipulando, mudando e multiplexando canais de fibras ?ticas, uma ?rea onde o cristal fot?nico tem um papel importante. Os cristais fot?nicos podem ser projetados e fabricados de maneira que n?o tenham nenhuma perda nas bandas de certos comprimentos de ondas solicitado, o que permite o aumento da efici?ncia de componentes ?pticos projetados com base no cristal. Uma seq??ncia deste trabalho ? a utiliza??o de estruturas PBG nos transmissores ?pticos do novo sistemas de rede ?ptica sem fibra desenvolvido pelos Laborat?rios BelI da Lucent Technologies no ano passado. S?o utilizados raios de luz para transmitir a informa??o diretamente pelo ar. O novo sistema de redes ?pticas "sem fibras" possibilita o envio de dados contidos em 15 CD-ROMs em menos de um segundo, o que representa 65 vezes mais informa??o do que podem transmitir as freq??ncias atuais de r?dio

Orientador: Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-08-14T18:48:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chesini_Giancarlo_M.pdf: 4393028 bytes, checksum: cd402e08666717100399e5c4d9465306 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho de mestrado apresentamos o estudo e desenvolvimento de dispositivos óticos totalmente à fibra. Para isso, exploramos as novas possibilidades trazidas pelo advento das fibras de cristal fotônico (PCF's, do inglês Photonic Crystal Fibers). As PCF's são uma classe especial de fibras óticas que apresentam uma estrutura regular de buracos de ar na sua seção transversal, semelhante a um cristal fotônico. As fibras de cristal fotônico, além de apresentarem as vantagens inerentes às fibras óticas tradicionais, possuem novos graus de liberdade intrínsecos. Entre eles, o mais importante é a possibilidade de alterar fortemente as características da fibra através, apenas, do arranjo de buracos. Aqui, desenvolvemos uma fibra de cristal fotônico com dois buracos externos à microestrutura para integração de eletrodos. Posteriormente, um desses eletrodos foi exposto, polindo-se a lateral da fibra, e contato elétrico foi realizado. O elemento de controle do dispositivo ótico é a corrente elétrica que, aplicada ao eletrodo, o esquenta e o faz expandir via efeito Joule. O aumento de temperatura e a compressão causada pela expansão do eletrodo alteram o índice de refração e, portanto, a birrefringência da fibra. Foram realizadas, ainda, simulações utilizando o software comercial Comsol Multiphysics com o objetivo de entender a influência da temperatura e da compressão mecânica no modo ótico guiado pela fibra, bem como encontrar maneiras de otimizar o dispositivo em questã / Abstract: In this work we present a study and the development of all-fiber optical devices. For this purpose we exploited the new possibilities brought by the development of Photonic Crystal Fibers. PCF's are special kind of optical fibers with a regular pattern of air holes in their transverse section, resembling a photonic crystal. Photonic Crystal Fibers not only have the inherent advantages of traditional optical fibers but they have new intrinsic degrees of freedom. Among them, we can quote the possibility of strongly altering the fiber characteristics through the design of the air holes pattern. Here, we developed a photonic crystal fiber with two extra holes for electrode integration. One of these electrodes was exposed by side polishing the fiber and electrical contact to an external circuit was made. The contrai element of the optical device is the electrical current which, when applied to the electrode, heats it up and make it expand by Joule effect. The temperature increase and the compression caused by the electrode expansion alter the refractive index and, consequently, the fiber birefringence. We algo numerically studied the problem through Com sol software. The objective here was to understand the influence of temperature and stress on the light guided mode. In conclusion, we demonstrated in this work the creation of an all-fiber device based on the integration of electrodes to photonic crystal fibers where the element of contrai is the electrical current applied to the electrodes. We algo studied how to improve the parameters concerning the device operation / Mestrado / Física Geral / Mestre em Física

