[pt] O uso de amplificadores a fibra dopada, principalmente o amplificador a fibra dopada com érbio (EDFA), permitiram um grande avanço no desenvolvimento das comunicações ópticas e, o uso de ferramentas para caracterizar estes dispositivos é de grande importância. A técnica de reflectometria óptica no domínio da freqüência (OFDR), é bastante eficiente por se tratar de uma técnica não destrutiva e possibilitar a caracterização do ganho através de medidas de ganho distribuído em fibras dopadas. Neste trabalho foi construído um sistema OFDR sintonizável permitindo medidas em diferentes comprimentos de onda, para caracterização de EDFA, operando na banda C (1530-1565 nm) e L (1565-1610 nm), e também fibras dopadas com túlio, operando na banda S (1450-1530 nm). Graças a estas medidas, foram feitos estudos de diversos esquemas de bombeamento e diferentes topologias visando um melhor entendimento e desempenho dos dispositivos, sempre de forma não destrutiva. / [en] The use of doped fiber amplifiers, especially erbium doped- fiber amplifier (EDFA), has been permitted a great advance in optical communications development, and the use of some tools to characterize these devices has a great importance. The optical frequency domain reflectometry technique (OFDR) is very efficient because it is a non-destructive technique and allows the characterization of the gain through distributed gain measurements. In this work a tunable OFDR system was built permitting to perform measurements in different wavelengths, for characterization in EDFA working in C (1530-1565 nm) and L (1565-1610 nm) bands, as well as Thulium doped fibers operating in S (1450-1530 nm) band. Thanks to these measurements, some different pump schemes studies have been made and also different amplifier topologies to find a best device performance, always in a non-destructive way.

Foi desenvolvida e construída uma cavidade bombeadora para um meio de ganho de Cr:LiSAF na forma de bastão, bombeado por duas lâmpadas, visando sua operação como amplificador de pulsos ultracurtos a taxas de repetição elevadas, e com redução da carga térmica sobre o meio de ganho. A cavidade e o meio de ganho foram caracterizados sob operação como laser e como amplificador de pulsos ultracurtos. Atuando como laser, obtivemos 30 Hz de taxa de repetição e 20 W de potência média, resultado inédito, e ganho máximo de 1,5 por passagem. Alterando as características do bombeamento, foi possível operar o laser a 8 Hz e 16 W de potência média, com ganho máximo de 3,6 por passagem. A cavidade bombeadora, na configuração de maior ganho, foi integrada e sincronizada a um sistema Chirped Pulse Amplification baseado em cristais de Ti:Safira, concebido e construído visando a sua conjugação com o amplificador de Cr:LiSAF. O amplficiador introduziu um fator de amplificação de 150 em pulsos de 20 ps, produzindo pulsos com potência de pico de 0,5 TW. Também foi apresentada uma nova técnica para medida do limiar de ablação por pulsos ultracurtos, e sua teoria analítica foi desenvolvida. Esta técnica foi utilizada na determinação do limiar de ablação de cristais de Cr:LiSAF no regime de 20 ps. / We have developed and built a pumping cavity for a Cr:LiSAF rod, pumped by two flashlamps, in order to operate it as an ultrashort laser pulse amplifier at the highest possible repetition rate, under reduced thermal load. The pumping cavity and the gain medium were characterized under laser and ultrashort pulse amplifier operation. Operating as a laser, 30 Hz repetition rate and 20 W average power were obtained for the first time at a maximum gain per pass of 1.5. Changing the pumping characteristics, the laser provided 16 W at 8 Hz repetition rate, at a maximum gain of 3.6. The cavity, in the highest gain configuration, was integrated and synchronized to a Ti:Sapphire Chirped Pulse Amplification system, conceived and built to comprise the Cr:LiSAF amplifier. The amplifier provided amplification by a factor 150 to the 20 ps stretched pulses, resulting in pulses with 0.5 TW of peak power. Also, a new technique to measure ultrashort pulses ablation threshold was presented, and its analytical theory was developed. This technique was used to determine the ablation threshold for Cr:LiSAF crystals in the 20 ps regime.

