[pt] Este trabalho apresenta o estudo e a realização de experimentos a fim de investigar os efeitos da PMD (Polarization Mode Dispersion) no controle de polarização implementado em um enlace de fibra óptica monomodo. Esse estudo permitirá a otimização de controladores de polarização em sistemas de transmissão que venham a utilizar multiplexação em polarização (PolMux) combinado a técnicas de UDWDM (Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing), possibilitando o aumento da taxa de transmissão em um canal. Para tanto, foram realizadas medidas experimentais que demonstrem o desvio angular da polarização devido à descorrelação entre canais, através da análise da evolução da polarização do sinal óptico em função da PMD, do comprimento de onda e do espaçamento espectral; foram analisadas duas propostas para se utilizar no controle de polarização; estatísticas referentes à atenuação dos canais utilizados foram realizadas e também o cálculo da correlação com intuito de analisar como esses canais se relacionam. / [en] This work presents the study and conducting experiments to investigate the PMD (Polarization Mode Dispersion) effects in polarization control implemented in a single-mode fiber optic link. This study will allow the optimization of polarization controllers in transmission systems that will use polarization multiplexing (PolMux) combined with techniques like UDWDM (Ultra Dense Wavelength Division Multiplexing), and thereby to increase the transmission rate in a channel. Therefore, we performed experimental measurements showing the angular displacement of the polarization due to decorrelation between channels by analyzing the evolution of the polarization of the optical signal as a function of PMD, wavelength and the spectral spacing, analyzed using two proposals for the control of polarization, statistics of the fading channels used and also performed the calculate the correlation with the aim to analyze how these channels are related.

[pt] O controle de um estado de polarização, assim como o controle de todos os estados de polarização da luz transmitida através de uma fibra óptica monomodo, é realizado utilizando diferentes esquemas. O controle de polarização do sinal em um canal DWDM é realizado, utilizando sinais de referência em canais laterais em tempo contínuo. Uma troca de chave quântica codificada em polarização é discutida e realizada, no canal central, graças ao sistema de controle de polarização. A influência da distância espectral entre os canais e da PMD no controle também é estudada. Dois protótipos foram construídos, um sistema de controle de todos os estados de polarização e um compensador de PMD, e são apresentados e descritos inteiramente, incluindo os resultados dos seus testes. O compensador de PMD foi testado, e medidas de compensação de PMD em um enlace de 43Gb/s foram realizadas em diversos formatos de modulação, bem como, em diversas situações de embaralhamento de polarização, com e sem o uso de FEC, a fim de avaliar a eficiência dos formatos de modulação, e a compensação de PMD com linhas de atraso de secção simples e múltiplas. / [en] The control of polarization state, as well as a control of all states of polarization of a light signal travelling through a singlemode optical fiber, is performed using different schemes. The polarization control of the signal in a DWDM channel is performed using reference signals in lateral channels in real time. A polarization encoded quantum key distribution scheme is discussed and performed in the central channel through the control system polarization. The influence of the PMD and the spectral distance between channels in control is also investigated theoretically and experimentally. Two prototypes were built, a full polarization control system and a PMD compensator is shown and totally described, as well their test results. Measurements of PMD compensation on a link at 43Gb / s were performed in different modulation formats and in different situations of polarization scrambling, with and without the use of FEC in order to evaluate the efficiency of modulation formats, and PMD compensation with single or multiple section delay lines.

[pt] O bloqueio da abertura de um refletor pelo alimentador, estais ou subrefletor causam significante deteriorização de um feixe colimado de microondas: pela redução do ganho, pelos aumentos da polarização cruzada e de níveis de lóbulos laterais. Conseqüentemente, o emprego de estruturas de duplos refletores offset torna-se atraente pois permite a eliminação dos efeitos de bloqueio e, através de ajuste dos refletores, redução de polarização cruzada. Várias configurações foram consideradas, utilizando confocal cônicas e refletores modelados. Alternativamente, substancial redução nos custos pode ser obtida pelo emprego de um refletor principal com simetria axial. Utilizando os princípios da Ótica Geométrica, o subrefletor corretor de fase é modelado para obter fase uniforme sobre a abertura. Neste trabalho apresentamos uma extensão do estudo sobre o desempenho de duplos refletores que empregam um esferóide como refletor principal. Alterações nesta configuração são introduzidos resultando em geometrias mais compactas e eficientes. Para avaliar o desempenho e o diagrama de radiação, submete-se os sistemas projetados a uma análise difrativa baseada na ótica Física. / [en] The aperture blockage by feed, stalls, and subreflector generally causes degradation of gain and raising of crosspolarisation and sidelobe levels. Consequently, to attend recent recommendations for sidelobe envelope, the design of earth station antennas has employed offset-fed configurations to eliminate blocking effects. Several dual offset designs have been presented employing sections of confocal conic or shaped reflectors. A possible disadvantage of these designs is that their main reflector does not show circular symmetry and thus connot be manufactured by spinning. The use of spherical main reflector is particularly interesting from the point of view of fabrication process for mass production. This work extends the investigation of the design of dual offset antennas with a spherical main reflector. The phase correcting subreflector is shaped using Geometrical Optics meanings. A diffractive analysis based on Physical Optics approximations is used to predict the radiation pattern, the efficiency and the crosspolaristion.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:52:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319298.pdf: 781203 bytes, checksum: 771a00b3d1b7b1ec224d63f3ce53e695 (MD5) Previous issue date: 2013 / Um novo método de primeiros princípios foi desenvolvido neste trabalho, com o objetivo de considerar os efeitos de polarização de moléculas na presença de pósitrons lentos. Neste cenário, obtivemos seções de choque de baixas energias para pósitrons colidindo com moléculas de H2 e N2, na faixa de energias indo desde 0,1 até 10 eV. Algumas energias em específico foram estudadas para a molécula de H2 com o objetivo de comparar estes resultados com os da literatura. O modelo proposto aqui é baseado na ideia de que a polarização da nuvem eletrônica de uma molécula é causada exclusivamente pelas interações pósitron-elétron. Deste modo, o potencial de polarização é calculado como o valor esperado do hamiltoniano molecular na função de onda polarizada na qual a presença do pósitron é considerada em uma posição fixa, excluindo os termos elétron-elétron da interação. Este operador é avaliado para cada uma destas distâncias, resultando em um potencial de polarização dependente apenas desta coordenada. Os resultados obtidos são comparados com outras aproximações teóricas e experimentais, com uma concordância boa com alguns dados teóricos e outros cálculos mais elaborados. Particularmente, as seções de choque de pósitrons lentos colidindo com moléculas de N2 apresentadas aqui são os únicos resultados na literatura que concordam com os dados experimentais mais recentes. Este é um resultado muito satisfatório, pois o método proposto aqui pode ser aplicado para uma grande variedade de alvos moleculares, e os resultados esperados devem se comparar bem com as medidas mais recentes. <br> / Abstract: A new ab initio method is developed here in order to take into account the polarization effects of molecules in the presence of slow positrons. In this framework, we have obtained low-energy positron cross sections for H2 and N2 molecules, in the energy range of 0,1 to 10 eV. Some specific energies have been studied for the H2 molecule in order to compare its results with those in the literature. The model proposed here is based on the idea that the polarization of the electronic cloud of a molecule is caused exclusively by the positron-electron interactions. So, the polarization potential is calculated as the expected values of the molecular hamiltonian in a polarized wave function in which the positron presence is considered at a fixed distance, excluding the electron-electron interactions. This operator is evaluated for each of those fixed distances, resulting in the polarization energy dependent exclusively on that coordinate. The obtained results are compared to other theoretical and experimental approaches, giving an overall good agreement with some experimental data and more elaborated calculations. Particularly, the cross sections of slow positrons colliding with N2 molecules presented here are the only results in the literature which agrees with the more recent experimental data. This result is very satisfactory, as the proposed method can be applied to a wide variety of molecular targets, and the results are expected to be well comparable to the most recent measurements.

[pt] Este trabalho apresenta um método teórico e experimental para medir Perda Dependente de Polarização (PDL) em sistemas ópticos. Este método basea-se na forma como duas componentes de polarização ortogonais da luz moduladas em amplitude por duas frequências distintas são acopladas no detector após a transmissão pelo dispositivo sob caracterização. No presente trabalho é realizado um estudo acerca das propriedades da luz e das técnicas tradicionais utlizadas para medir PDL. Antes da caracterização das medidas de PDL, foi realizado o alinhamento do dispositivo de teste (DUT), ou seja, do sistema que vai emular a PDL, a fim de garantir que o mesmo estivesse com as perdas ópticas minimizadas. Em seguida, conectou-se o DUT à configuração montada no laboratório, sendo realizado os ajustes de polarização e supressão das portadoras ópticas. Neste método é possível calcular o valor da PDL e da na orientação na Esfera de Poincaré. / [en] This work presents a theoretic and experimental method for Polarization Dependent Loss (PDL) measurement in optical systems. This method is based on how two orthogonal polarization components both modulated in amplitude by two different frequency are coupled in the detector. In this present work a study is performed about light properties and traditional techniques used to peform PDL measurement. Before the characterization of PDL measures the alignment of the device under test (DUT) was performed to make sure that optical losses were minimized in the system which will emulate the PDL. Then, the DUT was connected to the experimental setup to optical carriers suppression and polarization alignment. In this method is possible to calculate the PDL value and its orientation on the Poincaré sphere.

[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo do formalismo matemático para a teoria da polarização da luz, da dispersão dos modos de polarização e das perdas dependentes da polarização e de seus efeitos combinados. Medidas experimentais para caracterização dos parâmetros dos dispositivos que compõe a montagem experimental são apresentados, sendo aqui abordadas as técnicas de medida utilizadas. Um novo modelamento teórico para os efeitos combinados da dispersão dos modos de polarização e das perdas dependentes da polarização em sistemas ópticos analógicos é apresentado. Curvas teóricas e experimentais de distorção harmônica em função dos vários parâmetros envolvidos no modelamento comprovam a natureza interferométrica dos fenômenos avaliados. Medidas experimentais comprovam o correto modelamento teórico e demonstram que o modelamento matemático apresentado em [6], não contempla corretamente os fenômenos envolvidos. / [en] In this work is presented a study of mathematical formalism to polarization of light thory, of polarization mode dispersion and polarization dependent loss and of this effects combined. Experimental measurements to characterize the devices of experimental set-up are presented, and the measure technique are mentioned here. A new theorical model to combined effects of polarization mode dispersion and polarization dependent loss is presented. Theorical and experimental curves of hamonic distortion in function of many parameters involved in theorical model prove the interferometric nature of phenomenon. Experimental measurement demonstrate a perfect agreement with modeling developed and prove differences of 5 dB with modeling presented in [6].

