Esta dissertacao contem um trabalho desenvolvido para obtencao de um deslocador de frequencias por efeito acusto-optica em fibra optica bimodal, com largura de faixa acústica adequada para aplicacao em giroscopios a fibra optica. Sao estudados e medidos parametros pra projeto do transdutor piezoeletrico em PZT. Sao desenvolvidos um modelo e o programa de calculo da funcao de transferencia do guia de ondas acústicas conico que amplifica as oscilacoes do PZT. E realizado um estudo da largura de faixa acústica do acoplamento entre modos na fibra optica. Sao relatados os resultados de medidas de caracterizacao em termos de largura de faixa acústica e eficiencia de um deslocador de frequencias construido (composto de um transdutor piezoeletrico com PZT, um guiade ondas acústicas conico de aluminio e fibra optica bimodal com nucleo eliptico e secao transversal em D). Neste dispositivo foi conseguido 100% de eficiencia, nas frequencias de 1.6 MHz e 1.8 MHz, largura de faixa de 30 kHz, com 400 mW de potencia eletrica.

Sensores interferométricos a fibra óptica vêm sendo largamente utilizados em aplicações que demandam elevado desempenho. Este trabalho apresenta um novo sensor interferométrico a fibra bimodal com núcleo elíptico que, numa configuração particular, pode ser convenientemente utilizado como acelerômetro. Testes elásticos e dinâmicos foram realizados de forma a caracterizarem-se parâmetros importantes desse sensor, tais como: sensibilidade estática, fator de escala, deriva, faixa dinâmica e freqüência de ressonância. São também apresentadas formas de se adequar o dispositivo aos vários parâmetros de projeto relacionados a aplicações específicas.

Neste trabalho apresentamos o estudo, o desenvolvimento e a caracterização de acopladores direcionais, polarizadores e filtros de modos fabricados com fibras ópticas. O funcionamento destes dispositivos se baseia na interação dos campos evanescentes dos modos de propagação da fibra, propiciando divisão de potência, atenuação de um determinado estado de polarização e filtragem de modos, de acordo com o tipo de dispositivo. Estes dispositivos são necessários para a implementação de circuitos ópticos a fibra, tais como giroscópios, acelerômetros, sensores de deformação, de temperatura e outros. Foram obtidos acopladores com fibras convencionais monomodo e com fibras birrefringentes, ambos com 3 dB de razão de acoplamento, perda intrínseca menor que 0,3 dB e cerca de 50 dB de diretividade. Os acopladores com fibra birrefringente apresentaram ainda um acoplamento de polarização cruzada em torno de 28 dB. Obtivemos ainda polarizadores com razões de extinção maiores que 20 dB. Os filtros de modos, feitos com fibra bimodal, apresentaram cerca de 25 dB de atenuação do segundo modo de propagação.

Dispositivos feitos totalmente em fibra optica possuem umagrande aplicacao nos campos de sensores e de comunicacoes. Dentre os diversos dispositivos a fibra existentes, sao largamente empregados aqueles que convertem um modo optico em outro devido a um efeito externo. Fez-se uma analise detalhada e generalizada da interacao de ondas acústicas flexurais com os modos opticos propagantes em um cilindro composto. A teoria pode ser aplicada tanto em materiais solidos quanto em fluidos, desde que sejam lineares, homogeneos, isotropicos e sem perdas. As densidades dos materiais do cilindro afetam significativamente os coeficientes de acoplamento entre os modos, enquanto que as velocidades transversais em cada material sao os fatores preponderantes na definicao da frequencia acústica necessaria a uma conversao eficiente dos modos opticos. Sem perda degeneralidade, concentrou-se este trabalho na conversao do modo optico LP01 em LP11 atraves do emprego do modo acustico flexural de ordem mais baixa.

Para monitorar o comportamento mecanico de uma estrutura aeronautica em pleno voo e necessario instalar sensores nas regioes de interesse para medir as diversas grandezas influentes como temperatura, deformacoes e impactos. Um metodo viavel e a utilizacao de sensores a fibra optica. O sensor estudado neste trabalho, para este fim, utiliza-se de uma fibra optica de nucleo eliptico bimodal.O sinal resultante e proporcional a integral dos campos que provoca malteracao no comprimento e no indice de refracao ao longo da fibra. Para implementar um sensor como este e necessario conhecer ocomportamento deste tipo de sensor aos varios campos presentes em estruturas aeronauticas, bem como controlar sua sensibilidade a cada campo. Neste trabalho e enfatizado o comportamento de sensores afibra optica em termos de sua sensibilidade aos varios tipos decampos com torcao, flexao, tracao, compressao e temperatura. A possibilidade de controle de sensibilidade aos varios tipos de campos com torcao tambem e explorada. Ou seja, estudos iniciais revelaram que e possivel controlar a sensibilidade de fibras opticas a alguns tipos de campos atraves de torcao. Tambem e descrito alguns metodos de embebimento de fibras opticas no processo de fabricacao RTM e PRE-PREG.

Sistemas interferométricos a fibra óptica têm sido largamente empregados como sensores de alta precisão. Este trabalho propõe técnicas que simultaneamente reduzem a deriva e eliminam o desvanecimento do sinal em giroscópio a fibra óptica convencional operando em regime monomodo. A análise teórica do funcionamento do sistema é apresentada, e os resultados experimentais indicam uma redução da deriva por um fator de 103 para uma topologia otimizada do circuito óptico, que leva em conta as características da fonte óptica e da fibra utilizada.

Grades de Bragg em fibras ópticas vêm sendo bastante utilizadas nas áreas de telecomunicações e sensores. Na área de sensores, elas servem para medir grandezas como deformação e temperatura. Uma das vantagens da utilização de grades de Bragg em sensores a fibra óptica é que estas grandezas alteram o comprimento de onda do pico de refletividade e não o nível de potência do elemento sensor, fazendo com que o sensor a grade de Bragg seja menos sujeito à variação da potência da fonte e degradação dos componentes.Uma forma de se detectar a variação do comprimento de onda da grade é através de um analisador de espectro óptico. Entretanto, essa solução não é muita prática para testes de campo com esses sensores. Uma forma mais adequada de se medir esse parâmetro é através do uso dos chamados Interrogadores de sensores a grade de Bragg. Esses Interrogadores transformam variações de comprimento de onda em variações de amplitude, facilmente detectadas através de um fotodetector. Dois tipos de Interrogadores foram analisados e estudados experimentalmente nesta tese: o interrogador a filtro casado (IFC) e o interrogador a filme fino (IFF). Suas características principais são apresentadas nesta tese e o desempenho de cada um deles é analisado. O Interrogador a filtro casado apresentou um desempenho melhor do que aquele baseado em filme fino, mas com a desvantagem de requerer muitos componentes para sistemas com um número grande de sensores.

Este trabalho trata da geração de micro-ondas objetivando a implementação futura de fontes de sinais de alta frequência. Após uma breve discussão sobre osciladores eletrônicos indicados para a geração de sinais elétricos até 100 GHz, é feita uma contextualização das técnicas de micro-ondas em fibras ópticas e suas aplicações, especialmente na geração de sinais de micro-ondas. A configuração de oscilador optoeletrônico definido é estabelecida a partir de um enlace de micro-ondas baseado em fibras ópticas mais uma malha de realimentação e seus fundamentos são discutidos. Os componentes e configurações do oscilador optoeletrônico são apresentados assim como as montagens. São apresentados resultados associados com a geração de sinais com frequências até 3 GHz e intensidade da ordem de + 5 dBm. Medidas de ruído de fase, largura de linha e estabilidade em frequência obtidas forneceram valores de -100 dB/Hz -100 kHz, > 1 kHz e 30 kHz. Os resultados permitem considerar um fator de qualidade Q da ordem de 106. Considerando uma configuração heterodina é apresentado o resultado do batimento do sinal gerado com uma fonte arbitrária (antena ou gerador) em uma montagem típica de estação remota resultando na translação do espectro de frequência de um sinal em 300 MHz com modulação AM de 200 kHz. Por último são apresentadas as conclusões, sugestões para trabalhos futuros relacionando o trabalho realizado com outras técnicas fotônicas de geração de sinais de micro-ondas.

Este trabalho está organizado com o objetivo de apresentar um estudo teórico e experimental do enlace de sinais analógicos de RF por fibra óptica empregando técnica de multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) sem amplificação. Este enlace apresenta uma arquitetura utilizando moduladores eletro-ópticos do tipo Mach-Zehnder e multiplexadores/demultiplexadores do tipo Arrayed Waveguide Grating (AWG). O emprego deste enlace a fibra óptica visa à transmissão de sinais de RF às antenas remotamente localizadas em relação à estação geradora do sinal, distribuição de sinais de RF e recepção de sinais de RF de um parque de antenas distribuídas remotamente da estação de análise de sinais. Realizou-se uma análise de alguns dos parâmetros de desempenho do enlace, bem como de alguns efeitos que o afetam. Esta análise se pautou em cálculos referentes às características individuais dos diversos componentes que integram o sistema. Posteriormente, foi implementada a verificação e validação dos cálculos com base em medições feitas no Laboratório de Guerra Eletrônica do ITA. Estes cálculos se basearam em fundamentos teóricos sobre alguns fenômenos físicos presentes nos dispositivos empregados neste tipo de enlace WDM passivo. Estes fenômenos são a propagação da onda eletromagnética em meios anisotrópicos e não lineares, efeito eletro-óptico, linearidade de moduladores, multiplexagem óptica no AWG, perdas por inserção e diafonia. Foram propostas arquiteturas de enlaces passivos do tipo WDM NxN (com o demutiplexador) e do tipo WDM Nx1 (sem o demutiplexador). Respeitaram-se as características individuais dos componentes constituintes do enlace e as condições de operação do sistema, tais como a tensão de polarização, a influência da intensidade do sinal óptico na fibra óptica e a influência do meio óptico no sinal de RF modulado acoplado a fibra óptica e convertido no fotodetector. Empregaram-se os parâmetros S para análise do sistema. As formulações matemáticas para o cálculo do ganho de potência do sinal de RF no enlace foram discutidas e inter-relacionadas. Estas formulações matemáticas dão origem ao método com reduzidas quantidades de simplificações aplicando o teorema de Graf e ao método para pequenos sinais. Foram também abordados os efeitos de distorção harmônica inerentes ao processo de modulação do sinal óptico e os efeitos que a dispersão no meio de propagação óptica produzem no sinal de RF de saída do enlace, bem como os limites de potência para evitar os efeitos não lineares na fibra óptica. Verificou-se em laboratório a consistência do método de cálculo do ganho de potência de RF que emprega o teorema de Graf. Foram apresentas algumas aplicações do enlace de sinais analógico de RF a fibra óptica com o emprego de WDM, sem amplificação óptica, em geração de sinais em raias de cenários de GE simulados, em recepção remota de sinais (tanto para fins militares como civis) e em distribuição de sinais a bordo de navios.

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