Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-09-04T16:05:51Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Regenerador3RTotalmente.pdf: 2919327 bytes, checksum: 5fbe6ee3c460a8bfd7320e6b53e317f6 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-09-12T15:09:27Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Regenerador3RTotalmente.pdf: 2919327 bytes, checksum: 5fbe6ee3c460a8bfd7320e6b53e317f6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-12T15:09:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Regenerador3RTotalmente.pdf: 2919327 bytes, checksum: 5fbe6ee3c460a8bfd7320e6b53e317f6 (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / O presente trabalho teve como objetivo investigar por meio de simulações numéricas, um dispositivo capaz de realizar uma regeneração 3R (Reamplificação, Ressincronização e Reformatação) de maneira totalmente óptica dos sinais propagados em um sistema de comunicação por fibra óptica com taxa de bit de 10 Gbit/s, potência de transmissão inicial de 0 dBm e comprimento de onda de 1550 nm. Como aliados ao processo de regeneração, utilizou-se os efeitos dispersivos e os não lineares de automodulação de fase (Self-Phase Modulation - SPM), modulação de fase cruzada (Cross-Phase Modulation - XPM) e mistura de quatro ondas (Four – Wave Mixing - FWM) em um interferômetro de Mach-Zehnder, cujo um dos braços é composto por uma fibra de cristal fotônico altamente não linear (HNL-PCF). As simulações foram realizadas através do software comercial OptiSystem da empresa canadense Optiwave Corporation. O desempenho do sistema foi analisado através da comparação entre os valores do fator de qualidade (fator Q), da taxa de erro de bit (BER), do espectro óptico e da relação sinal ruído óptico (OSNR) dos sinais regenerados, pré-regenerados e degradados na entrada e na saída do sistema proposto. Através deste projeto foi possível obter uma regeneração eficiente do sinal, com valores ótimos de OSNR, de fator de qualidade (fator Q) e baixa taxa de erro de bit (BER). / The present work aimed to investigate by means of numerical simulations, a device able to perform 3R regeneration (Re-amplifying, Re-timing and Re-shaping) fully propagated signal in an optical communication system for optical fiber with bit rate of 10 Gbit/s, the initial transmit power 0 dBm and wavelength of 1550 nm. As an ally to the regeneration process using dispersive and nonlinear effects of self-phase modulation (SPM), cross-phase modulation (XPM) and four-wave mixing (FWM) in a Mach-Zehnder Interferometer, whose one of the arms is composed of a Highly Nonlinear Photonic Crystal Fiber (HNL-PCF). The simulations were performed using OptiSystem commercial software of company canadian Optiwave Corporation. System performance was analyzed by comparing the values of the quality factor (Q-factor), of the bit error rate (BER), of optical spectrum and the optical signal-to-noise ratio (OSNR) optical signals are regenerated, before regenerated and degraded in the entrance and exit of the proposed system. Through this project, it was possible to obtain an efficient signal regeneration, with optimal values of OSNR, quality factor (Q-factor) and low bit error rate (BER).

Orientador: Hugo Enrique Hernández Figueroa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T13:53:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MalheirosSilveira_GilliardNardel_M.pdf: 3128908 bytes, checksum: 81e325450d7a5eff14ab074c7716b862 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta dissertação aborda a modelagem e análise de Dispositivos Fotônicos e de RF via códigos home-made e comerciais baseados no método dos elementos finitos (MEF) e, em alguns casos, resolução de problemas inversos com auxílio de AG. Primeiramente é feita uma breve revisão sobre elementos finitos e AG, bem como alguns fenômenos eletromagnéticos voltados às aplicações estudadas. Os estudos de problemas fotônicos abordaram dois problemas gerais: Otimização da banda fotônica proibida absoluta em cristais fotônicos bidimensionais e propostas de fibras de cristais fotônicos (PCFs, Photonic Crystal Fibers) voltadas para aplicações não-lineares e compensação de dispersão. Algumas dessas análises envolveram a resolução de problemas inversos via AG; em que foi proposta uma codificação com certa generalização para problemas envolvendo PCF. As propostas envolvendo RF abordaram antenas para etiquetas RFID (Radio Frequency Identification). Foi explorado o comportamento dual-band a partir de uma antena do tipo dipolo modificada. / Abstract: This dissertation addresses the modeling and analysis of photonic and RF devices by home-made and commercial codes based on the