Neste trabalho analisa-se o efeito acústico eletro-óptico, o qual é baseado na utilização simultânea dos efeitos acústicos ópticos e eletro-óptico. Com base nas equações de modos acoplados, derivou-se uma expressão generalizada para a eficiência de difração do dispositivo AEO a qual mostra que o descasamento de fase entre o feixe difratado e a onda óptica livre depende do efeito eletro-óptico e consequêntemente a eficiência de difração pode ser controlada. Na análise desenvolvida admite-se que a onda acústica e o campo elétrico aplicado são arbitrariamente orientados com relação aos eixos cristalinos XYZ. A análise é realizada a partir de formulações generalizadas para analisar os efeitos acústicos-ópticos e eletro-óptico. Utilizando o cristal de niobato de lítio, implementaram-se vários dispositivos: células acústicos-ópticas, eletro-óptica e acustico-eletro-óptica. Os resultados obtidos apresentaram boa concordância com a teoria utilizada.

O presente trabalho apresenta uma técnica para a análise de uma antena de microlinha em uma estrutura planar multicamadas com substratos anisotrópicos do tipo uniaxial. Utilizando a transformada dupla de Fourier, esta formulação permite a determinação das funções de Green transformadas para a estrutura multicamadas em consideração. Aplica-se a técnica desenvolvida a quatro configurações específicas de interesse prático, abrangendo antenas com cobertura dielétrica protetora e substratos uniaxiais ou isotrópicos, apresentando-se explicitamente as funções de Green transformadas para estes quatro casos. Apresenta-se também uma expressão para calcular o campo distante da estrutura multicamadas, em termos das funções de Green transformadas. Analisam-se as propriedades de irradiação de um dipolo impresso em uma estrutura a duas camadas. sendo ambas do tipo uniaxial, e descreve-se o efei to da anisotropia nos diagramas de irradíação e nas características de polarização cruzada do dipolo. Apresentam-se resultados numéricos de diagramas de irradiação, impedância de entrada e freqüência de ressonância de uma antena de microlinha retangular sobre substrato uniaxial. Estes resultados são obtidos usando-se o método dos momentos, e para o caso particular de substrato isotrópico os resultados de impedância são comparados com dados experimentais.

Este trabalho apresenta um estudo analítico da aplicação do Interferômetro de Gires-Tournois (GTI, Gires-Tournois Interferometer) em linearização de moduladores eletroópticos de intensidade. Os dispositivos abordados consistem, basicamente, em Moduladores Interferométricos do tipo Mach-Zehnder (Mach-Zehnder Modulator, MZM) ou equivalentes, em cujas estruturas foram adicionadas os GTI, como técnica de linearização de sua característica de transmissão. Os moduladores assim obtidos apresentam configurações tais que utilizam estruturas de microondas a parâmetros concentrados, sendo os conceitos apresentados através do ponto de vista de óptica volumétrica. Serão abordados inicialmente os fundamentos de modulação eletroóptica, com ênfase no efeito eletroóptico, conhecimentos esses necessários ao entendimento do processo de modulação eletroóptica. Os moduladores de fase de parâmetros concentrados e parâmetros distribuídos são apresentados. Aborda-se também o modulador eletroóptico tipo Mach-Zehnder, convencionalmente empregado na maioria dos enlaces ópticos atuais e que servirá de referência na avaliação dos modulares com características de baixa distorção. Abordam-se as cavidades GTI em sua estrutura original, derivada do interferômetro de Fabry-Perot, para em seguida analisar seu emprego como modulador eletroóptico de fase, na situação em que a cavidade óptica é preenchida com material eletroopticamente ativo. O modulador linearizado de intensidade, empregando apenas uma célula GTI em versão birrefringente, é apresentada e analisada. Por fim, quantiza-se a distorção desta última configuração, através da determinação de sua faixa dinâmica livre de distorção, SFDR (Spur-Free Dynamic Range) e compara-se com o caso convencional empregando o MZM. Finalmente, são apresentadas as conclusões obtidas ao longo desta tese, bem como algumas sugestões de continuidade dos trabalhos nesta linha de pesquisa.

