Orientador: José Brás Barreto de Oliveira / Banca: Sidney Alves Lourenço / Banca: Margarida Juri Saeki / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materias, PosMat, tem carater institutional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Este trabalho investiga as propriedades ópticas de um sistema semicondutor que tem alto potencial para aplicação em optoeletrônica. As amostras estudadas são baseadas no sistema InxGa1-xAs0,984N0,016/GaAs, a concentração x de índio encontra-se na faixa de 0,26 a 0,43 e foram crescidas nas temperaturas de 400°C e 430°C e, passaram por tratamento térmico, a temperatura de 720 °C, durante o tempo de 30 min. Em ambas amostras a espessura do poço é de 6,5 nm. A técnica utilizada na investigação é a fotoluminescência, que permite analisar o comportamento de portadores em diferentes faixas de temperatura e regimes de excitação, para caracterizar a qualidade estrutural das amostras. No estudo procuramos compreender o comportamento das emissões ópticas analisando a largura de linha a meia altura (FWHM) da emissão, a variação do band gap com a temperatura e a localização e ativação térmica dos portadores de carga. / Abstract: This work investigates the optical properties of a semiconductor system which has high potential for application in optoelectronics. The samples studied are based on InxGa1-xAs0,984N0,016 / GaAs system, the indium concentration x is in the range from 0.26 to 0.43, and were grown at temperatures of 400 °C and 430 °C and received thermal treatment, at 720 oC, during 30 minutes. In both samples the well thickness is 6.5 nm. The technique used in the investigation is the photoluminescence, which allows to analyze the behavior of carriers in different temperature ranges and excitation regimes, in order to characterize the structural quality of the samples. In the study we sought to understand the behavior of the optical emissions by analyzing the full width at half-maximum (FWHM) of the emission line, the variation of the band gap with temperature and the trapping and thermal activation of charge carriers. / Mestre

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.

Orientador : Oseas Valente de Avilez Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-29T02:11:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_JoseCarlosJulianode_D.pdf: 808594 bytes, checksum: 9c4b8b693f94ec0e6d0e0787bedaf6f6 (MD5) Previous issue date: 2001 / Doutorado

Orientador: Newton Cesário Frateschi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-28T23:46:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rezende_GuilhermeForniasMachadode_M.pdf: 3592220 bytes, checksum: e91127c5e777f7e4dfeeff9c5257f907 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Microrressonadores óticos são blocos fundamentais para a integração fotônica. A busca por transmissão de sinais cada vez mais rápidos (atualmente, em dezenas de Gbps) faz com que novos projetos de combinações topológicas entre microanéis sejam exigidos constantemente. Quando aplicados ao processamento de sinais fotônicos, as características de um microrressonador ¿ a saber, espaçamento espectral livre, fator de qualidade e finesse ¿ costumam funcionar como figuras de mérito para avaliar sua capacidade de processamento, filtragem e modulação. Uma estratégia para o aumento da densidade espectral de resposta de transmissão utilizada neste trabalho consiste em acoplar microanéis menores no interior de um maior, mantendo-se o tamanho compacto original do ressonador maior. Neste trabalho, elaboramos uma ferramenta de projeto objetivando prever e descrever as características espectrais deste tipo de dispositivo. Para tanto, foram utilizados o Método de Matriz de Espalhamento, a Teoria de Modos Acoplados e a generalização e sistematização da Regra de Mason para o Ganho de Grafos Direcionais. Nossa ferramenta permite compreender as diferentes combinações de caminhos óticos executados pela luz no interior das cavidades, resolve analiticamente o espectro de transmissão de microanéis acoplados e providencia uma análise da potência ótica no interior de cada cavidade, provendo uma comparação eficiente com os resultados da Teoria de Modos Acoplados. Comparando as previsões teóricas com medidas de caracterização de dispositivos fabricados, encontramos a necessidade de reformulação das ideias dos chamados modos escuros ¿ os quais não são excitados dependendo da forma na qual o sistema é bombeado ¿ para descrição destes sistemas fotônicos / Abstract: Microring resonators are building block for photonic integration. The demand for faster signal transfer (nowadays, in the orders of Gbps) constantly requires new designs of topological combinations between microrings. When applied to photonic signal processing, their characteristics of free spectral range, quality factor and finesse are used as figure of merit in order to evaluate their capacity of processing, filtering and modulation. A strategy for enhancing the spectral density of transmission response, used in this work, consists in coupling smaller microrings inside a bigger one, keeping the original compact size of the bigger resonator unchanged. In this work, we elaborated a design tool in order to predict and describe the behavior of spectral characteristics of this kind of device. For that purpose, it was used the Scattering Matrix Method, the Coupled Mode Theory and the generalization and systematization of Mason¿s Rule for the Gain of Directional Graphs. Our tool provides a full understanding of all combinations of optical path inside the cavities, solve analytically the transmission spectrum of the coupled microrings and provides an optical power analysis inside each cavity, implying an efficient comparison with the results of Coupled Mode Theory. By comparing theoretical predictions with the measurements of characterization of fabricated devices, we found the necessity of reformulation of the ideas of the so-called dark states ¿ those which are not excited depending the way the system is pumped ¿ for describing theses photonic systems / Mestrado / Física / Mestre em Física / 131434-6/2013 / CNPQ

