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Título: Estudo numérico da influência da relaxação da não-linearidade Kerr e aplicações com portas lógicas utilizando PAM em componentes de fibras ópticas : interferômetro de Sagnac e acoplador direcional
Título em inglês: Numerical study of the influence of relaxation of the Kerr nonlinearity and applications with doors WFP using logical components of optical fibers: Sagnac interferometer and directional coupler
Autor(es): Ferreira, Alisson da Conceição
Orientador(es): Sombra, Antônio Sergio Bezerra
Palavras-chave: Solitons
Teleinformática
Fibras óticas
Kerr, Efeito de
Modulação de pulso (Eletrônica)
Teorias não-lineares
Data do documento: Nov-2011
Citação: FERREIRA, A. C. (2011)
Resumo: Neste trabalho de Tese, foram investigadas características de operação de dois dispositivos ópticos, o Interferômetro de Sagnac (NOLM) e o Acoplador Direcional Não- Linear (NLDC) Duplo Simétrico. Com o primeiro dispositivo, trabalhando com pulsos de 10ps , o que equivale a uma largura espectral em banda de 0,1 THz , em duas diferentes aplicações: estudo da performance do chaveamento não-linear sob a ação da não-linearidade relaxada Kerr; obtenção de portas lógicas E, OU e OU-Exclusivo, sob Modulação Por Amplitude de Pulsos (PAM). Com o segundo dispositivo, com pulso de 2 ps, e banda de 0,5 THz, foi investigada a obtenção de portas lógicas Não-E, OU e OU-Exclusivo, com a modulação PAM e sob o efeito da Modulação de Fase Cruzada (XPM). A investigação é realizada, através de simulações numéricas, utilizando-se do método Split-Step nas duas primeiras aplicações e de Runge Kutta de quarta ordem, na terceira. Na primeira aplicação, foram investigados as curvas de transmissão, fator de compressão (C) e razão de extinção [XRatio(tr)] versus energia de entrada para dois comprimentos do anel do NOLM, tendo sido verificado importante impacto da relaxação da não-linearidade no chaveamento do dispositivo. Na segunda aplicação, foi verificado que sob as condições definidas dos efeitos não-lineares, o dispositivo se comporta, de tal forma que, tem como comportamento resultante o surgimento de funções lógicas no interferômetro de Sagnac, considerando dispersão da velocidade de grupo (GVD) e automodulação de fase (SPM) apenas, foram utilizadas as quatro possíveis combinações para dois pulsos, nas fibras 1 e 2, modulados em PAM, nos níveis lógicos 0 ou 1. Foram investigados os efeitos de uma variação no parâmetro de ajuste da modulação PAM (e ), na amplitude inicial do pulso em relação à amplitude de referência, ou informação não modulada, observando o surgimento da função OU, e na diferença de fase (conseqüentemente de tempo) entre os pulsos de entrada modulados, com a obtenção de portas E, OU e OU-Exclusivo. Na terceira aplicação, o NLDC duplo simétrico é submetido à modulação PAM, considerando o efeito XPM. Foram investigados os efeitos da variação de ‘e ’ na amplitude inicial do pulso em relação à amplitude de referência, obtendo-se porta OU, e observada a amplitude de saída modulada versus a diferença de fase entre os pulsos de entrada modulados, observando o aparecimento de portas Não-E, OU e OU-Exclusivo.
Abstract: In this thesis work, the operating characteristics, for two optical devices, Sagnac interferometer (NOLM) and the Symmetric Dual-Core Non-Linear Directional Coupler (NLDC) have been investigated. The first device working with pulses of 10 ps, equivalent to a spectral band width of 0.1 THz, in two different applications: analysis of the nonlinear optical switching with non-instantaneous Kerr effect and the accomplishment of logical gates AND, OR and XOR, under Pulse Amplitude Modulation (PAM). In the second device (with pump pulses of 2 ps and bandwidth of 0,5 THz), NAND, OR and XOR logical gates was investigated, under PAM modulation and under the Cross Phase Modulation (XPM) effect, in a NLDC. The research is carried out through numerical simulations, using the Split-Step method in the first two applications, and of the fourth order Runge Kutta numerical method, in the third application. In the first application, the transmission, compression factor (C) and extinction ratio [XRatio(tr)] curves, versus input energy were analyzed for two lengths of the loop of the NOLM, was investigated. A Very important impact of the relaxation of the nonlinearity in the switching device was observed. In the second application, was found that under the conditions defined of the nonlinear effects, the device behaves in such a way that the resulting behavior has the appearance of logic functions in the Sagnac interferometer, considering GVD and SPM, only. The four possible combinations for two pulses, on the input fibers 1 and 2, modulated by the amplitude (PAM) in the logical levels 0 or 1, were used. The effects of a variation in the coding parameter offset (e ) (of the PAM modulation), in the initial amplitude of the pulse associated to the reference amplitude or unmodulated information, have been investigated and an OR gate, having been emerged. If the phase difference (hence time) between the input pulses is considered, gates AND, OR and XOR were obtained. In the third application, the symmetric dual-core NLDC is submitted to PAM modulation, considering the XPM effect, were examined, as well. The effects of a variation in the coding parameter offset (e ) of the PAM modulation relative to the reference amplitude, was investigated, being obtained an OR gate. The modulated output amplitude versus a phase difference between the input pulses, was also observed, where logical gates NAND, OR and XOR arose.
Descrição: FERREIRA, A. da C. Estudo numérico da influência da relaxação da não-linearidade Kerr e aplicações com portas lógicas utilizando PAM em componentes de fibras ópticas : interferômetro de Sagnac e acoplador direcional. 2011. 174 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/2110
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