Orientadores: Luiz Carlos Barbosa, Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T19:12:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_ElianeMourados_M.pdf: 4020531 bytes, checksum: 57766702771129e7f4bfe1d0c7852f67 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho apresenta estudos de como inserir fluidos (líquidos e gases) em fibras ópticas microestruturadas, especialmente fibras de cristal fotônico, também conhecidas como PCF¿s (do inglês Photonic Crystal Fibers). Estas fibras possuem buracos de ar que percorrem todo seu comprimento. Elas podem ser divididas em dois grandes grupos: as de núcleo sólido que guiam luz por reflexão interna total e as de núcleo oco que guiam luz por um mecanismo conhecido como photonic bandgap. Ambos os tipos de fibras permitem várias aplicações em áreas como óptica e fotônica e nos dedicamos aqui à área de sensoriamento a fibra. Nesta área, usamos os microburacos para inserir fluido e dessa maneira manipular as propriedades de guiamento (em fibras de núcleo líquido), deixar a fibra mais sensível a algum parâmetro externo ou para sensoriar o fluido em questão. Nos três casos, precisamos estudar os processos de preenchimentos de fibras microestruturadas. Para este fim, estudamos e desenvolvemos maneiras de inserir fluidos em fibras de núcleos sólidos ou ocos. Usando preenchimento seletivo, produzimos fibras com núcleo líquido, criando uma região de alta interação entre luz e material. Neste trabalho, estudamos diferentes técnicas de preenchimento. A primeira, para fibras de núcleo líquido, é um preenchimento seletivo que pode ser feito usando uma máquina de emendas (splicer) ou um polímero para bloquear os microburacos. O outro consiste em manter as pontas das fibras livres (para medidas ópticas) enquanto o preenchimento é feito. Por fim, usamos o conhecimento desses processos em aplicações como sensoriamento de fluidos ou parâmetros externos e manipulação de propriedades de guiamento da luz / Abstract: This work presents studies of how to insert fluids (liquid and gas) into microstructured optical fibers, especially photonic crystal fibers, also known as PCF¿s. These optical fibers possess air holes that run along its entire length. They can be divided into two major groups: solid core fibers that guide light by total internal reflection and hollow core fibers that guide light by photonic bandgap. Both types of fibers allow several applications in areas such as optics and photonics and we dedicated this work to the fiber-sensing field. In this area we use the micro holes to insert fluids and in this way to manipulate the guidance properties in liquid core fibers, to leave the fiber more sensitive to some external parameter or to sensing the fluid. In these three cases we need to study the filling procedures in microstructured fibers. For this purpose, we studied and developed ways of inserting fluids in hollow and solid core fibers. We produced liquid core fibers, creating a high light-material overlap, using a selective filling technique. In this work we studied different filling techniques. The first one, for liquid core fibers, is a selective filling, which can be done by using a splicer machine or a polymer to block the fiber micro holes. The last one consists of keeping the fiber tips free (for optical measurements) while the filling is done. And finally we used the filling process knowledge in applications like sensing of fluids or external parameters and manipulation of guidance properties / Mestrado / Física Geral / Mestre em Física

Orientadores: Cristiano Monteiro de Barros Codeiro, Marcos Antonio Ruggieri Franco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-20T13:14:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ValenzuelaEspinel_YovannyAlexander_M.pdf: 51370027 bytes, checksum: 2f925ea5d4b6a8642e1244ad21e8e82b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Foram realizados estudos sobre o controle de propriedades ópticas, por meio de pressão, e sensibilidade à pressão com fibras de cristal fotônico (PCF). No primeiro caso foi demonstrado por meio de simulações, uma nova forma para obter e sintonizar com pressão hidrostática externa o estado monomodo e única polarização em fibras PCF de polimetilmetacritalo (PMMA). Em relação à sensibilidade à pressão hidrostática, o comportamento espectral do coeficiente de sensibilidade de varias fibras PCF em sílica, Cs = (?? / ?P) (onde ?? é a variação num mínimo do espectro de transmissão de uma fibra PCF que acontece quando a pressão hidrostática externa muda em LlP), é calculado teoricamente e corroborado experimentalmente. Com a finalidade de estudar teoricamente o coeficiente Cs, a birrefringência de grupo e a sensibilidade da birrefringência modal de fase à pressão são simuladas para as fibras. Expressões analíticas do coeficiente Cs na aproximação de primeira e segunda ordem são calculadas. Nas duas aproximações é confirmado um aumento do Cs para comprimentos de onda no visível devido à birrefringência de grupo. Para baixas pressões, tal comportamento é corroborado experimentalmente. Segundo a literatura apresentada até agora a possibilidade de otimizar o coeficiente Cs, fazendo uso da birrefringência de grupo no visível e ao mesmo tempo incorporando geometrias com uma alta anisotropia geométrica para aumentar a sensibilidade da birrefringência modal de fase à pressão, não tem sido explorada. Na aproximação de segunda ordem do coeficiente Cs são incorporadas as mudanças do comprimento de onda e da pressão e são comparadas com a aproximação de primeira ordem. Cálculos analíticos foram feitos e apresentados nos Apêndices B e C. As equações do efeito fotoelástico, determinantes para realizar as simulações com o software (COMSOL 3.5a), são apresentadas no Apêndice B, relações que descrevem o coeficiente Cs de fibras PCF são apresentadas no (Apêndice C) / Abstract: Abstract Studies about both the active control of optical properties by means of external hydrostatic pressure and pressure sensitivity in photonic crystal fibers (PCFs) were made. In the first case, a new form to obtain and tune, by using pressure, the single-mode single-polarization state in microstructured polymer optical fibers (mPOFs) is demonstrated by simulations. In relation to pressure sensitivity, the spectral behavior of the sensitivity coefficient of some PCFs in silica, Cs = (?? / ?P) (where ?? é is the change in a minimum of the transmission spectrum for a PCF as a consequence of the change in the external hydrostatic pressure 11P that is applied on the fiber), is calculated and corroborated experimentally. In order to investigate the coefficient Cs, the group birefringence and the sensitivity of phase modal birefringence to pressure are calculated in the fibers. Analytical expressions for the coefficient Cs in the first and second order approximation are calculated. In these two approximations an increase of the coefficient Cs is confirmed to wavelengths in the visible. To low pressures this behavior is corroborated experimentally. At the best of our knowledge, the possibility to optimize the coefficient (Cs) by using the group birefringence and geometries with high geometric anisotropy to enhancing the sensitivity of phase modal birefringence to pressure has not been investigated. In the coefficient Cs with the second order approximation are incorporated the changes of the wavelength and pressure and are compared with the first approximation. On the other hand, analytic calculates are realized in the Appendixes B and C. The equations related to the photoelastic effect were calculates (Appendix B). Finally, the relations that describing the behavior of pressure sensitivity also were calculates (Appendix C) / Mestrado / Física / Mestra em Física