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.

A análise de um sensor óptico de pressão foi realizada neste trabalho. O sensor baseia-se no deslocamento de um diafragma composto por camadas de silício, dióxido de silício e vidro. O deslocamento do diafragma causa a alteração do índice de refração do guia óptico do ramo sensor de um interferômetro de Mach-Zehnder, formado por guias do tipo \"rib\" na camada de vidro. A diferença de fase entre os sinais ópticos dos ramos sensor e de referência causa variação da intensidade luminosa na saída deste interferômetro. A simulação do deslocamento do diafragma foi feita empregando-se o Método das Diferenças Finitas, que também foi, utilizado no cálculo da alteração do índice de refração no guia óptico. O diafragma de três camadas foi substituído, nos cálculos, por outro composto de uma camada equivalente. A análise da propagação da luz no guia tipo \"rib\" foi feita por intermédio do Método do Índice Efetivo. Para a distribuição dos campos elétrico (para o modo TE) e magnético (para o modo TM) admitiu-se uma variação gaussiana na direção y, e a formulação clássica para um guia planar assimétrico, na direção x. O resultado final deste trabalho apresentou melhor aproximação com os dados experimentais do trabalho realizado por OHKAWA [23] do que a própria previsão teórica daquele. São apresentados gráficos do deslocamento do diafragma em função da pressão aplicada, da variação do índice de refração do guia do ramo sensor em função das dimensões geométricas do guia, da distribuição da componente de campo elétrico no guia óptico em função das suas dimensões geométricas, da defasagem entre os sinais dos ramos sensor e de referência em função da pressão aplicada e da pressão de meia-onda em função do comprimento do diafragma. / An integrated optical pressure sensor was analysed in this work. The sensor is based on the deflection of a multilayered diaphragm and operates as a Mach-Zehnder interferometer. A pressure difference between the upper and lower faces of the diaphragm induces a strain and produces a refractive index change in the sensor arm of the interferometer. As a consequence, a phase-shift is established between both arms of the sensor and light intensity modulation is observed at the device output. The Finite Difference Method was used in order to calculate the diaphragm deflection and the refractive index change. In the formulation the multilayered diaphragm was replaced by a single-layered one, with an equivalent bending rigidity. The light propagation in the rib-type waveguide sensor arm was analysed by the Effective lndex Method. A gaussian variation was assumed for the y-component of the electric (TE mode) and magnetic (TM mode) field distributions. In the x-direction the classical formulation was used. Results for the diaphragm deflection dependence on the applied pressure, the refractive index change as a function of the device geometry, phase shift versus applied pressure, as well as halfwave pressure as a function of diaphragm lenght are presented. The final model yield a better agreement to experimental data than the formulations previously available in the literature.