Este trabalho é voltado para o estudo teórico e a implementação de um sistema que combina tecnologia de microondas e tecnologia fotônica. O estudo é feito a partir de um circuito para geração de sinais de rádio freqüência baseado em componentes optoeletrônicos conhecido como Oscilador de Microondas Optoeletrônico, OMOP. São apresentadas as características e funções de cada componente do OMOP e os conceitos fundamentais sobre efeito eletro-óptico, modulação e moduladores. Faz-se uma discussão sobre o OMOP baseada nas características de saída do modulador Mach Zenhder e que levam a obtenção de expressões para o espectro de potência e ruído de fase do oscilador. Partindo de uma configuração previamente apresentada na literatura, introduziu-se uma importante modificação na malha de realimentação, e foi gerado um sinal com múltiplas componentes até o limite de 3 GHz. O espaçamento ajustável permite obter múltiplas componentes separadas de 22 MHz, 70 MHz e 74 MHz após seleção apropriada do tempo de atraso na malha de realimentação. A caracterização do circuito fotônico forneceu amplitude do sinal de saída da ordem de -20 dBm, largura de linha menor que 30 kHz e ruído de fase de -94 dBc/Hz para desvio de 1 MHz. Investigando a sensibilidade do oscilador com a tensão de polarização do modulador foi confirmada a característica, previamente observada, de sintonia fina da freqüência de saída do oscilador. Adicionalmente observou-se que é possível sintonizar a freqüência de saída pelo ajuste fino da potência de saída do laser utilizado. Esse fato, sem ter sido mencionado anteriormente na literatura, abre a possibilidade para um esquema inovador de modulação com aplicações em sistemas de comunicações. Os resultados obtidos são discutidos e sugestões para trabalhos futuros são apresentadas no fim.

Neste trabalho foram estudados a propagação de ondas ópticas e os campos elétricos gerados por eletrodos coplanares com o objetivo de calcular a interaçào eletroóptica em um modulador de fase integrado tipo canal, fornecendo os dados necessários à sua implementação utilizando como substrato o niobato de lítio. Em seguida, foi apresentado um método para cálculo da modulação residual de amplitude em moduladores de amplitude em moduladores eletroópticos de fase para sensores a fibra óptica. Finalizando o trabalho, foram implementados e caracterizados alguns guias e um protótipo de modulador de fase integrado.

Neste trabalho aborda-se a análise de redes de antenas de microlinha moldadas sobre superfícies cilíndricas utilizando-se o método da função de Green calculada no domínio da transformada de Fourier. Determina-se, inicialmente, um sistema de equações cuja solução fornece a função de Green transformada para a estrutura cilíndrica com M camadas dielétricas. Esse sistema, apresentado pela primeira vez na literatura, é composto de tal forma que estruturas contendo múltiplas superfícies condutoras podem ser analisadas, o que permite o modelamento de diversos tipos de antena de microlinha, incluindo aquelas com elementos parasitas e um ou mais superestratos. Resolve-se, em seguida, o sistema de equações obtido para dois casos particulares (M=! e M=2) determinando-se, assim, a função de Green transformada para a estrutura cilíndrica sem e com cobertura dielétrica. Obtém-se, ainda, expressões assintóticas para essas funções as quais são aplicadas à determinação dos campos distantes de alguns tipos de antena. A função de Green transformada para o caso M=2 e as expressões assintóticas também são apresentadas pela primeira vez. Para possibilitar o cálculo das impedâncias própria e mútua de redes de antenas de microlinha com cobertura dielétrica, alimentadas por provas coaxiais, determina-se, empregando-se a função de Green obtida para o caso M=2, um sistema de equações integrais cujas incógnitas são as distribuições de corrente das antenas da rede e que é solucionado através da aplicação do método dos momentos. Desenvolve-se expressões gerais para o cálculo das grandezas generalizadas do método dos momentos e aplica-se, como exemplo, a formulação obtida ao cálculo das impedâncias própria e mútua de duas antenas do tipo "wraparound". Os resultados obtidos são novos na literatura técnica. Determina-se, em seguida, o campo elétrico irradiado pela rede e analisa-se, através de um exemplo, o efeito da cobertura dielétrica no diagrama de irradiação e o efeito do acoplamento mútuo. Como o tipo de antena enfocado neste trabalho possui grande utilização em veículos aeroespaciais e em outras aplicações com requisitos de sistema bastante estringentes, aborda-se, na parte final do trabalho, o problema da interligação da antena de microlinha com as demais partes do sistema. Propõe-se a utilização de um enlace óptico e apresenta-se um modelo simples a partir do qual características relevantes, como a atenuação do enlace e a relação sinal-ruído, podem ser determinadas. Descreve-se a metodologia utilizada para a caracterização dos dispositivos optoeletrônicos necessários, os detalhes construtivos e os resultados dos testes de um protótipo do enlace óptico projetado de acordo com o modelo proposto.

