Orientador: Newton Cesário Frateschi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estaual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T07:11:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vallini_Felipe_M.pdf: 6816809 bytes, checksum: 7d9629364087ccf092b857c9650d464d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A crescente demanda do uso de sistemas de comunicação óptica, seja pelo aumento do número de usuários ou pela quantidade de informação enviada, requer um aumento substancial na necessidade de desenvolvimento de novos sistemas e componentes. Em termos de componentes aplicados à comunicação óptica, aqueles utilizados para a amplificação óptica são de grande importância. Entre eles estão presentes os amplificadores ópticos de semicondutores. Para aplicações após a modulação óptica, pré-detecção e analógicas, é importante alta linearidade dos amplificadores, para que não haja distorção dos sinais e informações enviadas. Já os amplificadores em saturação (de baixa linearidade) permitem grande robustez de desempenho e a redução da complexidade (e do custo) de componentes de micro-óptica em integrações híbridas, neste caso utilizados para compensar perdas ópticas devido ao sistema e ao envelhecimento dos lasers e corrigir efeitos da polarização. Sendo assim, nos dois extremos de condição de operação, não saturado e em saturação profunda, temos a possibilidade de utilizar o dispositivo em aplicações lineares ou não-lineares, respectivamente. Como a saturação do ganho de um amplificador depende da densidade de portadores injetadas no mesmo, propomos o desenvolvimento de amplificadores com multicontatos para a injeção não homogênea de portadores. Com base na idéia proposta acima, nossa dissertação de mestrado trata do projeto de amplificadores multi-contatos partindo do estudo das propriedades de saturação do ganho. Fabricamos um laser de semicondutor, do qual parâmetros empíricos foram extraídos. Desenvolvemos uma simulação de amplificadores de contatos únicos e de multi-contatos, cujos dados de entrada foram os parâmetros empíricos obtidos. Com a mesma estrutura epitaxial utilizada na fabricação do laser, fabricamos amplificadores de contato único e de multi-contatos. Caracterizamos os dispositivos e obtemos boa concordância qualitativa com nossas simulações. Obtemos um controle da linearidade em amplificação de sinais contínuos de -7 a 7 dBm para uma baixa corrente de bombeio das cavidades dos dispositivos / Abstract: The dramatic increase in information density required for nowadays telecom systems demands constant improvements in optical communication technology. In this technology the components used for optical amplification are of great importance, particularly the semiconductor optical amplifiers for they provide high level of miniaturization and reduction in power consumption. Considering these components, after optical modulation, before detection and analog applications requires high linearity of the amplifiers. On the other hand, amplifiers in deep saturation (highly non-linear) yield big robustness and complexity reduction (and cost reductions) for hybrid integration. Also, non-linearity may be of interest for wavelength conversion, switching and pulse compression or dilatation. Therefore, the two extreme operation conditions, unsaturated or in deep saturation are of interest. Since the gain saturation of an amplifier depends on their carrier density, we propose the development of amplifiers with multi-contacts for non-homogeneous injection of carriers along the waveguide of the device. Based on this idea we present the development of multi-contact amplifiers in this dissertation. We first present the modeling of the device using semi-empirical parameters obtained from the fabrication of semiconductor lasers that uses the same epitaxial structures. Subsequently, we fabricated single-contact amplifiers and multi-contacts semiconductor amplifiers, the main subject of this work. The characterization of the devices was realized and good qualitative concordance with our simulations is shown. A linearity control of the amplification for DC signals was achieved for relatively low injection current in both cavity in a -7 to 7 dBm input power range / Mestrado / Mestre em Física

Orientador: Newton Cesario Frateschi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T18:33:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mialichi_JoseRoberto_M.pdf: 1964796 bytes, checksum: 5579bc0b247e2f473578a1a155424ebf (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Esta dissertação de mestrado apresenta estudos teóricos sobre o cálculo de ganho óptico em nanoestruturas baseadas no sistema InGaAs/InGaAsP. A partir da teoria de perturbação dependente do tempo, cuja perturbação é a interação de uma onda eletromagnética-matéria, e da teoria de Kane para a estrutura de bandas de semicondutores que relaciona a matriz de transição envolvida nos processos radiativos com parâmetros experimentais desta mesma banda, desenvolvemos todo o formalismo teórico deste cálculo do ganho óptico, além de criarmos uma ferramenta computacional para a aplicação do mesmo às nanoestruturas semicondutoras, tais como poço, fio e ponto quântico. Curvas espectrais de ganho são geradas para cada caso e as análises comparativas destas curvas demonstram que nanofios e nanopontos propiciam condições de alto ganho óptico devido ao confinamento de suas dimensões e, ainda melhor, controle espectral. O efeito da não-homogeneidade das dimensões dos pontos também é considerado. Subseqüentemente, aplicamos os resultados do cálculo de ganho óptico para calcular a corrente de limiar de lasers de semicondutores de faces clivadas a partir das equações de taxa de fótons e portadores na cavidade com a injeção de corrente