finite element method (FEM). In some cases, inverse problems have been solved with the aid of genetic algorithms (GA). In the introduction a brief review of finite elements and GA are presented as well as some electromagnetic phenomena related with the applications here analyzed. Concerning the photonic problems, our studies were restricted to two general problems: Optimization of absolute photonic band gap in two-dimensional photonic crystals and the proposal of photonic crystal fibers (PCFs) aimed for non-linear and dispersion compensation applications. Some of the analysis involved the solution of inverse problems by means of GA, where, a codification with some generalization to problems involving PCFs was proposed. The proposals involving RF antennas for RFID (radio frequency identification) tags included the study of modified dipole antennas with dual-band operation. / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Esta tese descreve a demonstração experimental de dispositivos baseados em fibras de cristal fotônico (PCFs), que aproveitam a flexibilidade estrutural oferecida pela matriz de capilares que compõe a seção reta da fibra, de forma a preencher estes capilares com líquidos e materiais nanoestruturados. Para o caso de materiais nanoestruturados, uma vez preenchida a fibra, os materiais nela inseridos interagem eficientemente com a luz guiada. Essa arquitetura diferenciada em relação às fibras ópticas convencionais abre novas perspectivas no desenvolvimento de aplicações como óptica não-linear e sensoriamento. PCFs de núcleo líquido, por outro lado, impõe dificuldades para a implementação de dispositivos práticos, devido às altas taxas de evaporação dos líquidos inseridos. Por esta razão, foi desenvolvida uma nova técnica para vedar seletivamente ambas as faces externas do núcleo líquido de uma PCF, utilizando um polímero curável. Estes tampões poliméricos evitam a evaporação, causando um impacto mínimo no guiamento da luz, tornando o dispositivo usável por semanas. Esta nova técnica de vedação foi empregada em um experimento para a geração de supercontínuo em uma PCF com núcleo de água destilada, proporcionando uma estabilidade de pelo menos 1 hora. Combinando líquidos e materiais nanoestruturados, foi também foi desenvolvido um sensor de temperatura baseado no preenchimento do núcleo de uma PCF por uma amostra coloidal de nanopartículas semicondutoras de CdSe/ZnS, dispersas em óleo mineral. O espectro de luminescência destes pontos quânticos coloidais é fortemente dependente da temperatura e os resultados obtidos mostraram que a grande interação entre a luz e o colóide, aliada a geometria da fibra, proporcionando uma sensibilidade ~5,5 vezes maior que a apresentada por uma rede de Bragg escrita em uma fibra óptica padrão, com boa relação sinal-ruído. / This thesis describes the experimental demonstration of devices based on photonic crystal fibers (PCFs). PCFs are optical fibers whose core is surrounded by a regular matrix of holes, which runs longitudinally across its length. This singular configuration allows the insertion of liquids and nanostructured material into the fiber. Nanostructured materials embedded inside the fiber efficiently interact with the guided light, opening up possibilities of novel applications regarding the fields of non-linear optics, as well as optical sensing. On the other hand, liquid-core PCFs suffer from some disadvantages concerning practical device applications, on account of the high evaporation of the inserted liquids. In order to address this issue, we developed a novel technique to selectively seal the external faces of a liquid-core PCF, by using a polymer plug. These polymer plugs avoid evaporation while causing a minimum impact on the light guiding characteristics of the PCF. This novel sealing technique was employed in a supercontinuum generation experiment, by using a PCF whose core was water-filled. A temporal stability of at least one-hour on the resulting spectrum was achieved. Combining the above techniques, we also developed a temperature sensor based on the core-filling of a PCF by a colloidal ensemble of CdSe/ZnS semiconductor nanoparticles dispersed in mineral oil. Those colloidal quantum-dots display a luminescence spectrum which is strongly dependent on temperature and the experimental results indicated that the greater interaction between the guided light and the colloidal sample, provided by the fiber geometry, allowed a sensitivity which is approximately 5.5 times than possible with a conventional Bragg grating, while keeping a satisfactory signal-to-noise ratio.