Este trabalho de doutoramento propôs investigar novas configurações geométricas para as fibras ópticas microestruturadas a base de sílica. Aproveitando-se da flexibilidade que sua geometria proporciona, diferentes das fibras ópticas convencionais, foram propostas fibras ópticas microestruturadas com perfil tipo D atuando, especificamente, em duas aplicações distintas: fibras compensadoras de dispersão ou fibras altamente birrefringentes. Para o estudo teórico das fibras ópticas microestruturadas foram utilizados dois métodos numéricos: o método da Sobre-Relaxação Sucessiva (SOR) e o método de Arnoldi Implicitamente Reiniciado (IRAM). Foi necessário implementar o método IRAM para determinar os modos de mais alta ordem presentes em guias de onda multimodos, uma vez que o método SOR fornece apenas a solução para o modo fundamental. Neste contexto, as fibras ópticas microestruturadas com perfil D, propostas e investigadas neste trabalho, demonstraram ser extremamente promissoras para atuar na compensação da dispersão cromática ou no aumento do efeito da birrefringência. Foram projetadas fibras capazes de compensar a dispersão em banda larga, cobrindo as bandas de telecomunicações S, C e L, ou, ainda, fibras com um alto coeficiente de dispersão negativo em torno do comprimento de onda de 1550nm. Adicionalmente, verificou-se também que com as novas configurações propostas foi possível projetar fibras com elevado grau de birrefringência, sendo atrativas no projeto de fibras mantedoras do estado de polarização. / This work proposed to investigate new geometric configurations for the silica microstructured optical fibers. Based on their design flexibility, not usually found in conventional silica fibers, D-shape microstructured optical fibers were designed, specifically, for two different applications: dispersion compensation or high birefringence. For the theoretical analysis two numerical methods were used: the finite difference Successive Over Relaxation (SOR) method, and the Implicitly Restarted Arnoldi Method (IRAM). It was necessary to develop the IRAM method to determine the higher order modes inside the multimodo optical waveguide, since the SOR method is able to yield only the fundamental mode. In this framework, the D-shape microstructured optical fibers, which have been proposed and investigated in this work, proved to be extremely efficient for chromatic dispersion compensation and increasing the birefringent effect. Fibers have been designed in order to compensate the wideband dispersion, covering three entire telecommunication bands, namely: S-, C- and L- bands, simultaneously. Additionally, with these new proposed configurations it is possible to design high birefringent fibers, which are very attractive in polarization maintaining applications.