[pt] Este trabalho visa estabelecer na prática a estatística do ganho dependente da polarização (PDG-Polarization Dependent Gain) em sistemas ópticos com amplificação Raman. A amplificação Raman depende fortemente da polarização relativa entre os fótons de bombeio e de sinal, que tem que ser paralelas para máximo ganho [1]. Portanto, a birrefringência é um importante limitador de desempenho de sistemas de longa distância amplificados por esta técnica visto que modifica os estados de polarização de forma diferente para cada comprimento de onda. A birrefringência varia aleatoriamente de acordo com as flutuações do ambiente onde está a fibra óptica, dando origem à dispersão dos modos de polarização, efeito este conhecido pela sigla PMD. Alguns experimentos recentes mostraram que o amplificador Raman não só depende do estado de polarização do sinal de entrada, mas também que o valor da dependência do ganho com a polarização (PDG- Polarization Dependent Gain) flutua devido a natureza aleatória da PMD [4,5]. É importante conhecer a estatística da PDG, sua relação com a PMD e como a PDG pode ser reduzida a níveis aceitáveis. Nesse trabalho será medida experimentalmente a distribuição estatística da PDG em fibras de dispersão deslocada e os resultados comparados com as previsões teóricas dadas por [2]. / [en] Raman amplifiers are very attractive because they provide a large and relatively flat gain over a wide bandwidth while maintaining a small noise figure, and they can be made using regular silica fiber. However, the Raman Gain coefficient is polarization sensitive and can be up to ten times higher when the signal and pump polarization states are parallel rather than perpendicular [1]. Usually fibers present some degree of residual asymmetry - because the fiber core is slightly out-of-round, or because of mechanical stress on the deployed fiber - and this causes polarization mode dispersion. The light traveling along one polarization axis moves slower or faster than the light polarized along the other axis. This effect distorts the signal and causes polarization fluctuations along the fiber. As the Raman gain is higher when the signal and pump polarization states are parallel these fluctuations of the relative polarization between signal and pump vary the instantaneous value of the Raman gain. So the Polarization Dependence Gain (PMG) is directly related to the PMD. Several experimental studies have shown not only that the gain of raman amplifiers depends on the state of polarization of the input signal but also that this polarization-dependent gain (PDG) fluctuates over a wide range because of the random nature of polarization mode dispersion (PMD) [4,5]. It is important to know the statistics of PDG, its relationship to the PMD, and how the PDG can be reduced to acceptable low levels. In this letter we will demonstrate experimentally the statistical distribution of the PDG given by [2]. This In this work the polarization dependent gain (PDG) fluctuations due to PMD in Raman amplified optical transmissions is experimentally demonstrated.

[pt] Um novo modelo de polarímetro, baseado em lâminas de birrefringência variável controladas por atuadores piezoelétricos, é apresentado e construído. O dispositivo é baseado na divisão no tempo do sinal luminoso e, comparado a outros modelos de sua categoria, apresenta uma série de atrativos, como baixo custo e simplicidade. É realizada uma comparação de resultados entre o polarímetro desenvolvido e um polarímetro comercial para luz polarizada e parcialmente polarizada. / [en] A new polarimeter model, based on time-varying birefringence caused by piezoelectric-controlled fiber- squeezing plates, is presented and constructed. The device is based on time division of the light signal and, in comparison with other polarimeters of its kind, features many advantages, like low cost and simplicity. The results given by the new polarimeter and a commercial one are compared, using polarized and partially polarized light.