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigo Mendes Gerosa.pdf: 5257410 bytes, checksum: d0ee4897567ff7f2299a46312ebcc2f1 (MD5) Previous issue date: 2011-01-27 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / In this work two techniques are described for post-processing photonic crystal fibers (PCFs), which were developed to change their guidance properties. The first technique consists of selectively closing holes of the PCF microstructure, thus allowing, among other things, to fill in some holes with materials such as liquids, polymers and nanoparticles. The other technique consists of selectively collapsing holes in the PCF cross-section using differential pressure and an optical fiber fusion splicer, and is based on techniques previously demonstrated for PCF tapering. With the first technique a simple and effective way of sealing liquid core fibers is demonstrated, which avoids evaporation. The study of PCFs with complex cores formed by the original core of a solid-core fiber and an oil-filled hole adjacent to the core was also undertaken with this technique and provided a strong interaction between light and the filled channel, as well as a high sensitivity to temperature (displacement of 5.35 nm/°C in the observed spectral structures). With the use of the second technique, the collapse of a hole adjacent to the solid core of a PCF allowed the development of a modal Mach-Zehnder allfiber interferometer, with a spectral modulation depth of 9.5 dB, which is similar to that of other PCF modal interferometers reported in the literature, and a sensitivity to temperature of -54 pm/°C, which is about 4 times higher than that of Bragg gratings in conventional optical fibers. The same technique was used to obtain optical coupling between two cores of a photonic crystal fiber with 3 initially uncoupled cores. / Nesse trabalho são descritas duas técnicas de pós-processamento em fibras de cristal fotônico (PCFs, do inglês Photonic Crystal Fibers) desenvolvidas para alterar suas propriedades de guiamento. A primeira consiste em fechar seletivamente buracos da microestrutura das PCF possibilitando assim, entre outras coisas, o preenchimento de alguns buracos com materiais como líquidos, polímeros e nanopartículas. A outra técnica consiste em se colapsar seletivamente buracos da seção transversal da microestrutura de uma PCF utilizando pressão diferencial e uma máquina de emendas para fibras ópticas, sendo baseada em técnicas previamente demonstradas para o afilamento (tapering) de PCFs. Com a utilização da primeira dessas técnicas é apresentada uma maneira simples e eficiente de se vedar fibras com núcleo líquido, evitando-se assim a evaporação. O estudo de PCFs com núcleos complexos, formados pelo núcleo original de uma fibra de núcleo sólido e um buraco adjacente ao núcleo preenchido por óleo foi também realizado com essa técnica, proporcionando uma grande interação da luz com o canal preenchido e uma alta sensibilidade a temperatura (deslocamento de 5,35 nm/°C nas estruturas espectrais observadas). Utilizado-se a segunda técnica, o colapso de um buraco adjacente ao núcleo sólido de uma PCF permitiu o desenvolvimento de um interferômetro modal de Mach-Zehnder totalmente a fibra, apresentando uma profundidade de modulação espectral de 9,5 dB, semelhante à de outros interferômetros modais em PCFs reportados na literatura, e uma sensibilidade a temperatura de -54 pm/°C, cerca de 4 vezes maior do que a de redes de Bragg em fibras ópticas convencionais. A mesma técnica foi utilizada para se obter o acoplamento óptico entre 2 núcleos de uma fibra de cristal fotônico com 3 núcleos inicialmente desacoplados.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RODRIGO MENDES GEROSA.pdf: 6396087 bytes, checksum: b904e08a314dcda72a403496699b5206 (MD5) Previous issue date: 2015-08-26 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / This thesis describes the development of new photonic devices produced by micromanipulation of the optical fibers properties, i.e., the change, in the micrometer scale, of the fiber s optical and/or geometrical properties. In this context, three lines of research have been followed, using different optical fiber processing techniques and considering different types of devices. In the first line, the coupling of two cores in a photonic crystal fiber with three initially uncoupled cores was demonstrated. The couplers had an insertion loss estimated at ~1 dB and exhibited spectral modulations with a depth up to 18 dB. They also showed high sensitivity to polarization, which can be exploited in fiber polarization beamsplitters. For this work, we used a technique that modifies the fiber structure by applying local differential pressure and heating. In the second line, a