Tese de mestrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Faculdade de Ciências

Tese de mestrado. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Telecomunicações. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado. Engenharia Electrónica e de Computadores (Área de especialização de Informática e Automação). 2005. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Tese de doutoramento. Ciências de Engenharia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007

[pt] O objetivo principal deste trabalho foi o de estudar as redes de Bragg em fibras ópticas e suas principais aplicações, com especial interesse na compensação de dispersão de pulsos ópticos em sistemas de telecomunicações, onde uma implementação original foi construída. Faz-se uma revisão geral das técnicas existentes para fabricá-las e caracterizá-las, além de suas principais aplicações, não somente na área de telecomunicações mas também na área sensoriamento óptico. São mostrados os resultados experimentais obtidos nas montagem realizadas para escrever redes de Bragg em fibras ópticas e para caracterizá-las. Algumas experiências usando redes de Bragg para o controle do comprimento de onda de emissão de um laser de semicondutor e para medição de força aplicada numa estrutura são mostradas. São mostrados também os resultados experimentais inéditos obtidos com a compensação de dispersão de pulsos ópticos em enlaces de telecomunicações, onde várias montagens foram realizadas para comprovar a superioridade da utilização da redes de Bragg para esse fim. Demonstra-se também um sistema para gerar pulsos solitônicos sintonizável em comprimento de onde numa faixa de MHZ. Finalmente são mostrados os resultados obtidos com a utilização de fibras ópticas para chaveamento interferométrico de luz. Neste sistema são utilização como elemento óptico não linear fibras tipo D, com e sem redes de Bragg, revestidas com filme de materiais semicondutores amorfos. / [en] Bragg grating in optical fibers are used to compensate the dispersion of optical pulses in telecommunication systems. Initially, an overview is presented of the existing fabrication techniques of such gratings, as well as the techniques used for characterization. Some useful applecations in telecommunications and sensing are also shown. The results obtained in the set-up to write and to characterize Bragg gratings are presented. Some measurements were also done with typical applications such as controlling the emitting wavelength in semiconductors lasers, and monitoring the applied pressure in an optical fiber. Some new results are described on dispersion compensation in fibers. Using specially chirped Bragg gratings to pre- compensatedispersion of an optical pulse in a 80 km fiber link, we demonstrated that the poor quality of the input laser pulses has little impact on the duration of the pulses recovered after transmission. Finally, an interferometric switching arrangement using a semiconductor coated D fiber as nonlinear control element, is presented. The configuration uses infrared optical pulses to control a continuous wave light signal. It is also shown that the original reflected wavelength of a semiconductor coated D-fiber with Bragg grating can be shited with an external optical control signal.

Neste trabalho é apresentado um sistema de leitura de redes de Bragg derivado da técnica por filtro Fabry-Perot sintonizável. A técnica apresentada é implementada através de um sistema atuador piezelétrico que modula mecanicamente uma rede de Bragg de referência, com seu espectro de reflexão convoluido com o espectro de reflexão de uma rede sensora. A técnica desenvolvida apresenta vantagens em relação ao processo original por ter implementação mais simples, menor custo e melhor discriminação de posição espectral. / This work presents a process to detect Bragg grating spectra based on the tunable Fabry Perot filter technique. The apparatus is assembled with a piezoelectric actuator that mechanically modulates a reference Bragg grating. The spectrum of that grating is convoluted with the spectrum of the sensor during a sweep. The device presents some advantages as, eg., simplicity, lower cost and better discrimination for the spectral position of the reflected band.

[pt] A utilização de redes de Bragg com chirp em fibra, para compensação dos efeitos da dispersão cromática, é uma técnica promissora que permite o aumento progressivo da capacidade de canalização dos sistemas ópticos. Dentre as diversas técnicas para a compensação da dispersão, sendo propostas nos tempos correntes, o emprego da rede de Bragg em fibra tem se mostrado o mais exequível em virtude de serem passivas, relativamente fáceis de fabricar, de boa reprodutibilidade e alto grau de integrabilidade aos sistemas. Este trabalho mostra a aplicação desse dispositivo em experimentos de compensação de dispersão com o emprego de modulação direta e externa em diferentes taxas de transmissão. / [en] The use of in-fibre Bragg gratings with dispersion compensating purposes, is a promissing technique for the increasing optical systems bitrate pace development. Among the various dispersion compensation techniques, in-fibre Bragg gratings had proven, to be the most feasible. They are passive, higly reproducible, relatively easy to fabricate at reasonable costs and have a good degree of integrability. This dissertation exploits significant aspects of the Bragg fibre grating fabrication and its employment as dispersion compensation device.

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.

Ao longo dos últimos anos, redes de Bragg em fibras ópticas (FBG, do inglês Fiber Bragg Gratings) vêm sendo frequentemente utilizadas como sensores de deformação e de temperatura. O problema da indistinguibilidade entre esses dois parâmetros físicos, presente durante medidas realizadas por esse tipo de sensor, tem sido bem resolvido com o uso de duas FBGs com comprimentos de onda distintos. Muito embora esse artifício tenha apresentado bons resultados, ele também oferece algumas desvantagens, sendo uma delas a necessidade de duas fontes de luz para diferentes comprimentos de onda. Em virtude disto, este trabalho apresenta um sistema capaz de realizar medidas de temperatura e deformação, simultaneamente, utilizando apenas uma fonte de luz. O método baseia-se na inscrição de duas redes de Bragg com comprimentos de onda próximos (no caso, 810 e 860 nm) na mesma posição da fibra óptica. Apesar de a separação entre os comprimentos de onda das FBGs ser aparentemente pequena (cerca de 50 nm), o sistema respondeu precisamente a variações de deformação e temperatura. Dessa forma, a utilização de apenas uma fonte de luz no sistema é corretamente justificada, uma vez que, com essa alteração, o custo do sistema é substancialmente reduzido. Ademais, o uso de comprimentos de onda em torno de 800 nm também barateia o sistema, pois os CCDs usados neste intervalo espectral são menos onerosos do que aqueles tradicionalmente usados em comprimentos de onda de comunicações ópticas (1,55 μm). / In recent years, fiber Bragg gratings (FBGs) have been frequently used as strain and temperature sensors. Several studies have tackled the problem of distinguishing between these two physical parameters using a dual-wavelength sensor. Although these sensors have shown good results, they have a few drawbacks, one of them being the need for two light sources with different wavelengths. We present an approach for simultaneous strain and temperature sensing which uses only one light source. The method relies on writing FBGs with nearby wavelengths (for instance, at 810 and 860 nm) at the same section of the fiber. Even though the Bragg wavelengths are separated by just a few nanometers (about 50 nm), it is possible to accurately measure variations in strain and temperature. One of the major advantages of this approach is the use of a unique light source, what reduces substantially the system cost. Another advantage is the lower cost of array detectors at 800 nm when compared to those of telecom wavelengths (1,55 μm).