Neste trabalho é investigada uma nova classe de fibras ópticas, baseada no conceito de cristais fotônicos, denominada fibra microestruturada. Sua geometria particular, com materiais de diferentes índices de refração estruturados de forma periódica, permite uma alta flexibilidade de projeto. Consegue-se, portanto, ajustar, conforme a necessidade, as propriedades de dispersão, área efetiva, perdas por confinamento, entre outras, o que torna estas fibras especialmente úteis para aplicações em comunicações ópticas. Para o estudo das propriedades das fibras microestruturadas foi implementado, em diferenças finitas, o método numérico da sobre relaxação sucessiva - SOR com as três aproximações possíveis para a equação de Helmholtz: escalar, semivetorial e vetorial completa. Adicionalmente, no intuito de melhorar alguns aspectos do formalismo SOR, como precisão e velocidade de convergência, foi proposta a aproximação em diferenças finitas de quarta ordem. / This work investigates a new class of optical fibers based on the photonic crystal concept. The main advantage of these fibers is the flexibility offered by their particular geometry, which is formed by materials of different refractive index periodically arranged in a specific pattern. The dispersion properties of these microstructured optical fibers are analyzed by using the finite difference Successive Over Relaxation (SOR) method, where three different formalisms are implemented under the scalar, semivectorial and full vectorial approximations. Finally, a fourth order approximation for the SOR method is proposed in order to improve the convergence and precision.

Neste trabalho é investigada uma nova classe de fibras ópticas, baseada no conceito de cristais fotônicos, denominada fibra microestruturada. Sua geometria particular, com materiais de diferentes índices de refração estruturados de forma periódica, permite uma alta flexibilidade de projeto. Consegue-se, portanto, ajustar, conforme a necessidade, as propriedades de dispersão, área efetiva, perdas por confinamento, entre outras, o que torna estas fibras especialmente úteis para aplicações em comunicações ópticas. Para o estudo das propriedades das fibras microestruturadas foi implementado, em diferenças finitas, o método numérico da sobre relaxação sucessiva - SOR com as três aproximações possíveis para a equação de Helmholtz: escalar, semivetorial e vetorial completa. Adicionalmente, no intuito de melhorar alguns aspectos do formalismo SOR, como precisão e velocidade de convergência, foi proposta a aproximação em diferenças finitas de quarta ordem. / This work investigates a new class of optical fibers based on the photonic crystal concept. The main advantage of these fibers is the flexibility offered by their particular geometry, which is formed by materials of different refractive index periodically arranged in a specific pattern. The dispersion properties of these microstructured optical fibers are analyzed by using the finite difference Successive Over Relaxation (SOR) method, where three different formalisms are implemented under the scalar, semivectorial and full vectorial approximations. Finally, a fourth order approximation for the SOR method is proposed in order to improve the convergence and precision.

Este trabalho de doutoramento propôs investigar novas configurações geométricas para as fibras ópticas microestruturadas a base de sílica. Aproveitando-se da flexibilidade que sua geometria proporciona, diferentes das fibras ópticas convencionais, foram propostas fibras ópticas microestruturadas com perfil tipo D atuando, especificamente, em duas aplicações distintas: fibras compensadoras de dispersão ou fibras altamente birrefringentes. Para o estudo teórico das fibras ópticas microestruturadas foram utilizados dois métodos numéricos: o método da Sobre-Relaxação Sucessiva (SOR) e o método de Arnoldi Implicitamente Reiniciado (IRAM). Foi necessário implementar o método IRAM para determinar os modos de mais alta ordem presentes em guias de onda multimodos, uma vez que o método SOR fornece apenas a solução para o modo fundamental. Neste contexto, as fibras ópticas microestruturadas com perfil D, propostas e investigadas neste trabalho, demonstraram ser extremamente promissoras para atuar na compensação da dispersão cromática ou no aumento do efeito da birrefringência. Foram projetadas fibras capazes de compensar a dispersão em banda larga, cobrindo as bandas de telecomunicações S, C e L, ou, ainda, fibras com um alto coeficiente de dispersão negativo em torno do comprimento de onda de 1550nm. Adicionalmente, verificou-se também que com as novas configurações propostas foi possível projetar fibras com elevado grau de birrefringência, sendo atrativas no projeto de fibras mantedoras do estado de polarização. / This work proposed to investigate new geometric configurations for the silica microstructured optical fibers. Based on their design flexibility, not usually found in conventional silica fibers, D-shape microstructured optical fibers were designed, specifically, for two different applications: dispersion compensation or high birefringence. For the theoretical analysis two numerical methods were used: the finite difference Successive Over Relaxation (SOR) method, and the Implicitly Restarted Arnoldi Method (IRAM). It was necessary to develop the IRAM method to determine the higher order modes inside the multimodo optical waveguide, since the SOR method is able to yield only the fundamental mode. In this framework, the D-shape microstructured optical fibers, which have been proposed and investigated in this work, proved to be extremely efficient for chromatic dispersion compensation and increasing the birefringent effect. Fibers have been designed in order to compensate the wideband dispersion, covering three entire telecommunication bands, namely: S-, C- and L- bands, simultaneously. Additionally, with these new proposed configurations it is possible to design high birefringent fibers, which are very attractive in polarization maintaining applications.