Orientadores: Aldário Chrestani Bordonalli, Júlio César Fernandes de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T15:54:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Herbster_AdolfoFernandes_M.pdf: 43022862 bytes, checksum: cb1955d3050a400f287fcc00967963ff (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Com base na estimativa do ruído de emissão espontânea amplificada (ASE) dentro do ciclo de atuação do controle eletrônico de ganho (CEG) de amplificadores a fibra dopada com érbio (EDFA), este trabalho mostra que é possível a extensão da faixa dinâmica de EDFAs controlados. Como o comportamento espectral do EDFA depende fortemente da disposição dos canais e do nível de potência de entrada, principalmente sobre operação saturada, esta estimativa pode ser obtida por meio do mapeamento prévio do acúmulo de ASE em função do ganho e da potência de entrada do EDFA, para diversas situações de alocação de canais. Desta forma, com o procedimento proposto, EDFAs com CEG que proporcionavam faixas dinâmicas de cerca de 11 a 12 dB passam a ter de 22 a 23 dB, valores próximos da faixa ideal, fazendo com que a técnica eletrônica de controle de ganho possa ser utilizada em EDFAs de redes reconfiguráveis, como amplificadores de potência ou, até, amplificadores de linha / Abstract: Based on amplified spontaneous emission (ASE) noise estimation within the cycle of the electronic gain control (EGC) actuation in erbium doped fiber amplifiers (EDFAs), this work proposes a technique that allows for the extension of the gain controlled EDFA dynamic range. Since the EDFA spectral behavior is strongly dependent on channel assignment and input power level, especially during saturated operation, this estimation can be obtained by a prior mapping of the ASE accumulation as a function of gain and EDFA input power, for various situations of channel wavelength assignment. Thus, EDFAs with EGC, which normally provide dynamic ranges from about 11 to 12 dB, could easily offer from 22 to 23 dB with the proposed procedure, values that are close to the ideal range, making the electronic gain control technique a candidate for reconfigurable network power amplifiers or even in-line amplifiers / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T22:37:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gabrielli_LucasHeitzmann_M.pdf: 1664519 bytes, checksum: 603a56aba5fc73f289c71c5c3da12b97 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A proposta deste trabalho é projetar perfis de fibra óptica para uso em amplificadores paramétricos que, além de apresentarem uma banda larga, sejam também robustos em relação à fabricação. Implementamos um método eficiente de solução modal para fibras ópticas com perfis multicamadas para calcular a dispersão da fibra. Através de um algoritmo genético padrão, otimizamos os perfis para posicionar os zeros de dispersão no centro da banda de amplificação desejada e tornálos robustos a deformidades geométricas. Por fim, avaliamos o desempenho dos perfis obtidos comparando-os a perfis mais usuais na construção de amplificadores. Incluímos um modelo de flutuações nos parâmetros de fabricação das fibras para efetivamente demonstrar a evolução na robustez dos perfis otimizados. As avaliações foram feitas com base em dois métodos: o modelo de quatro ondas; e o SSFM (Split-Step Fourier Method), utilizado para validar o primeiro. Como resultados apresentamos: (a) perfis de fibras com propriedades otimizadas na construção de amplificadores paramétricos; e (b) dados estatísticos de nossos modelos sobre o efeito de flutuações geométricas na fabricação das fibras, e também, sobre o desempenho de amplificadores paramétricos / Abstract: The proposal of this work is to design optical fiber profiles for parametric amplifiers both wideband, and robust with respect to fabrication. We implement an efficient method to compute the modes of multilayered optical fibers in order to calculate the fiber dispersion. Using a standard genetic algorithm, we optimize the profiles aiming at placing the zero dispersion wavelengths at the center of the desired amplification band, and making them robust to geometrical deformations. Finally, we evaluate the performance of the designed profiles against others more commonly employed in fiber amplifiers. We include a fluctuation model in the fiber fabrication parameters to effectively demonstrate the evolution in robustness in the optimized profiles. The evaluations were conducted based in two methods: the four-wave model, and the SSFM (Split-Step Fourier Method), used to validate the former. As results we present: (a) fiber profiles with optimized properties for parametric amplifier construction; and (b) statistical data collected from our models about the effects of geometric fluctuations in the fabrication of the fibers and also in the performance of parametric amplifiers / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Aldario C. Bordonalli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T21:13:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_RaniereNoronhade_M.pdf: 8840404 bytes, checksum: 8fe7c72c315d28741327bdd5e4195146 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Atualmente, têm-se observado tentativas de se transferir o processamento da informação em redes de tráfego de pacotes cada vez mais para o domínio óptico. Isto acarretaria um aumento da quantidade de informações trocadas entre os nós da rede e promoveria a diminuição da latência do fluxo de pacotes. Com este intuito, procurou-se analisar os efeitos da redução do tempo de acionamento de uma chave óptica simples baseada em um amplificador óptico a semicondutor (SOAs) comum e disponível comercialmente no desempenho de um arranjo experimental que simulava uma rede de tráfego de pacotes. Posteriormente, de posse dos resultados obtidos, que assumiram a manutenção da integridade dos bits do pacote dentro de um fator de 10% durante os transientes de chaveamento, a latência da rede foi teoricamente avaliada. Para a melhoria do tempo de chaveamento do SOA, utilizou-se uma técnica de pré-injeção de pulso de corrente de portadores, Como esperado, houve uma redução acentuada dos tempos de acionamento de início e fim do processo de chaveamento óptico em