Rhodamine dye laser was develop with a fully fiber integrated optofluidic cavity. It was possible to maintain a high flow of the dye solution, up to 400 μL / min, which allowed the use of a pump laser with a high repetition rate (1 kHz), and, at the same time, the degradation of the gain medium was not observed. An optical conversion rate of up to 9% and a pump energy threshold lower than 1 mJ were obtained. A splicing technique was used, in which an angled cleaved capillary fiber was fused to a conventional fiber, thereby leaving a side inlet open for the fluid flow. The third line aimed at the incorporation of carbon nanomaterials to optical fibers. In this case, two approaches were employed: in one of them, polymeric films, with a thickness of 20 μm, containing carbon nanotubes were produced on the face of optical fiber patchcords; such patchcords have been inserted into erbium-doped fiber laser cavities to act as saturable absorbers in order to obtain mode-locking operation. Pulses with durations down to 364 fs were obtained with 10.2 nm bandwidths. The films were formed when a micro-droplet of a carbon nanotube suspension on an optical adhesive was placed on the surface of optical fiber connectors, with the use of a micropipette. Within the same line, photonic crystal fibers (PCFs) with homogeneous graphene oxide films covering the inner walls of their capillaries were obtained. The homogeneity was confirmed by Raman spectroscopy and by the loss per fiber length, as measured by the cut back method. A PCF was also spliced to conventional connectorized fiber patchcords and incorporated into a laser cavity to generate pulses. The film production was consisted of inserting a graphene oxide suspension into the PCF capillaries, after which the solvent was dried. / Essa tese descreve o desenvolvimento de novos dispositivos fotônicos produzidos a partir da micromanipulação das propriedades de fibras ópticas, isto é, da alteração em escala micrométrica, das propriedades ópticas e/ou geométricas destas. Nesse contexto, três linhas de trabalho foram seguidas, utilizando diferentes técnicas de processamento de fibras ópticas e levando à demonstração de diferentes tipos de dispositivos. Na primeira linha foi demostrado o acoplamento de dois núcleos em uma fibra de cristal fotônico com três núcleos inicialmente desacoplados. Os acopladores apresentaram uma perda de inserção estimada de ~1 dB e exibiram modulações espectrais com uma profundidade de até 18 dB. Apresentaram também uma sensibilidade elevada à polarização, que pode ser explorada em divisores de polarização (polarization beamsplitters) a fibra. Para isso foi utilizada uma técnica de alteração da estrutura da fibra através da aplicação de pressão diferencial e aquecimento local,. Na segunda linha foi desenvolvido um laser do corante Rodamina com uma cavidade optofluídica totalmente integrada em fibra. Nela, era possível manter um alto fluxo da solução de corante, de até 400 μl/min, o que permitiu utilizar um laser de bombeio com alta taxa de repetição (1kHz) sem observar-se degradação do meio de ganho. Uma taxa de conversão óptica de até 9% e uma energia de limiar (threshold) menor que 1 μJ foram obtidas. Utilizou-se aqui uma técnica de emenda através da qual uma fibra capilar clivada em ângulo era emendada com uma fibra convencional, deixando assim uma entrada lateral para fluidos. A terceira linha visou incorporar nanomateriais de carbono a fibras ópticas. Nesse caso duas abordagens foram empregadas: em uma, filmes poliméricos com espessuras de 20 μm e contendo nanotubos de carbono foram produzidos na face de conectores de cordões de fibra ópticas; esse cordões foram inseridos em cavidades laser a fibra dopada com érbio para atuar como absorvedores saturáveis para a obtenção de mode locking. Com isso foram obtidos pulsos de até 364 fs e espectros com larguras de banda de 10,2 nm. Os filmes foram formados a partir de uma microgota de uma suspensão de nanotubos de carbono em adesivos ópticos que foi colocada sobre a face de conectores de fibra óptica com uma micropipeta. Ainda na mesma linha obtiveram-se fibras de cristal fotônico (PCFs) com filmes de óxido de grafeno homogêneos no interior de seus capilares. A homogeneidade foi comprovada através de espectroscopia Raman e pela medida da perda em função do comprimento das fibras, realizada através do método cut back. Uma PCF foi, ainda, emendada a cordões de fibra convencional conectorizados e incorporada a cavidades laser para geração de pulsos. A produção dos filmes foi realizada através da inserção de uma suspensão de óxido de grafeno nos capilares de PCFs de núcleo sólido, após o qual o solvente era secado.