Orientador: Cláudio Kitano / Banca: Ricardo Tokio Higuti / Banca: Regina Célia da Silva Barros Allil / Resumo: O grupo de estudos do Laboratório de Optoeletrônica (LOE) da FEIS-UNESP trabalha há vários anos na área de interferometria óptica. A expressão geral da transmissão (razão entre o retardo de fase e a tensão aplicada) de um modulador eletro-óptico de intensidades é idêntica à expressão do sinal fotodetectado na saída de um interferômetro de dois feixes. Em 2012, um novo método de detecção interferométrica de fase óptica foi desenvolvido no LOE, sendo denominado de método de segmentação do sinal amostrado (SSA). Este método é imune ao fenômeno de desvanecimento, é capaz de mensurar o valor da diferença de fase quase-estática entre os braços do interferômetro, consegue medir o tempo de atraso entre o estímulo e a resposta, é pouco sensível ao ruído eletrônico, apresenta excelente resolução, tem ampla faixa dinâmica, permite caracterizar dispositivos não-lineares e pode operar com uma grande variedade de sinais periódicos não-senoidais. Beneficiando-se dessas informações, promoveu-se uma adaptação do método SSA para fins de se implementar um sensor óptico de tensão (SOT) elevada, a base do efeito eletro-óptico linear em cristais de niobato de lítio. O trabalho desenvolvido nesta dissertação se insere nesta linha de pesquisa, porém, ao contrário de trabalhos pregressos realizados no LOE, onde o sinal fotodetectado era amostrado por um osciloscópio digital e processado em microcomputador, agora, empregam-se processadores digitais de sinais (DSPs) tanto para amostrar quanto processar o sinal. Operando-se com a placa eZdspF28335, de ponto-flutuante, foram executadas medições da forma de onda de sinais de alta tensão, em 60 Hz e com elevado conteúdo de harmônicas superiores. Desta forma, gráficos de linearidade (relação entre o retardo induzido versus tensão elétrica aplicada)... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The Optoelectronic Laboratory (OEL) research group has been working for many years in the optical interferometry field. The general expression for the transmission (phase shift and drive voltage ratio) of an electro optic amplitude modulator is identical to the photo-detected signal at the output of a two-beam interferometer. In 2012, a new interferometry method for optical phase detection was developed at OEL, named Sampled Piece-Wise Signal (SPWS) method. This method, which is immune to fading, is used to measure the value of the quasi-static optical phase difference between the arms of the interferometer. The method has small influence from to electronic noise, provides excellent resolution, has a wide dynamic range, and allows the characterization of non-linear devices. Furthermore, the SPWS method is used to measure the time delay between stimulus and response and may operate with a wide variety of non-sinusoidal periodic signals. In this work the SPWS method is adjusted aiming the high voltage measurement by using an optical voltage sensor (OVT) based on the linear electro-optic effect in lithium niobate crystals. Unlike previous studies realized at OEL, where the photo-detected signal was acquired by a digital oscilloscope and processed with a microcomputer, a digital signal processor (DSPs) is employed for both signal acquisition and processing. Measurements of high voltage signal waveforms, at 60 Hz and with higher harmonic content, were performed using the eZdspF28335 card, with floating-point operation. Thus, OVT linearity (induced phase shift versus drive voltage) and frequency response curves were obtained. The spectrum of the high voltage signal was calculated, and hence, parameters such as THD (Total Harmonic Distortion) and IHD (Individual Harmonic Distortion) could be determined. Two different OVT configurations were tested... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

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.

Orientador: Jacobus Willibrordus Swart / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T07:19:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goes_MarcosAugustode_M.pdf: 31444750 bytes, checksum: e7c5cce48b9c9ec73f1804fee26b6062 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Esta dissertação de mestrado descreve o estudo, projeto e implementação de um receptor optoeletrônico integrado (OEIC) utilizando a tecnologia de transistores bipolares de heterojunção (HBT), fabricados a partir do material semicondutor arseneto de gálio. A grande vantagem deste transistor é o seu alto ganho e baixa resistência de base, o qual possibilita operações na faixa de gigahertz. A integração do estágio de fotodetecção, feita por um fotodiodo do tipo PIN, com o circuito de amplificação em um mesmo circuito integrado é possível, pois o fotodetector é construído com as camadas de base, coletor e subcoletor do transistor HBT. Com isso, as resistências, capacitâncias e indutâncias parasitas presentes na conexão entre estes dois estágios são minimizadas. Isto permite aos receptores monolíticos trabalharem em freqüências mais altas em relação aos receptores híbridos. O circuito fabricado opera com fontes de luz no comprimento de onda de 850 nm e pode ser utilizado em redes locais de curta distância (LAN) / Abstract: This master degree dissertation describes the study, project and implementation of an optoelectronic integrated circuit (OEIC) using the heterojunction bipolar transistors (HBT) technology over a gallium arsenide substrate. The major advantage of this transistor is its high gain and low base resistance, allowing operation at frequencies in the range of gigahertz. The integration of the photodetection stage, performed by a PIN photodetector, with the amplifier circuit in a single chip is possible because the photodetector is built from the base, collector and subcollector layers of the HBT transistor. Thus, the parasitic resistances, capacitances and inductances between the connection of these two stages are minimized. In this way, monolithic receivers can operate at higher frequencies than hybrid receivers. The fabricated circuit is intended to work with 850 nm light sources and can be used in local area networks (LAN) / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica