Neste trabalho, propomos um novo mÃtodo de modulaÃÃo Ãptica usando um filtro acÃstoÃptico sintonizÃvel (AOTF) convencional e um filtro acÃsto-Ãptico com polarizaÃÃo sintonizÃvel (AOTPF) baseado em fibra de cristal fotÃnico (PCF), onde portas lÃgicas Ãpticas E e OU sÃo obtidas pela operaÃÃo simultÃnea da modulaÃÃo em dupla banda lateral Ãptica (ODSB) e da modulaÃÃo por posiÃÃo de pulso no domÃnio da frequÃncia (PPFDM). Estes dispositivos sÃo operados com pulsos sÃlitons ultracurtos de 100 ps e 55,5 fs para o AOTF convencional e para o AOTPF baseado em PCF, respectivamente. Desta forma, um pulso leva dois bits de informaÃÃo apÃs ser criptografado pela modulaÃÃo proposta aqui. Em seguida, analisamos a modulaÃÃo ODSB-PPFDM para os pulsos de entrada, polarizados nos dois modos de entrada, permitindo uma variaÃÃo no parÃmetro de codificaÃÃo εcod para cada pulso de entrada. Para o AOTF convencional, consideramos uma diferenÃa de fase de dfi = pi rad entre ambos os pulsos de entrada. Como resultado, obtivemos vÃrios valores do parÃmetro de codificaÃÃo |εcod| onde as operaÃÃes lÃgicas E e OU foram possÃveis. JÃ para o AOTPF baseado em PCF, consideramos uma diferenÃa de fase de dfi = 1,28pi rad entre ambos os pulsos de entrada para obtermos valores do parÃmetro de codificaÃÃo |εcod| onde as operaÃÃes lÃgicas E e OU foram possÃveis. / We propose a new method of optical modulation using a conventional Acousto-Optic Tunable Filter (AOTF) and an Acoustic Optic Tunable Polarization Filter (AOTPF) based on Photonic Crystal Fiber (PCF). In both devices the all-optical logic gates, namely AND and OR, are obtained by simultaneously operation of Optical Double Sideband (ODSB) modulation and a Pulse Position Frequency Domain Modulation (PPFDM). These devices shall operate with ultrashort soliton light pulses 100 ps and 55.5 fs for conventional AOTF and all-fiber AOTPF based on PCF, respectively. In this way, a pulse will carry two bits of information after been encoded by the modulation proposed here. We then analyze the modulation ODSB - PPFDM for input pulses, polarized in the two input modes, allowing a variation in the modulation parameter εcod for each input pulse. For conventional AOTF, a phase difference dfi = pi rad was considered between both input pulses, obtaining various values of the coding parameter offset |εcod| where the AND and OR logic operations were possible. For the all-fiber AOTPF based on PCF, a phase difference of dfi = 1,28pi rad was necessary between both input pulses to generate values of coding parameter offset |εcod|, for which AND and OR logic operations were possible.

Research towards the development of a gas-discharge fibre laser using noble gases, with target emission wavelengths in the mid-IR. Additional and separate work on gas treatment methods for managing the formation of photo-induced defects in silica glass.

Les sources de paires de photons sont un composant essentiel des technologies émergentes en information quantique. De nombreux travaux ont permis des avancées importantes utilisant des processus non linéaires d'ordre 2 dans les cristaux et les guides d'ondes, et d'ordre 3 dans les fibres. Les limitations viennent dans le premier cas, des pertes et en particulier des pertes de couplage avec les fibres optiques et dans le second cas, du bruit dû à l'effet Raman dont le spectre est très large dans les fibres de silice. Ce projet propose une nouvelle architecture basée sur des fibres à cristal photonique à coeur creux (FCPCC) que l'on peut remplir de liquide ou de gaz non linéaire. Cette configuration permet la génération paramétrique de paires de photons corrélés par mélange à quatre ondes sans l'inconvénient de la diffusion Raman. Cette technologie offre une large gamme de paramètres à explorer en s'appuyant sur les propriétés physiques et linéaires contrôlables des FCPCC et la possibilité de remplissage de ces fibres avec des fluides aux propriétés non-linéaires variées. En effet, par une conception judicieuse de la FCPCC et un choix approprié du liquide ou du gaz, il est possible de (i) contrôler la dispersion et la transmission pour générer des photons corrélés sur une large gamme spectrale avec la condition d'accord de phase la plus favorable, (ii) d'ajuster la taille de coeur de la fibre et/ou sa forme pour augmenter sa non-linéarité ou son efficacité de couplage avec d'autres fibres et (iii) de s'affranchir totalement de l'effet Raman si on utilise par exemple un gaz monoatomique, ou d'obtenir des raies Raman fines, aisément discriminables des raies paramétriques dans le cas d'un liquide. / Photon pair sources are an essential component of the emerging quantum information technology. Despite ingenious proposals being explored in the recent years based on either second order nonlinear processes in crystals and waveguides or on third order processes in fibers, limitations remain, due to losses and specifically coupling losses in the former case and due to Raman generation in silica, giving rise to a broad spectrum noise in the latter. These limitations have been challenging to lift because of the limited alternative nonlinear materials that fulfil the conditions for the generation of bright and high fidelity photon pairs in integrable photonic structures. In the present project, we develop a new and versatile type of photonic architecture for quantum information applications that offers access to a variety of nonlinear optical materials that are micro-structured in optical fiber forms to generate photon pairs, without the drawback of Raman scattering and with a large design parameter-space. Indeed, with a careful design of the HCPCF along with the appropriate choice of fluid, one can (i) control the dispersion and the transmission to generate photons with the most favourable phase-matching condition over a large spectral range, (ii) adjust the fibre core size and/or shape to enhance nonlinearity or the coupling efficiency with other fibres, (iii) totally suppress the Raman effect in monoatomic gases for instance or have only narrow and separated Raman lines that can thus be easily separated from the useful parametric lines in liquids.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigo Mendes Gerosa.pdf: 5257410 bytes, checksum: d0ee4897567ff7f2299a46312ebcc2f1 (MD5) Previous issue date: 2011-01-27 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / In this work two techniques are described for post-processing photonic crystal fibers (PCFs), which were developed to change their guidance properties. The first technique consists of selectively closing holes of the PCF microstructure, thus allowing, among other things, to fill in some holes with materials such as liquids, polymers and nanoparticles. The other technique consists of selectively collapsing holes in the PCF cross-section using differential pressure and an optical fiber fusion splicer, and is based on techniques previously demonstrated for PCF tapering. With the first technique a simple and effective way of sealing liquid core fibers is demonstrated, which avoids evaporation. The study of PCFs with complex cores formed by the original core of a solid-core fiber and an oil-filled hole adjacent to the core was also undertaken with this technique and provided a strong interaction between light and the filled channel, as well as a high sensitivity to temperature (displacement of 5.35 nm/°C in the observed spectral structures). With the use of the second technique, the collapse of a hole adjacent to the solid core of a PCF allowed the development of a modal Mach-Zehnder allfiber interferometer, with a spectral modulation depth of 9.5 dB, which is similar to that of other PCF modal interferometers reported in the literature, and a sensitivity to temperature of -54 pm/°C, which is about 4 times higher than that of Bragg gratings in conventional optical fibers. The same technique was used to obtain optical coupling between two cores of a photonic crystal fiber with 3 initially uncoupled cores. / Nesse trabalho são descritas duas técnicas de pós-processamento em fibras de cristal fotônico (PCFs, do inglês Photonic Crystal Fibers) desenvolvidas para alterar suas propriedades de guiamento. A primeira consiste em fechar seletivamente buracos da microestrutura das PCF possibilitando assim, entre outras coisas, o preenchimento de alguns buracos com materiais como líquidos, polímeros e nanopartículas. A outra técnica consiste em se colapsar seletivamente buracos da seção transversal da microestrutura de uma PCF utilizando pressão diferencial e uma máquina de emendas para fibras ópticas, sendo baseada em técnicas previamente demonstradas para o afilamento (tapering) de PCFs. Com a utilização da primeira dessas técnicas é apresentada uma maneira simples e eficiente de se vedar fibras com núcleo líquido, evitando-se assim a evaporação. O estudo de PCFs com núcleos complexos, formados pelo núcleo original de uma fibra de núcleo sólido e um buraco adjacente ao núcleo preenchido por óleo foi também realizado com essa técnica, proporcionando uma grande interação da luz com o canal preenchido e uma alta sensibilidade a temperatura (deslocamento de 5,35 nm/°C nas estruturas espectrais observadas). Utilizado-se a segunda técnica, o colapso de um buraco adjacente ao núcleo sólido de uma PCF permitiu o desenvolvimento de um interferômetro modal de Mach-Zehnder totalmente a fibra, apresentando uma profundidade de modulação espectral de 9,5 dB, semelhante à de outros interferômetros modais em PCFs reportados na literatura, e uma sensibilidade a temperatura de -54 pm/°C, cerca de 4 vezes maior do que a de redes de Bragg em fibras ópticas convencionais. A mesma técnica foi utilizada para se obter o acoplamento óptico entre 2 núcleos de uma fibra de cristal fotônico com 3 núcleos inicialmente desacoplados.