Orientadores: Edson Moschim, Marcelo Luís Francisco Abbade / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T01:03:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_AndreLuizAguiarda_D.pdf: 10372929 bytes, checksum: d9a9fba8345bb6152e472fda3ff293e6 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho foram investigadas através de experimentos e simulações computacionais duas novas técnicas de processamento óptico de sinais, que utilizam amplificação paramétrica para multiplexar as informações de dois sinais binários em um único sinal multi-nível. Na primeira delas, o sinal multi-nível corresponde a um sinal quaternário em amplitude, enquanto na segunda este e um sinal ternário em amplitude. Ao contrario da amplificação paramétrica convencional, que utiliza um sinal de bombeio continuo (cw, continuous wave), em ambas as técnicas analisadas neste trabalho, tanto o sinal de bombeio quanto o sinal de prova são modulados em amplitude por duas sequências independentes de bits (informações). Tais sinais são acoplados e propagados por uma fibra óptica. A interação não-linear entre eles, decorrente do processo de amplificação paramétrica, proporciona a multiplexação das informações dos sinais de bombeio e de prova em uma mesma banda. Para os sinais quaternários, os sinais de bombeio e de prova podem apresentar ou não mesma taxa de transmissão, sendo possível ate dobrar a taxa de transmissão dos sinais originais. Verificou-se que a distribuição de seus níveis de potencia e controlada pelas razoes de extinção do sinal de bombeio e de prova. A máxima diferença obtida entre os resultados analíticos e de simulações em relação aos experimentais foi inferior a 1.4 dB. Os experimentos mostraram também que taxas de erro de bit (BER, Bit Erro Rate) inferiores a 7.6 .10-12 podem ser obtidas mesmo apos o sinal quaternário ser propagado por 75 km. Com relação aos sinais ternários, o sinal de prova deve apresentar uma taxa de transmissão N vezes maior que o sinal de bombeio, sendo N inteiro e maior que dois. A taxa de transmissão deste tipo de sinal multi-nível e a soma das taxas de transmissão dos sinais originais. Verificou-se também que com o ajuste da potencia do sinal de bombeio, e possível obter quaisquer razoes de extinção entre o terceiro e o segundo níveis, tornando possível adequar o sinal ternário para minimizar a BER independente do regime de ruído dominante. Apos a propagação do sinal ternário, por 40 km de uma rede de teste de campo, os melhores valores encontrados de BER foram inferiores a 3.5 10-15. Estes baixos valores de BER indicam que ambas as técnicas analisadas podem ser aplicadas a situações práticas / Abstract: In this work two new all-optical signal processing techniques are investigated through computer simulations and experiments; they utilize parametric amplification to multiplex information of two binary input signals into a single multi-level one. In the first of these techniques the multilevel signal corresponds to a quaternary-amplitude one, whereas in the other technique it is a ternary-amplitude signal. In opposition to conventional parametric amplification, where the pump is a continuous wave signal that interacts with one or more modulated probe signals, in both techniques analyzed in this work, the pump and probe signals are modulated by two independent bit sequences. Such signals are coupled and propagated through an optical fiber where parametric interaction causes information carried by these signals to be multiplexed in a single bandwidth. In the generation of quaternary-amplitude signals (QAS), the bit rates of the pump and probe signals may but do not need to be the same; thus, the QAS may convey twice information as each individual binary input signal. It is theoretically demonstrated and experimentally verified that the power level distribution of the QAS may be properly regulated by changing the extinction ratios of the pump and probe signals. Results concerning this analysis show that predictions based on the analytical model presented in this thesis and simulation results are at most 1.4 dB apart from experimental measurements; this is a quite good agreement. Experiments showed that bit error rates (BERs) as low as 7.6 .10-12 may be obtained even after the QAS is propagated for 75 km of standard fibers, with no filtering or any other kind of optimization. In the case of ternary-amplitude signals (TAS), the bit rate of the probe signal needs to be N times larger than the one the pump signal, where N is an integer number greater than 2. It is shown that the power level distribution of TAS may be arbitrarily chosen by simply adjusting the power associated with the "bit-1" pump level; this is an interesting feature because it allows the BER of the TAS to be minimized for any kind of dominant noise. In fact, in one of the presented experiments the TAS generated by parametric amplification was propagated by a 40-km long standard fiber link of a field-trial network and BERs inferior to 3.5 10-15 were obtained. The low BER values obtained by the QAS and TAS generated by parametric