Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / We investigate the performance of three different non linear directional assymmetrical fibers couplers that include a profile of self-modulation of increasing and decreasing phase. The asymmetry is associated with the profile of self-modulation of phase of one of the chanels. Initially, we investigate the performance of the considered coupler using ultrashort pulses, type sÃliton with 2ps of width and later operating with signal CW. Observing the characteristics of transmission of the device, through the direct chanel and cross chanel, we made a study of the extinction ratio (Xratio) of the devices. The extinction ratio of a switching on-off is the relation among the exit power in the state on and the power of exit in the state off. It was observed that the performance of gates AND, XOR, OR are dependents of the profile of non linearity. In the profile of constant it was not verified that logics AND and XOR present one better performance with the device operating in CW, while logic OR present better with the coupler operating in pulse regime. We conclude that coupler to operate it as logic gate we can control the non-linearity profile to optimize the characteristics of transmission through the extinction ratio. / NÃs investigamos o desempenho de trÃs diferentes acopladores direcionais nÃolineares duplo assimÃtrico que incluem um perfil de auto modulaÃÃo de fase crescente e decrescente. A assimetria està associada ao perfil de auto modulaÃÃo de fase de um dos canais. Inicialmente, investigamos o desempenho do acoplador proposto utilizando pulsos ultracurtos, tipo sÃliton com 2ps de largura e posteriormente operando com sinal CW. Observando as caracterÃsticas de transmissÃo do dispositivo, atravÃs do canal direto e cruzado, fizemos um estudo do coeficiente de extinÃÃo (Xratio) dos dispositivos. O coeficiente de extinÃÃo de um chaveamento on-off à a relaÃÃo entre a potÃncia de saÃda no estado on e a potÃncia de saÃda no estado off . Foi observado que a performance de portas AND, XOR, OR sÃo dependentes do perfil de nÃo linearidade. No perfil de nÃo linearidade constante verificou-se que as lÃgicas AND e XOR apresentam um melhor desempenho com o dispositivo operando em CW, enquanto a lÃgica OR mostra-se melhor com o acoplador operando em regime pulsado. ConcluÃmos que para o acoplador operar como porta lÃgica nÃs podemos controlar o perfil de nÃo linearidade para otimizar as caracterÃsticas de transmissÃo atravÃs do coeficiente de extinÃÃo.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / In this thesis work, the operating characteristics, for two optical devices, Sagnac interferometer (NOLM) and the Symmetric Dual-Core Non-Linear Directional Coupler (NLDC) have been investigated. The first device working with pulses of 10 ps, equivalent to a spectral band width of 0.1 THz, in two different applications: analysis of the nonlinear optical switching with non-instantaneous Kerr effect and the accomplishment of logical gates AND, OR and XOR, under Pulse Amplitude Modulation (PAM). In the second device (with pump pulses of 2 ps and bandwidth of 0,5 THz), NAND, OR and XOR logical gates was investigated, under PAM modulation and under the Cross Phase Modulation (XPM) effect, in a NLDC. The research is carried out through numerical simulations, using the Split-Step method in the first two applications, and of the fourth order Runge Kutta numerical method, in the third application. In the first application, the transmission, compression factor (C) and extinction ratio [XRatio(tr)] curves, versus input energy were analyzed for two lengths of the loop of the NOLM, was investigated. A Very important impact of the relaxation of the nonlinearity in the switching device was observed. In the second application, was found that under the conditions defined of the nonlinear effects, the device behaves in such a way that the resulting behavior has the appearance of logic functions in the Sagnac interferometer, considering GVD and SPM, only. The four possible combinations for two pulses, on the input fibers 1 and 2, modulated by the amplitude (PAM) in the logical levels 0 or 1, were used. The effects of a variation in the coding parameter offset (e ) (of the PAM modulation), in the initial amplitude of the pulse associated to the reference amplitude or unmodulated information, have been investigated and an OR gate, having been emerged. If the phase difference (hence time) between the input pulses is considered, gates AND, OR and XOR were obtained. In the third application, the symmetric dual-core NLDC is submitted to PAM modulation, considering the XPM effect, were examined, as well. The effects of a variation in the coding parameter offset (e ) of the PAM modulation relative to the reference amplitude, was investigated, being obtained an OR gate. The modulated output amplitude versus a phase difference between the input pulses, was also observed, where logical gates NAND, OR and XOR arose / Neste trabalho de Tese, foram investigadas caracterÃsticas de operaÃÃo de dois dispositivos Ãpticos, o InterferÃmetro de Sagnac (NOLM) e o Acoplador Direcional NÃo- Linear (NLDC) Duplo SimÃtrico. Com o primeiro dispositivo, trabalhando com pulsos de 10ps , o que equivale a uma largura espectral em banda de 0,1 THz , em duas diferentes aplicaÃÃes: estudo da performance do chaveamento nÃo-linear sob a aÃÃo da nÃo-linearidade relaxada