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RODRIGO MENDES GEROSA.pdf: 6396087 bytes, checksum: b904e08a314dcda72a403496699b5206 (MD5) Previous issue date: 2015-08-26 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / This thesis describes the development of new photonic devices produced by micromanipulation of the optical fibers properties, i.e., the change, in the micrometer scale, of the fiber s optical and/or geometrical properties. In this context, three lines of research have been followed, using different optical fiber processing techniques and considering different types of devices. In the first line, the coupling of two cores in a photonic crystal fiber with three initially uncoupled cores was demonstrated. The couplers had an insertion loss estimated at ~1 dB and exhibited spectral modulations with a depth up to 18 dB. They also showed high sensitivity to polarization, which can be exploited in fiber polarization beamsplitters. For this work, we used a technique that modifies the fiber structure by applying local differential pressure and heating. In the second line, a Rhodamine dye laser was develop with a fully fiber integrated optofluidic cavity. It was possible to maintain a high flow of the dye solution, up to 400 μL / min, which allowed the use of a pump laser with a high repetition rate (1 kHz), and, at the same time, the degradation of the gain medium was not observed. An optical conversion rate of up to 9% and a pump energy threshold lower than 1 mJ were obtained. A splicing technique was used, in which an angled cleaved capillary fiber was fused to a conventional fiber, thereby leaving a side inlet open for the fluid flow. The third line aimed at the incorporation of carbon nanomaterials to optical fibers. In this case, two approaches were employed: in one of them, polymeric films, with a thickness of 20 μm, containing carbon nanotubes were produced on the face of optical fiber patchcords; such patchcords have been inserted into erbium-doped fiber laser cavities to act as saturable absorbers in order to obtain mode-locking operation. Pulses with durations down to 364 fs were obtained with 10.2 nm bandwidths. The films were formed when a micro-droplet of a carbon nanotube suspension on an optical adhesive was placed on the surface of optical fiber connectors, with the use of a micropipette. Within the same line, photonic crystal fibers (PCFs) with homogeneous graphene oxide films covering the inner walls of their capillaries were obtained. The homogeneity was confirmed by Raman spectroscopy and by the loss per fiber length, as measured by the cut back method. A PCF was also spliced to conventional connectorized fiber patchcords and incorporated into a laser cavity to generate pulses. The film production was consisted of inserting a graphene oxide suspension into the PCF capillaries, after which the solvent was dried. / Essa tese descreve o desenvolvimento de novos dispositivos fotônicos produzidos a partir da micromanipulação das propriedades de fibras ópticas, isto é, da alteração em escala micrométrica, das propriedades ópticas e/ou geométricas destas. Nesse contexto, três linhas de trabalho foram seguidas, utilizando diferentes técnicas de processamento de fibras ópticas e levando à demonstração de diferentes tipos de dispositivos. Na primeira linha foi demostrado o acoplamento de dois núcleos em uma fibra de cristal fotônico com três núcleos inicialmente desacoplados. Os acopladores apresentaram uma perda de inserção estimada de ~1 dB e exibiram modulações espectrais com uma profundidade de até 18 dB. Apresentaram também uma sensibilidade elevada à polarização, que pode ser explorada em divisores de polarização (polarization beamsplitters) a fibra. Para isso foi utilizada uma técnica de alteração da estrutura da fibra através da aplicação de pressão diferencial e aquecimento local,. Na segunda linha foi desenvolvido um laser do corante Rodamina com uma cavidade optofluídica totalmente integrada em fibra. Nela, era possível manter um alto fluxo da solução de corante, de até 400 μl/min, o que permitiu utilizar um laser de bombeio com alta taxa de repetição (1kHz) sem observar-se degradação do meio de ganho. Uma taxa de conversão óptica de até 9% e uma energia de limiar (threshold) menor que 1 μJ foram obtidas. Utilizou-se aqui uma técnica de emenda através da qual uma fibra capilar clivada em ângulo era emendada com uma fibra convencional, deixando assim uma entrada lateral para fluidos. A terceira linha visou incorporar nanomateriais de carbono a fibras ópticas. Nesse caso duas abordagens foram empregadas: em uma, filmes poliméricos com espessuras de 20 μm e contendo nanotubos de carbono foram produzidos na face de conectores de cordões de fibra ópticas; esse cordões foram inseridos em cavidades laser a fibra dopada com érbio para atuar como absorvedores saturáveis para a obtenção de mode locking. Com isso foram obtidos pulsos de até 364 fs e espectros com larguras de banda de 10,2 nm. Os filmes foram formados a partir de uma microgota de uma suspensão de nanotubos de carbono em adesivos ópticos que foi colocada sobre a face de conectores de fibra óptica com uma micropipeta. Ainda na mesma linha obtiveram-se fibras de cristal fotônico (PCFs) com filmes de óxido de grafeno homogêneos no interior de seus capilares. A homogeneidade foi comprovada através de espectroscopia Raman e pela medida da perda em função do comprimento das fibras, realizada através do método cut back. Uma PCF foi, ainda, emendada a cordões de fibra convencional conectorizados e incorporada a cavidades laser para geração de pulsos. A produção dos filmes foi realizada através da inserção de uma suspensão de óxido de grafeno nos capilares de PCFs de núcleo sólido, após o qual o solvente era secado.