A principal meta desta pesquisa é a proposição de novos moduladores e filtros optoeletrônicos seletivos em comprimento de onda e sintonizáveis, os quais terão grande impacto em sistemas ópticos de comunicações multiplexados em comprimento de onda (WDM) de alta velocidade operando em 1,55 &#956m. Este trabalho introduz um novo conceito para a obtenção de moduladores de intensidade sintonizáveis e seletivos em comprimento de onda, livres de \"chirp\", com alta razão de extinção, 18,0 dB, baixa perda de inserção, 2,3 dB, ampla largura de banda elétrica, 86,7 GHz, pequeno comprimento, 388 &#956m, baixa tensão de operação, 1,6 V, e sintonia óptica de 5,9 A. A configuração integrada em cascata apresenta características similares com \"cross-talk\" de apenas 0,3 dB. O novo conceito é baseado em um ressonador óptico, consistindo em duas estruturas periódicas separadas por um número ímpar de quarto de onda (a região ativa), em uma configuração de guia de onda que possibilita a modulação de intensidade via efeito eletrorefrativo em poços quânticos múltiplos. Os filtros ópticos sintonizáveis são baseados em uma configuração de guias de onda acoplados. O acoplamento codirecional seletivo em comprimento de onda entre os guias de onda é obtido através de uma estrutura periódica. Para obtenção de ampla sintonia (330 A) em comprimento de onda e alta velocidade (1,0 GHz) foi utilizado o efeito de eletrorefração em poços quânticos múltiplos, a qual é também uma nova proposição. / The main goal of this work is the proposal, design, and performance analysis of novel optoelectronics modulators and filters exhibiting optical tunability and wavelength selectivity, which will enhance wavelength division multiplexed optical communication systems operating at 1.55 &#956m. This work introduces a new concept to obtain chirp-free tunable and wavelength selective intensity optical modulators presenting high extinction ratio (18.0 dB), small insertion loss (2.3 dB), wide electrical bandwidth (86.7 GHz), small size (388 &#956m), low driving voltage (1.6 V) and 5.9 A of optical tuning. The modulators integrated in tandem present similar features, with low cross-talk, typically 0.3 dB. The new concept is based on an optical resonator, comprising of two periodical structures separated by odd number of quarter-wave - the active region, embedded in a waveguide, allowing the intensity modulation via electrorefraction effect in multiple quantum wells. The tunable optical filters are based on a scheme of coupled waveguides. The wavelength selective codirectional coupling between the guides occurs via a periodic structure. In order to obtain wide wavelength tuning (330 A) at high speed (1.0 GHz), electrorefractive effects in multiple quantum wells were utilized, which is also a new concept.

A principal meta desta pesquisa é a proposição de novos moduladores e filtros optoeletrônicos seletivos em comprimento de onda e sintonizáveis, os quais terão grande impacto em sistemas ópticos de comunicações multiplexados em comprimento de onda (WDM) de alta velocidade operando em 1,55 &#956m. Este trabalho introduz um novo conceito para a obtenção de moduladores de intensidade sintonizáveis e seletivos em comprimento de onda, livres de \"chirp\", com alta razão de extinção, 18,0 dB, baixa perda de inserção, 2,3 dB, ampla largura de banda elétrica, 86,7 GHz, pequeno comprimento, 388 &#956m, baixa tensão de operação, 1,6 V, e sintonia óptica de 5,9 A. A configuração integrada em cascata apresenta características similares com \"cross-talk\" de apenas 0,3 dB. O novo conceito é baseado em um ressonador óptico, consistindo em duas estruturas periódicas separadas por um número ímpar de quarto de onda (a região ativa), em uma configuração de guia de onda que possibilita a modulação de intensidade via efeito eletrorefrativo em poços quânticos múltiplos. Os filtros ópticos sintonizáveis são baseados em uma configuração de guias de onda acoplados. O acoplamento codirecional seletivo em comprimento de onda entre os guias de onda é obtido através de uma estrutura periódica. Para obtenção de ampla sintonia (330 A) em comprimento de onda e alta velocidade (1,0 GHz) foi utilizado o efeito de eletrorefração em poços quânticos múltiplos, a qual é também uma nova proposição. / The main goal of this work is the proposal, design, and performance analysis