[pt] O presente trabalho investiga a utilização de fibras ópticas em biossensoriamento e na indução de uma não-linearidade de segunda ordem para a construção de dispositivos sensores. O biossensor proposto tem por finalidade diagnosticar uma das doenças com maior incidência em países tropicais: a Dengue. Foi construído um sensor a fibra óptica que potencialmente é capaz de diagnosticar, num tempo curto, a presença do vírus da Dengue no sangue de um paciente infectado. Esse sensor usa nanopartículas de ouro, depositadas na extremidade de uma fibra óptica, que foram funcionalizadas com os anticorpos da Dengue (anti-NS1). O sensor é capaz de detectar o antígeno NS1 em diferentes concentrações com um limite de quantificação de 0.074 micrograma por mililitro, podendo ser explorado para uso na fase aguda da infecção.Outra vertente do trabalho é a possibilidade de se realizar modificações estruturais nas fibras ópticas com o intuito de alterar as propriedades ópticas da fibra. Através da técnica de polarização térmica, é possível gravar campos elétricos da ordem de 108 volts por metro no núcleo da fibra óptica, sendo possível utilizar as fibras polarizadas como moduladores de fase e de amplitude, seletores de pulso, chaves ópticas, voltímetros, entre outras. O trabalho de tese aqui descrito apresenta um estudo detalhado da polarização térmica em fibras ópticas através de simulações, utilizando o software COMSOL Multiphysics, considerando-se os diversos parâmetros envolvidos e geometrias diferentes de fibras, visando a obtenção de uma alta não-linearidade de segunda ordem. Além do mais, experimentos foram realizados a fim de se entender o mecanismo presente no processo de polarização térmica face aos resultados obtidos pela simulação. Buscou-se, também, entender o papel dos portadores de cargas presentes no material no processo de geração de não-linearidade de segunda ordem realizando-se experimentos de polarização óptica. / [en] The present work investigates the use of fiber optics in biosensing and the creation of a second order nonlinearity to be use in the development of sensor devices. The goal of the proposed biosensor is to diagnose one of the diseases with highest incidence in tropical countries: Dengue. Dengue is a dangerous disease that every year affects more and more people, despite the efforts made to deal with the transmitter, the mosquito Aedes aegypti. Furthermore, since Dengue symptoms resemble flu symptoms, wrong diagnoses are frequently made. As a consequence, wrong medicines may be prescribed, and that may lead the patient to death. Another problem in diagnosing Dengue is the long time is necessary for the laboratorial exams to give a result. In an attempt to offer a solution that could minimize these problems, an LSPR-based fiber optic sensor was adapted for antigen NS1 detection. This sensor is potentially able to perform a Dengue s virus diagnosis in a short period of time in an infected patient s blood. It uses gold nanoparticles that are functionalized with Dengue s antibodies. The antibody, anti-NS1, was immobilized in gold nanoparticles deposited at the endface of a multimode optical fiber. The LSPR sensor is able to detect different concentrations of the antigen NS1 with a limit of quantification equal to 0.074 microgram per milliliter, and may be used in the acute phase of the infection. Another part of the present work investigates the possibility of performing structural modifications in the optical fiber to change the optical properties of silica. Through the electro-thermal poling technique it is possible to record electric fields as high as 108 volts per meter in the core of the fiber, making possible the use of these modified fibers as phase and amplitude modulators, optical keys, pulse selectors, voltmeters, etc. This work also shows a very detailed study of electro-thermal poling in optical fiber through simulations, using the software Comsol Multiphysics, considering various parameters that are involved in the process in order to obtain high second order nonlinearity. Furthermore, experiments on eletro-optical poling were performed to investigate the mechanism involved in this poling process, in order to understand the role of the carriers present in the material in the generation of the second order nonlinearity.

[pt] Esta dissertação apresenta uma técnica de puncionamento orientada pela polarização para o projeto de códigos polares puncionados. A estratégia de puncionamento proposta consiste em reduzir a matriz geradora relacionando seu índice de linha com o princípio da polarização do canal. Os códigos puncionados construídos com base na polarização do canal são então considerados para a decodificação por cancelamento sucessivos (SC) com os bits perfurados conhecidos tanto no codificador como no decodificador. A Distância de Espectro (SD) e a Distância de Espectro Conjunta (JSD) são então utilizadas para análise de desempenho. Os resultados das simulações mostram que os códigos polares puncionados propostos superam os códigos polares puncionados existentes. / [en] This thesis presents a polarization-driven puncturing technique for the design of punctured polar codes. The proposed puncturing strategy consists of reducing the generator matrix by relating its row index based on the channel polarization principle. The punctured codes constructed based on channel polarization are then considered with successive cancellation (SC) decoding and punctured bits known to both the encoder and the decoder. The Spectrum Distance (SD) and the Joint Spectrum Distance (JSD) are then used to performance analysis. Simulation results show that the proposed punctured polar codes outperform existing punctured polar codes.