Kerr; obtenÃÃo de portas lÃgicas E, OU e OU-Exclusivo, sob ModulaÃÃo Por Amplitude de Pulsos (PAM). Com o segundo dispositivo, com pulso de 2 ps, e banda de 0,5 THz, foi investigada a obtenÃÃo de portas lÃgicas NÃo-E, OU e OU-Exclusivo, com a modulaÃÃo PAM e sob o efeito da ModulaÃÃo de Fase Cruzada (XPM). A investigaÃÃo à realizada, atravÃs de simulaÃÃes numÃricas, utilizando-se do mÃtodo Split-Step nas duas primeiras aplicaÃÃes e de Runge Kutta de quarta ordem, na terceira. Na primeira aplicaÃÃo, foram investigados as curvas de transmissÃo, fator de compressÃo (C) e razÃo de extinÃÃo [XRatio(tr)] versus energia de entrada para dois comprimentos do anel do NOLM, tendo sido verificado importante impacto da relaxaÃÃo da nÃo-linearidade no chaveamento do dispositivo. Na segunda aplicaÃÃo, foi verificado que sob as condiÃÃes definidas dos efeitos nÃo-lineares, o dispositivo se comporta, de tal forma que, tem como comportamento resultante o surgimento de funÃÃes lÃgicas no interferÃmetro de Sagnac, considerando dispersÃo da velocidade de grupo (GVD) e automodulaÃÃo de fase (SPM) apenas, foram utilizadas as quatro possÃveis combinaÃÃes para dois pulsos, nas fibras 1 e 2, modulados em PAM, nos nÃveis lÃgicos 0 ou 1. Foram investigados os efeitos de uma variaÃÃo no parÃmetro de ajuste da modulaÃÃo PAM (e ), na amplitude inicial do pulso em relaÃÃo à amplitude de referÃncia, ou informaÃÃo nÃo modulada, observando o surgimento da funÃÃo OU, e na diferenÃa de fase (conseqÃentemente de tempo) entre os pulsos de entrada modulados, com a obtenÃÃo de portas E, OU e OU-Exclusivo. Na terceira aplicaÃÃo, o NLDC duplo simÃtrico à submetido à modulaÃÃo PAM, considerando o efeito XPM. Foram investigados os efeitos da variaÃÃo de âe â na amplitude inicial do pulso em relaÃÃo à amplitude de referÃncia, obtendo-se porta OU, e observada a amplitude de saÃda modulada versus a diferenÃa de fase entre os pulsos de entrada modulados, observando o aparecimento de portas NÃo-E, OU e OU-Exclusivo.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho sÃo apresentados estudos de simulaÃÃo numÃrica de propagaÃÃo/chaveamento de pulsos ultracurtos em acopladores de cristais fotÃnicos e de Acesso MÃltiplo por DivisÃo de CÃdigo Ãptico (OCDMA) utilizando Fibras de Grade de Bragg (FBG). Para a codificaÃÃo foram obtidos analiticamente cÃdigos de Gold. Na anÃlise de acopladores de cristais fotÃnicos (microestruturados) foram investigadas as propriedades da propagaÃÃo de pulsos de luz na forma de sÃlitons. Foram utilizados pulsos ultracurtos, de duraÃÃo mÃnima de 100 femtossegundos (fs). Para este tipo de propagaÃÃo em acopladores deve ser resolvida numericamente a EquaÃÃo NÃo linear de SchrÃdinger Generalizada (ENLSG) dos modos acoplados com o acrÃscimo de termos de dispersÃo de terceira ordem, espalhamento Raman intrapulso, auto inclinaÃÃo e dispersÃo do coeficiente de acoplamento. Um acoplador com comprimento de acoplamento de 1,8 centÃmetros e comprimento de 33 centÃmetros foi simulado. Utilizando este comprimento de dispositivo os efeitos de alta ordem (dispersÃes, auto inclinaÃÃo, Raman, dispersÃo do acoplamento) foram fatores importantes a serem considerados. PorÃm, para dispositivos pequenos, com atà 2 comprimentos de acoplamento, estes efeitos podem ser desconsiderados. Na segunda anÃlise, foi estudada a codificaÃÃo em amplitude de 5 cÃdigos de Gold utilizando uma FBG codificadora/decodificadora de comprimento 41,58 milÃmetros. Para a grade utilizada, a codificaÃÃo em amplitude e a interferÃncia entre usuÃrios neste dispositivo foram investigadas. Houve um aumento da interferÃncia ao se acrescentar usuÃrios partindo de valores de 6 decibÃis atà cerca de 10,5 decibÃis para este dispositivo. Utilizando acopladores fotÃnicos com a FBG linear, o chaveamento de pulsos entre os canais do acoplador pÃde ser visualizado para ganhos altos (a partir de 50 decibÃis). / This paper presents numerical simulation studies of propagation/switching of ultra-short pulses in photonic crystal couplers and Optical Code Division Multiple Access (OCDMA) using Fiber Bragg Grating (FBG). For coding were obtained analytically Gold codes. In the analysis of photonic crystal couplers (microstructured) investigated the properties of the propagation of light pulses as SÃlitons. Ultra-short pulses of minimum duration of 100 femtoseconds (fs) were used. For this type of propagation in couplers, must be solved numerically the Equation nonlinear SchrÃdinger Generalized (ENLSG) of the coupled modes in accordance with the addition of third order dispersion, intrapulse Raman scattering, self-steepening and the dispersion of coupling coefficient. A coupler with coupling length of 1.8 cm and length 33 cm was simulated. Using this device length, the high-order effects (dispersion, self-steepening, raman, dispersion of the coupling) were important factors to consider. But, for small devices, with up to two coupling lengths, these effects may be ignored. In the second analysis, we studied the coding range of 5 Gold codes using an FBG encoder/decoder of length 41.58 mm. For the grid used, the encoding amplitude and interference between users of this device have been investigated. There was an increase of interference by adding values of users starting from 6 dB to about 10.5 dB for this device. Using photonic couplers with the FBG linear switching pulses between the channels of the coupler could be visualized to high gains (from 50 decibels).