amplification suggest that both of the techniques investigated in this work could be utilized in practical applications / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Edson Moschim, Luiz Henrique Bonani do Nascimento / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T20:14:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Galdino_Lidia_D.pdf: 15165913 bytes, checksum: b0a79c7ac69b13cce3baf82b480c99fc (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A exigência crescente de se atingir maiores taxas de bits para satisfazer a demanda por largura de banda na internet tem motivado a investigação de dispositivos totalmente ópticos que viabilizem o desenvolvimento de redes ópticas transparentes (TON). O intuito dessas redes é manter o fluxo de dados sempre no domínio óptico, eliminando o gargalo no processamento das conversões óptico-elétricas e eletro-ópticas existentes nos atuais sistemas de comunicações ópticas. Neste trabalho foram investigadas, por meio de experimentos e simulações computacionais, técnicas de processamento óptico de sinais. Estas técnicas utilizam o fenômeno da mistura de quatro ondas (FWM) para multiplexar as informações de dois sinais em um único sinal. Em especial, foram investigadas duas novas técnicas para codificação e regeneração totalmente óptica do sinal não coerente de multiplexação por divisão de códigos ópticos no acesso (OCDMA). Estas técnicas convertem e regeneram no domínio totalmente óptico o sinal modulado em intensidade on-off keying (OOK) e o sinal modulado pelo chaveamento por desvio de fase diferencial (DPSK) no sinal OCDMA. Os resultados obtidos comprovaram que ambas as técnicas propostas funcionam corretamente. O sinal de saída OCDMA apresentou ganho na potência de regeneração de 1,69 dB em relação ao sinal de entrada OOK ou DPSK. A aplicação das técnicas de conversão e regeneração totalmente ópticas propostas, deu origem ao estudo da tecnologia híbrida de multiplexação por divisão de comprimentos de onda com a multiplexação por divisão de códigos ópticos (WDM/OCDM) na camada de transporte de uma rede TON. Heurísticas para atribuição de códigos ópticos e comprimentos de onda, bem como arquiteturas de conversão de códigos ópticos e comprimentos de onda foram propostas. Dos resultados, comprovou-se que a heurística Random-Random apresenta um melhor desempenho quando analisada a probabilidade de bloqueio. Ainda, a arquitetura de conversão esparsa parcial de códigos ópticos e comprimentos de onda (SPOCC/SPWC) melhora a utilização de recursos de rede, diminuindo o custo de implementação da rede / Abstract: The growing demand to achieve higher bit rates to satisfy the bandwidth in the internet has motivated the investigation of all optical devices that enable the development of transparent optical networks (TON). The idea is that the data stream always remains in the optical domain, eliminating the bottleneck in the processing of electro-optical conversion that existing in current optical communication systems. In this work new all-optical signal processing techniques are investigated through computer simulations and experiments. These techniques utilize the four wave mixing effect to multiplex information of two input signals into a single one. In particular, two new all-optical techniques for coding and regeneration incoherently optical code division multiple access (OCDMA) signals were investigated. These all optical techniques convert and regenerate the optical signal modulated in intensity, on-off keying (OOK) and / or the optical signal modulated in differential phase shift (DPSK) on OCDMA signal. The results showed that both techniques worked properly. The output OCDMA signal presented an improved in the optical power regeneration of 1,69 dB. The application of all optical conversion technique with simultaneous signals regeneration led to the study of hybrid wavelength division multiplexing with optical code division multiplexing (WDM/OCDM) technology at the transport layer in a TON network. Heuristics for assigning optical codes and wavelengths as well as optical codes and wavelengths conversion architectures were proposed. From the results, it was shown that Random-Random heuristic has a better performance when analyzing the blocking probability. Still, the sparse partial optical code and wavelength conversion (SPOCC/SPWC) architecture improves the utilization of network resources, reducing the deployment cost of network / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

O trabalho tem por objetivo o estudo e o desenvolvimento de interferômetros recuperadores com baixa tensão de meia onda utilizando moduladores eletro-ópticos para serem aplicados em sistemas Interferométricos de luz branca. Ele dá continuidade às pesquisas do autor em seu mestrado, em que foi desenvolvido e testado um sistema de sensoriamento eletro-óptico capaz de medir diretamente tensões de até 69,4 kVRMS. Desta forma aperfeiçoa-se o sistema de processamento de sinais ópticos desenvolvendo um novo interferômetro recuperador, baseado em óptica integrada. Para o desenvolvimento do tema proposto, inicialmente foi feito uma revisão da literatura/bibliografia, baseada em livros, artigos e teses, visando identificar o \"estado da arte\" relacionado aos moduladores eletro-ópticos para definir o tipo de modulador mais adequado à aplicação em vista. O estudo resultou na escolha de um componente em óptica integrada que foi aplicado numa configuração inédita em um protótipo de transformador de potencial óptico para medição de elevados níveis de tensão elétrica. As características de desempenho deste protótipo foram comparadas com as do protótipo previamente construído. Como resultado deste trabalho, amplia-se o conhecimento e fixa-se em âmbito nacional o domínio sobre as técnicas de construção de interferômetros recuperadores baseados em óptica integrada aplicáveis à recuperação de sinais ópticos em sistemas interferométricos para medição de altas tensões. / This work has as objective the study and development of low half-wave voltage recovery interferometers using electro-optical modulators to be applied to white light interferometric systems. This work is a continuation in the research carried out by the author to obtain his master degree, in which it was developed and tested an electro- optic sensing system capable to measure direct voltage to 69.4 kVrms. In the present work the optical signals processing system is improved by developing a new recovery interferometer based on integrated optics. To develop the proposed subject, initially a review of the literature, based on books, articles and thesis, has been done aiming to identify the State of the Art related to electro-optic modulators and helping to define the most suitable type of modulator for the desired application. The study resulted in the selection of an integrated optical device arranged in an unpublished configuration that was applied to a prototype of optical voltage transformer, intended to measure high voltage levels. The performance of this prototype was compared with a previous version. The results of this work increase the knowledge of the construction techniques of recovery interferometers based on integrated optic devices applicable to the recovering of optical signals in interferometric systems for high voltage measurement.

O trabalho tem por objetivo o estudo e o desenvolvimento de interferômetros recuperadores com baixa tensão de meia onda utilizando moduladores eletro-ópticos para serem aplicados em sistemas Interferométricos de luz branca. Ele dá continuidade às pesquisas do autor em seu mestrado, em que foi desenvolvido e testado um sistema de sensoriamento eletro-óptico capaz de medir diretamente tensões de até 69,4 kVRMS. Desta forma aperfeiçoa-se o sistema de processamento de sinais ópticos desenvolvendo um novo interferômetro recuperador, baseado em óptica integrada. Para o desenvolvimento do tema proposto, inicialmente foi feito uma revisão da literatura/bibliografia, baseada em livros, artigos e teses, visando identificar o \"estado da arte\" relacionado aos moduladores eletro-ópticos para definir o tipo de modulador mais adequado à aplicação em vista. O estudo resultou na escolha de um componente em óptica integrada que foi aplicado numa configuração inédita em um protótipo de transformador de potencial óptico para medição de elevados níveis de tensão elétrica. As características de desempenho deste protótipo foram comparadas com as do protótipo previamente construído. Como resultado deste trabalho, amplia-se o conhecimento e fixa-se em âmbito nacional o domínio sobre as técnicas de construção de interferômetros recuperadores baseados em óptica integrada aplicáveis à recuperação de sinais ópticos em sistemas interferométricos para medição de altas tensões. / This work has as objective the study and development of low half-wave voltage recovery interferometers using electro-optical modulators to be applied to white light interferometric systems. This work is a continuation in the research carried out by the author to obtain his master degree, in which it was developed and tested an electro- optic sensing system capable to measure direct voltage to 69.4 kVrms. In the present work the optical signals processing system is improved by developing a new recovery interferometer based on integrated optics. To develop the proposed subject, initially a review of the literature, based on books, articles and thesis, has been done aiming to identify the State of the Art related to electro-optic modulators and helping to define the most suitable type of modulator for the desired application. The study resulted in the selection of an integrated optical device arranged in an unpublished configuration that was applied to a prototype of optical voltage transformer, intended to measure high voltage levels. The performance of this prototype was compared with a previous version. The results of this work increase the knowledge of the construction techniques of recovery interferometers based on integrated optic devices applicable to the recovering of optical signals in interferometric systems for high voltage measurement.