Esta tese apresenta um estudo teórico da aplicação de moduladores eletroópticos em enlaces analógicos a fibra óptica, empregando a técnica de modulação de intensidade e detecção direta. A modulação de intensidade é obtida através do modulador eletroóptico de tipo Mach-Zehnder, sendo o enlace empregado para a transmissão de sinais de RF. Foram abordados inicialmente os fundamentos da propagação de onda em meios anisotrópicos e do efeito eletroóptico, necessários ao entendimento do processo de modulação eletroóptica. Os moduladores de fase de parâmetros concentrados e de parâmetros distribuídos foram apresentados. Abordou-se também o modulador eletroóptico tipo Mach-Zehnder, onde expressões que descrevem as componentes espectrais do campo elétrico do sinal óptico de saída do modulador, bem como da intensidade óptica, foram deduzidas com base nas tensões de polarização aplicadas aos eletrodos do modulador, além da amplitude e defasagem entre os sinais de RF modulante. Dois casos particulares de modulação foram estudados: a modulação em banda lateral dupla e a modulação em banda lateral única. O desempenho do enlace foi analisado em função do ganho de potência, da figura de ruído e da faixa dinâmica, sendo estes parâmetros estimados com base nas características individuais dos diversos componentes que constituem o enlace, em condições de operação típicas. Os efeitos que a dispersão ocorrida no enlace produzem no sinal de RF de saída foram abordados para os dois tipos de modulação de intensidade analisados. Aplicações desta técnica de transmissão de sinais de RF foram apresentadas como forma de ressaltar o potencial de emprego deste sistema em situações em que as linhas de transmissão convencionais não atendem aos requisitos de desempenho impostos. Finalmente foram apresentadas as conclusões obtidas ao longo do desenvolvimento desta tese, bem como algumas sugestões de continuidade dos trabalhos nesta linha de pesquisa.

A distorção em moduladores eletroópticos integrados, amplamente utilizados em enlaces ópticos, é analisada em termos da faixa dinâmica livre de distorção (Spurious Free Dynamic Range-SFDR), especialmente a causada pela intermodulação de terceira ordem. As características de transmissão de vários tipos de moduladores eletroópticos integrados são apresentadas por meio de modelagens adequadas para uma análise comparativa de suas SFDR. Os seguintes tipos de moduladores são estudados: modulador com cavidade em anel (Ring Resonator Modulator - RRM), modulador Mach-Zehnder com cavidade em anel (Ring Resonator Assisted Mach-Zehnder Modulator - RAMZ), modulador com acoplador direcional, modulador com junção "Y" e o modulador Mach-Zehnder (MZM). Para cada modulador, calculam-se as distorções por intermodulações, especialmente as de terceira ordem, as distorções harmônicas, bem como a composição espectral do sinal na saída de cada modulador. Em outras palavras, os parâmetros ópticos, eletrônicos e geométricos, de cada modulador, são selecionados de forma a evidenciar as não-linearidades de suas características de transmissão. Por exemplo, a análise desenvolvida revela que no caso dos moduladores como o acoplador direcional e junção "Y", uma seleção adequada do comprimento de interação e do espaçamento entre os guias de onda, em combinação com a escolha adequada da voltagem de polarização propicia SFDR da ordem de 126.7dB - Hz4/5 e 125.6dB - Hz4/5 , respectivamente. Com respeito aos moduladores com cavidade em anel e Mach-Zehnder e com cavidade em anel, selecionando-se o coeficiente de acoplamento entre o guia de onda óptico e a cavidade e a voltagem de polarização, obtém-se SFDR da ordem de 126.3dB - Hz4/5 e 128dB - Hz4/5 , respectivamente. Uma vez que a faixa dinâmica do MZM operando em quadratura é igual a 108.6dB - Hz2/3, conclui-se que alguns dos moduladores eletroópticos analisados proporcionam SFDR com 17 dB a 19.4 dB superior à do MZM.

Este trabalho apresenta um estudo teórico detalhado acerca das principais características de algumas arquiteturas de filtros de microondas não-recursivos implementados com tecnologia fotônica, contemplando ainda uma demonstração experimental. São apresentados os conceitos fundamentais de processamento óptico de sinais de microondas, levando-se em consideração que o filtro de microondas optoeletrônico pode ser modelado como um dispositivo de três estágios: um estágio de entrada, composto por uma ou mais fontes ópticas e um dispositivo modulador, um subsistema totalmente óptico e um estágio de saída que corresponde ao processo de fotodetecção. Em seguida são apresentados os conceitos fundamentais de alguns dispositivos fotônicos básicos que permitem a implementação de cada um desses estágios. Com relação ao estágio de entrada, uma ênfase especial foi dada aos fundamentos de modulação eletroóptica, destacando-se moduladores de fase, de polarização e de intensidade tipo Mach-Zehnder. Com relação ao segundo estágio, a unidade de processamento óptico, foram apresentados modelos matemáticos básicos referentes a linhas de retardo ópticas dispersivas e fibras mantenedoras de polarização (PM). A modelagem do estágio de saída foi simplificada por se considerar apenas o processo de detecção direta. Baseando-se nesta compreensão, as figuras de mérito relevantes e os possíveis fatores de limitação de desempenho foram investigados e apresentados. Quatro arquiteturas de filtros de microondas optoeletrônicos, sendo duas baseadas em linhas dispersivas e duas em fibras PM, são analisadas teoricamente e matematicamente, obtendo-se para cada uma delas expressões para as respectivas curvas de resposta em freqüência. Diversas simulações numéricas são efetuadas, identificando as características gerais de empregabilidade de cada arquitetura de filtro teoricamente analisada. Também é realizada a demonstração experimental de um filtro de microondas optoeletrônico de segunda ordem, baseado em modulador Mach-Zehnder, um diodo laser operando em 1300 nm e 300 m de fibra PM, revelando a resposta em freqüência de um filtro passa-baixa operando na banda L de radiofreqüência com um período espectral (FSR) de 1652,9 MHz, largura de banda de 3-dB igual a 823,5 MHz e uma faixa dinâmica devida à compressão de ganho (CDR) melhor que 112 dB.Hz. Por último são tecidas diversas conclusões acerca de todo o trabalho apresentado e são também apresentadas sugestões para trabalhos futuros na linha de pesquisa de filtros de microondas optoeletrônicos.

Esta dissertação apresenta um estudo e caracterização da transmissão de sinais analógicos de radiofrequência por meio de fibras ópticas empregando dois tipos de modulação: direta e externa. Na análise desenvolvida para modulação direta é considerado um diodo laser DFB como fonte de modulação, enquanto que para enlaces envolvendo modulação externa, considera-se um modelo composto por um modulador eletro-óptico de tipo Mach-Zehnder com substrato de LiNbO3. Em ambos os casos se aplica a técnica de modulação de intensidade e detecção direta. Fundamentos básicos acerca dos dispositivos ópticos empregados e modulação eletro-óptica são abordados nos capítulos iniciais para conceituação básica sobre o assunto. Em seguida é considerado um estudo analítico dos parâmetros essenciais para caracterização de enlaces ópticos analógicos, os quais compreendem ganho de potência, figura de ruído e faixa dinâmica. Na modelagem das figuras de mérito são considerados parâmetros intrínsecos de elementos do sistema, de forma a permitir uma observação direta de sua influência no comportamento funcional de um enlace. Testes experimentais envolvendo diferentes arquiteturas de enlaces com modulação externa são realizados para verificação e validação do modelo teórico apresentado. Para a aplicação de sinais analógicos de RF com freqüências próximas a 1 GHz foi obtido um valor de faixa dinâmica livre de distorções de 103,6 dB.Hz2/3, para uma potência óptica de 19 mW. Valores de ganho de potência da ordem de -33 dB até +20 dB foram alcançados para as diferentes configurações de enlaces apresentados. A figura de ruído medida para os enlaces variou de 46 dB a 5,8 dB. Em todas as medidas o modulador foi ajustado para operação na região de quadratura.