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho, apresentamos uma anÃlise numÃrica para a obtenÃÃo de portas lÃgicas totalmente Ãptica baseada em um acoplador direcional nÃo-linear simÃtrico (NLDC) em fibras de cristal fotÃnico (PCF). O projeto mais comumente usado para o NLDC-PCF à uma fibra holey, utilizada neste trabalho, em que a seÃÃo transversal à uma matriz periÃdica de buracos de ar que se prolonga por todo o comprimento da fibra, operando com dois pulsos de luz ultracurtos na forma de sÃlitons, de duraÃÃo mÃnima de 100fs (femtosegundos). Investigamos dois formatos de modulaÃÃo por pulsos, a modulaÃÃo por amplitude de pulso (PAM) na modalidade de chaveamento de mudanÃa de amplitude (ASK) e a modulaÃÃo por largura de pulso (PWM) para obter portas lÃgicas no NLDC-PCF duplo simÃtrico. Avaliamos o efeito resultante de um incremento no parÃmetro codificaÃÃo PAM (ε) e PWM (w), considerando a dispersÃo de segunda ordem (β2), a dispersÃo de terceira ordem (β3) e efeitos nÃo-lineares, tais como: SPM (Self Phase Modulation), SS (Self-Steepening) e IRS (lntrapulse Raman Scattering) em uma configuraÃÃo sem perdas. Os nossos resultados indicam que à possÃvel obter operaÃÃes lÃgicas utilizando um controle de fase entre os pulsos de entrada. / We present a numerical analysis for obtaining all-optical logic gates based on a nonlinear directional coupler symmetric (NLDC) based on photonic crystal fibers (PCF). The most commonly used to project the NLDC-PCF is a holey fiber, used here in cross section which is a periodic array of air holes extending through the length of the fiber, using two ultrashort light pulses in form of solitons, the minimum duration of 100fs (femtoseconds). We investigated two forms of modulation pulse, pulse amplitude modulation (PAM) in the form of amplitude shift keying (ASK) modulation and pulse width modulation (PWM) for logic gate NLDC-PCF symmetrical double. We evaluated the effect resulting from an increase in the offset parameter encoding PAM (ε) and PWM (w), considering the second order dispersion (β2), the third order dispersion (β3) and non-linear modulation effects SPM (Self Phase Modulation), SS (Self-Steepening) and IRS (lntrapulse Raman Scattering) in a configuration without loss. Our results indicate that logical operations can be obtained using a phase control between the input pulses.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Neste trabalho, portas lÃgicas Ãpticas sÃo propostas a partir da utilizaÃÃo de um acoplador direcional nÃo linear (NLDC) triplo planar simÃtrico de fibra Ãptica e com um dos guias operando como controle. Para tal fim, obtemos as caracterÃsticas de transmissÃo do acoplador e, em seguida, fizemos uma anÃlise do coeficiente de extinÃÃo e do fator de compressÃo. Inicialmente, investigamos o desempenho do acoplador proposto operando no regime CW e posteriormente utilizando pulsos ultracurtos, tipo sÃliton com 2ps de largura. Com o modelo proposto para o dispositivo, conseguimos efetivar portas lÃgicas AND, NAND, OR, XOR e NOT para um conjunto de fases aplicadas ao pulso de controle. As portas lÃgicas geradas com o dispositivo operando com sinais CW, apresentaram-se mais eficientes que as mesmas portas geradas com sinais pulsados. / In this work, optical logical gates are proposed starting from the use of a symmetric three-core nonlinear directional coupler (NLDC) of fiber optic and with one of the guides operating as control. For such end, we obtain the characteristics of transmission of the coupler and, soon afterwards, we made an analysis of the extinction ratio and of the compression factor. Initially, we investigated the acting of the proposed coupler operating in the regime CW and later using ultra short pulses, type sÃliton with 2ps of width. With the model proposed for the device, we got to execute logical gates AND, NAND, OR, XOR and NOT for a group of applied phases to the control pulse. The logical gates generated with the device operating with signs CW, they came more efficient than the same gates generated with soliton pulses.