relação ao obtido com pulsos quadrados simples, da ordem de 10 vezes. Verificou-se, também, que, acima de um determinado número de chaveamentos ocorrendo dentro de uma mesma rede óptica de pacotes, a latência da rede poderia ser diminuída de acordo com o tráfego da rede com a aplicação da técnica de redução do tempo de chaveamento do SOA. / Abstract: Currently, more and more attempts are being made to move network processing of information packets to the optical domain. This can potentially lead to an increase of the amount of information that is exchanged among nodes of the network and promote the reduction of latency of packet flow. In this sense, this work examines the effects of reducing the switching time of semiconductor optical amplifier (SOA) based switches in the performance of an experimental arrangement that simulates a network with optieal paeket traffie. By assuming per-bit paeket integrity within a factor of 10% over the switching period of transients, the latency of the network was then theoretically evaluated. j To improve the SOA switching time, a pre-impulse step injected current technique was used to provide excess carriers during transients. As result, a reduction of the order of ten times in the optical switching interval was observed in relation to that provided by ordinary square pulse~. In terms of packet traffic flow, the latency resulting from the improved SOA switching time could considerably be reduced based on the number of switching events occurring within the network. / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Evandro Conforti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T04:49:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_Peterson_M.pdf: 5254230 bytes, checksum: 811832dc531fcd6bcc9edf29f71bf219 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Modulações ópticas avançadas como DQPSK e QAM tem sido escolhidas por serem formatos multiniveis (dois bits ou mais por símbolo), aumentando a eficiência espectral de sistemas ópticos. Entretanto, o amplificador óptico a semicondutor (SOA) indicado principalmente para aplicações de media distancia (da ordem de 20 km), pode degradar o sinal DQPSK e QAM. Sistemas de fase modulada (como o DQPSK) são afetados principalmente por SPM e XPM, devido ao ruído de fase não-linear adicionado a fase óptica do sinal. Visando analisar estes problemas, apresenta-se um estudo sobre os sinais NRZ-DQPSK e 16-QAM amplificados pelo SOA, bem como outros fatores que degradam tais sistemas, através de simulações com os softwares comerciais OptiSystem e VPItransmissionMaker. Nas simulações, resultados foram obtidos estando em acordo com a teoria e em acordo com o capitulo 3. Para o sistema DQPSK, o SOA degradou o sinal em todos cenários propostos para avaliar o sistema. O sinal NRZ-DQPSK apresentou maior penalidade quando o ganho do SOA foi de 20 dB. Efeitos não-lineares juntamente com a dispersão cromática limitam fortemente a distancia do enlace, e ao compensar a dispersão cromática no enlace com maior penalidade em 56 Gbps, o sinal NRZ-DQPSK pode trafegar por uma distancia 10 vezes maior (de 5 km para 50 km) com uma BER de 10-12. Para o sistema QAM, o sinal foi penalizado pelo SOA em todos os casos, e utilizando o SOA com ganho grampeado, os efeitos não-lineares foram minimizados, melhorando substancialmente o desempenho. Compensando a dispersão cromática e usando o SOA com ganho grampeado para o caso com maior penalidade, o sinal 16-QAM viajou a uma distancia 16 vezes maior (3 km e 50 km) / Abstract: High spectral efficiency is being achieved in modern optical fiber systems using multilevel optical modulation formats such us DQPSK and QAM, with more than one bit per symbol. However, amplifying devices such as the semiconductor optical amplifier (SOA) can degrade the DQPSK signal. In recent years SOAs have gained much attention (mainly in medium distance links, around 20 km) due to non-linear and fast switching potential applications (wavelength conversion, 3R regeneration, optical packet switching, etc.). In addition, the SOA under gain saturation further enhance deleterious nonlinear effects such as SPM, XGM, FWM, XPM. Phase modulated systems as DQPSK are affected mainly by SPM and XPM due to the nonlinear phase noise added to the controlled phase of the optical modulated signal. This work presents a study on the NRZ-DQPSK and 16-QAM signals when amplified by SOAs, analyzing the main factors degrading such systems through simulations using commercial OptiSystem and VPItransmissionMaker software. SOA showed degradation effects over DQPSK, with larger penalties to NRZ signals and optical gain over 20 dB. Non-linear effects and chromatic dispersion impose a maximum distance limit. In dispersion compensated links, 10 fold distances are achieved in relation to standard fibers (5 to 50 km) with BER= 10-12. For 16 QAM, the penalties are still high. However, gain clamped SOAs have better performance with a 16 fold distance increase (3 km to 50 km) / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

The aim of the thesis was to introduce the standard ITU-T G.989. Introduction deals with passive network architecture, which clarifies the basic functional elements that occur in optical networks. Been described active components and the very principle of data transfer in the distribution network. Next section is devoted to new technologies that are defined for the latest generation of passive networks NG-PON2. There have been a principle of data transmission in such networks and their advantages and disadvantages. I described the principle of data transmission in such networks and their advantages and disadvantages. The practical part deals with creating a functional network of NG-PON2 also using optical amplifiers. Another suggestion was using a digital CATV transmission of QAM modulation under optical networks on a dedicated wavelength of 1550 nm. Also simulate the coexistence of this new standard with previous PON technologies. Finally, the work consisted in implementing the Miller’s code into OptSim v5.2 environment, which compared the transmission characteristics of each line of codes with this Miller’s code. All practical simulations were designed and simulated in program OptSim v5.2.

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The topic of this proposal is the development of high peak power laser sources with a focus on linearly chirped pulse laser sources. In the past decade chirped optical pulses have found a plethora of applications such as photonic analog-to-digital conversion, optical coherence tomography, laser ranging, etc. This dissertation analyzes the aforementioned applications of linearly chirped pulses and their technical requirements, as well as the performance of previously demonstrated parabolic pulse shaping approaches. The experimental research addresses the topic of parabolic pulse generation in two distinct ways. First, pulse shaping technique involving a time domain approach is presented, that results in stretched pulses with parabolic profiles with temporal duration of 15 ns. After pulse is shaped into a parabolic intensity profile, the pulse is compressed with DCF fiber spool by 100 times to 80 ps duration at FWHM. A different approach of pulse shaping in frequency domain is performed, in which a spectral processor based on Liquid Crystal on Silicon technology is used. The pulse is stretched to 1.5 ns before intensity mask is applied, resulting in a parabolic intensity profile. Due to frequency to time mapping, its temporal profile is also parabolic. After pulse shaping, the pulse is compressed with a bulk compressor, and subsequently analyzed with a Frequency Resolved Optical Gating (FROG). The spectral content of the compressed pulse is feedback to the spectral processor and used to adjust the spectral phase mask applied on the pulse. The resultant pulse iv after pulse shaping with feedback mechanism is a Fourier transform, sub-picosecond ultrashort pulse with 5 times increase in peak power. The appendices in this dissertation provide additional material used for the realization of the main research focus of the dissertation. Specification and characterization of major components of equipments and devices used in the experiment are present. The description of Matlab algorithms that was used to calculate required signals for pulse shaping are shown. A brief description of the Labview code used to control the spectral processor will also be illustrated.

The next generation of transoceanic submarine cable systems will use in-line fiber amplifiers to replace electrical regenerators. This new approach requires a better understanding of the fiber waveguide, especially the nonlinear characteristics. It has been demonstrated, both by numerical simulation and experiments, that the Kerr effect has the most significant degradation effects on these systems with a single or a few channels. In this dissertation, the numerical simulation is the principal approach but this is supplemented with some analytical studies. There are two phenomena that are directly associated with the Kerr effect: spectrum broadening and four wave mixing (FWM). The broadened signal spectrum enhances the dispersion effect and consequently increases the inter symbol interference. This distortion is significant when the dispersion is relatively large. U sing erbium doped fiber amplifiers, amplified spontaneous emission (ASE) noise is added to the signal The FWM effect between the noise and signal causes a loss in the signal power. In the close vicinity of the zero dispersion wavelength, the FWM effect is maximized due to the loose phase match condition. In order to reduce these degradation effects, dispersion compensation has recently been proposed. Using this approach, it is possible to optimize the system configuration to achieve the best performance. In this dissertation, the dispersion compensation distance, dispersion coefficient, channel bandwidth, bit rate and the degree of imperfect compensation are all subject to the optimization. The evaluation is obtained by the numerical simulation using the mean squared error (MSE), which can be derived as the difference between the wavefronts received by a back-to-back receiver and a receiver at the end of the channel. Although the MSE can't be related to the bit error directly, this research provides the insight into how dispersion and noise behave in the presence of the Kerr effect and points the direction for future experimental research.? / Ph. D.