elétrica. Um estudo é realizado para a otimização do comprimento da cavidade para cada um dos meios de amplificação de luz: bulk, poços, fios e pontos quânticos. Por fim, descrevemos nossos primeiros resultados para o crescimento epitaxial, através do método de crescimento epitaxial de feixe químico (CBE), dos componentes básicos de uma estrutura de laser de semicondutor. Fabricamos e caracterizamos um diodo de junção de InP e poços quânticos de InGaAs/InGaAsP. Amostras epitaxiais de lasers de poços quânticos obtidas externamente foram processadas em lasers de diversos comprimentos de cavidade e caracterizadas. Especialmente, apresentamos curvas de corrente de limiar em função do comprimento da cavidade do laser em concordância qualitativa com nossas simulações, estabelecendo o primeiro passo para o refinamento de nossa ferramenta computacional / Abstract: This master¿s dissertation presents the theoretical studies on the calculation of optical gain in nanostructures based on the InGaAs/InGaAsP/InP system. From the time dependent perturbation theory, where perturbation is the interaction of an electromagnetic wave with matter, and the Kane¿s theory for semiconductors band structure, relating the transition matrix involved in the radioactive processes with experimental parameters of the same band structure, we have developed a theoretical formalism for the optical gain calculation. We then developed a simulation tool to apply to semiconductors structures, such as well, wire, and quantum dot. Spectral gain curves are generated for each case and comparative analyses of these curves demonstrates that quantum wires and quantum dots provide higher optical gain due to its confined dimensions and, even better, much spectral control. The effects of non-homogeneous dot size distribution are also considered. Subsequently, we have applied the simulation tool to calculate the threshold current in semiconductor lasers with cleaved faces (edge emitting lasers), based on the rate equations for photons and carriers in the optical resonant cavity with the injection of electrical current. A study is performed for the optimization of the length of the cavity for each of active region medium: bulk, wells, wires, and quantum dots. Subsequently, we have described our first results for the epitaxial growth by chemical beam epitaxy (CBE) of the basic components of a semiconductor laser: InP junction diode and quantum wells of InGaAs/InGaAsP. Finally, epitaxial samples of quantum well lasers obtained externally were processed in lasers of several resonant cavity lengths and characterized. We have especially presented curves of threshold current as a function of the length of the resonant cavity of the laser in qualitative agreement with our simulations, establishing the first step for refining of our simulation tool / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: Aldário Chrestani Bordonalli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T10:56:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Godoy_RafaelMartinsBuckde_M.pdf: 2737697 bytes, checksum: 81ed80e4884021bcb8fa95b1f7731beb (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Nas propostas atuais de redes ópticas reconfiguráveis, a multiplexação por divisão em comprimento de onda é adotada como técnica de transmissão que proporciona à rede características dinâmicas que otimizam a transmissão dos sinais e a utilização da banda disponível. Contudo, dependendo do número de canais acoplados aos amplificadores ópticos a fibra dopada com érbio destas redes e, portanto, da potência óptica de entrada, o ganho por canal no amplificador saturado pode ser maior ou menor devido a possíveis reconfigurações da rede, causando sérias penalidades por excesso ou falta de potência óptica no receptor, deteriorando, ou até impossibilitando, a transmissão da informação. Assim, técnicas de controle automático de ganho têm sido propostas a fim de reduzir a dependência de ganho do EDFA com o número de canais acoplados em redes ópticas atuais. O objetivo deste trabalho foi o de, primeiramente, elaborar um modelo matemático para o EDFA. Em seguida, estudou-se e adaptou-se a este modelo a técnica totalmente óptica de controle automático de ganho. Como resultado, obteve-se uma rotina de simulação que permite prever o comportamento do amplificador de ganho controlado sob diversas condições de operação, fornecendo uma ferramenta útil para a análise e projeto de EDFAs para redes reconfiguráveis / Abstract: In recent reconfigurable optical network applications, the wavelength division multiplexing is adopted as the transmission technique since it can give the network dynamic characteristics that optimize the transmission of signals and the use of the available bandwidth. However, depending on the number of channels coupled into Erbium doped fiber amplifiers of such networks and, therefore, on the optical input power, the per-channel in the saturated amplifier can change due to network reconfiguration, leading to serious penalties for excess or lack of optical power at the receiver end, deteriorating, or even preventing the transmission of information. Thus, automatic gain control techniques have been proposed to reduce the dependence of the EDFA gain on the number of coupled channels in optical networks. The aim of this study was to first develop a mathematical model for the EDFA. Then, this model was studied and adapted to incorporate the all-optical automatic gain control technique. As a result, a simulation routine that allows for the prediction of the gain-controlled amplifier behavior under various operating conditions was obtained, providing a useful tool for analysis and design of EDFAs for reconfigurable networks / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica