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.

O objetivo deste trabalho é a proposição e análise de três dispositivos em óptica integrada, a saber, um modulador, um multiplexador e um demultiplexador ópticos. Entretanto, dispositivos baseados em fibras ópticas são também propostos. A performance de todas as estruturas investigadas nesta dissertação é calculada usando a teoria dos modos acoplados e um formalismo matricial. Os resultados das simulações indicam, como limite teórico, uma razão de extinção de 20 dB e uma perda intrínseca de 2 dB para uma tensão aplicada de 1.67 volts. O multiplexador, formado por diversas estruturas como a do modulador dispostas em série, fornece uma razão de extinção de 17 dB e 2 dB de perda de inserção. O filtro óptico é capaz de atenuar o ruído inter-banda em 20 dB, com uma perda de inserção desprezível. O sensor de temperatura é obtido pelo cascateamento dos filtros mencionados. Sua aplicação para monitorar a temperatura de linhas de transmissão de alta tensão é discutida. / The main goal of this work is the proposal and analysis of three optoelectronic devices, namely, a modulator, a multiplexer and a demultiplexer. However, optical-fiber based devices are also studied: a filter and a temperature sensor are proposed. The performance of all structures investigated in this dissertation is evaluated by using the couple-mode theory and a matrix formalism. Simulation results indicate that the proposed modulator yields, as the theoretical limit, a extinction ratio of 20 dB and a insertion loss of about 2 dB for an 1.67 volts of applied voltage. The multiplexer, formed by several modulator-like structures disposed in tandem, offers 17 dB of extinction ratio and 2 dB of insertion loss. As far as optical fíber devices are concerned the proposed optical filter is capable of attenuating the inter-band noise by 20 dB, showing negligible insertion loss. The temperature sensor is constructed by cascading the mentioned optical filters. Its application to monitor temperature in high-voltage transmission lines is discussed.

O objetivo deste trabalho é a proposição e análise de três dispositivos em óptica integrada, a saber, um modulador, um multiplexador e um demultiplexador ópticos. Entretanto, dispositivos baseados em fibras ópticas são também propostos. A performance de todas as estruturas investigadas nesta dissertação é calculada usando a teoria dos modos acoplados e um formalismo matricial. Os resultados das simulações indicam, como limite teórico, uma razão de extinção de 20 dB e uma perda intrínseca de 2 dB para uma tensão aplicada de 1.67 volts. O multiplexador, formado por diversas estruturas como a do modulador dispostas em série, fornece uma razão de extinção de 17 dB e 2 dB de perda de inserção. O filtro óptico é capaz de atenuar o ruído inter-banda em 20 dB, com uma perda de inserção desprezível. O sensor de temperatura é obtido pelo cascateamento dos filtros mencionados. Sua aplicação para monitorar a temperatura de linhas de transmissão de alta tensão é discutida. / The main goal of this work is the proposal and analysis of three optoelectronic devices, namely, a modulator, a multiplexer and a demultiplexer. However, optical-fiber based devices are also studied: a filter and a temperature sensor are proposed. The performance of all structures investigated in this dissertation is evaluated by using the couple-mode theory and a matrix formalism. Simulation results indicate that the proposed modulator yields, as the theoretical limit, a extinction ratio of 20 dB and a insertion loss of about 2 dB for an 1.67 volts of applied voltage. The multiplexer, formed by several modulator-like structures disposed in tandem, offers 17 dB of extinction ratio and 2 dB of insertion loss. As far as optical fíber devices are concerned the proposed optical filter is capable of attenuating the inter-band noise by 20 dB, showing negligible insertion loss. The temperature sensor is constructed by cascading the mentioned optical filters. Its application to monitor temperature in high-voltage transmission lines is discussed.