of novel optoelectronics modulators and filters exhibiting optical tunability and wavelength selectivity, which will enhance wavelength division multiplexed optical communication systems operating at 1.55 &#956m. This work introduces a new concept to obtain chirp-free tunable and wavelength selective intensity optical modulators presenting high extinction ratio (18.0 dB), small insertion loss (2.3 dB), wide electrical bandwidth (86.7 GHz), small size (388 &#956m), low driving voltage (1.6 V) and 5.9 A of optical tuning. The modulators integrated in tandem present similar features, with low cross-talk, typically 0.3 dB. The new concept is based on an optical resonator, comprising of two periodical structures separated by odd number of quarter-wave - the active region, embedded in a waveguide, allowing the intensity modulation via electrorefraction effect in multiple quantum wells. The tunable optical filters are based on a scheme of coupled waveguides. The wavelength selective codirectional coupling between the guides occurs via a periodic structure. In order to obtain wide wavelength tuning (330 A) at high speed (1.0 GHz), electrorefractive effects in multiple quantum wells were utilized, which is also a new concept.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yujuan Wang.pdf: 1608760 bytes, checksum: 9cb82304a2c95c2b0e357dc7f8449815 (MD5) Previous issue date: 2012-12-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents the development of an FPGA-based optical interrogation system of multiplexed FBG sensors. The Fabry-Perot filter is used to implement the tunable filter method, as a demodulator for FBG sensors. The tuning signal generation for Fabry-Perot filter and the data aquisition are implemented and syncronized em FPGA. Peak-detection algorithms, based on centroid and FIR filter, are implemented em FPGA. The peak displacement detected of FBG reflected spectrum is used to refer sensed elements, such as variation of temperature and refractive index. Besides, other auxiliary digital circuits are implemented for the system configuration, visulization of the detected peak information and the serial communication to monitor entire spectra in computer. All these digital circuits are working on their own duty at the same time, synchronised by the crystal clock of FPGA. The system was used to monitor the fabrication process of an refractive index sensor. The fabricated sensor was tested by measuring the refractive index of water and sucrose. In another experiment, the system was tested by measuring the temperature of a water sample. In addition, a method to calibrate the tuning signal generator is proposed, which can also be employed in other applications that uses DA converters. Finally, the developed system was packaged to facilitate its transportation. / Este trabalho descreve a implementação de um sistema de interrogação óptico para FBGs multiplexadas, com o controle dos processos implementado em FPGA. A interrogação das FBGs é realizada por meio do método de filtro sintonizável, com o uso de filtro Fabry-Perot. Um FPGA é utilizado para gerar sinal de sintonia para o filtro Fabry-Perot e realizar a leitura do sinal espectral refletido pelas FBGs. Algoritmos de detecção de pico (centroide e filtro FIR) foram implementados no FPGA para processar os sinais refletidos por cada FBG, com o objetivo de inferir as propriedades sensoreadas, como variação de temperatura ou índice de refração. Além destes circuitos digitais, são implementados outros circuitos digitais para a configuração do sistema, para a visualização do pico detectado do sinal espectral e para o monitoramento do espectro inteiro via comunicação serial. Todos circuitos cumprem a própria função paralelamente em virtude do paralelismo do FPGA, sincronizado pelo clock do oscilador cristal do FPGA. O sistema desenvolvido foi utilizado no monitoramento do processo de fabricação de sensor de índice de refração e então na leitura do índice de refração de amostras de sacarose e água. O sistema também foi utilizado para a leitura da temperatura de amostras de água, onde foi estimada a sensibilidade e a resolução do sistema. Também foi proposto um método para a calibração do sistema, que pode ser utilizado também em outros trabalhos. O sistema final foi colocado em uma maleta para facilitar o seu transporte para o local de uso.