Estudo de ressonadores não-lineares a fibra e suas aplicações em processamento optico de sinais para comunicações

Abstract

Resumo: Esta dissertação trata do estudo teórico de dispositivos não-lineares a fibra visando a utilização em sistemas de comunicações. Grande ênfase é dada aos ressonadores ópticos, enquanto que os acopladores não-lineares surgem como um complemento a ser utilizado em conjunto com o ressonador. Os modelos teóricos são expostos e simulações numéricas dos mesmos são realizadas. Iniciamos com uma revisão da propagação de pulsos em meios não-lineares. Seguimos com a revisão de sólitons e da técnica numérica split-step Fourier para a solução da equação não-linear de Schrodinger. Simulações dos casos mais comuns são realizadas. Prosseguimos com a descrição do funcionamento e simulação numérica de acopladores não-lineares. O maior e principal capítulo deste trabalho trata dos ressonadores ópticos. As características destes ressonadores são inferidas a partir da determinação dos diagramas de bifurcações e atratores, relativos às variáveis características dos pulsos de saída. Comportamentos periódicos, caóticos e de autopulsação são explorados. Finalizamos com algumas aplicações, em sistemas de comunicações, dos ressonadores e acopladores não-lineares. Nos Apêndices, apresentamos os programas utilizados nas simulações da dissertação, tratamos da base analítica da solução da equação não-linear de Schrodinger e propomos um modelo analítico para o ressonador com amplificador inserido no laço. A principal contribuição desta dissertação reside na proposição da utilização de ressonadores ópticos não-lineares a fibra, como dispositivos práticos em comunicações ópticas, e o oferecimento de métodos de análise e caracterização destes dispositivos. ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital.Abstract: This work deals with the theoretical study of nonlinear fiber devices, useful in communications systems. Enphasis is given to optical resonators, while nonlinear couplers are introduced as a complement to these devices. Theoretical models are introduced and their numerical simulations are performed. In the beginning, a review of pulse propagation in nonlinear media is presented. This is followed by the introduction of the soliton concept and the split-step Fourier numerical technique for the solution of the nonlinear Schrodinger equation (NLSE). Simulation of some simple cases are performed. After that, the description of operation and numerical simulations are presented for the nonlinear coupler. The main chapter of this work deals with optical resonators. Their characteristics are analysed from the point of view of the their bifurcation diagrams and atractors, related to the characteristics variables of the output pulses. Periodic, chaotic and self-pulsating behaviors are explored. After that, some applications of resonators and nonlinear couplers in communications systems is presented. In the Appendices, we present the computer programs used in the simulations, we deal with the analytical basis for the solution of the NLSE and we propose an analytical model for the resonator that inc1udesan amplifier in the loop. The main contribution of this work is the proposal of the use of the nonlinear optical fiber resonators as practical devices in optical communications and the outline of methods for the analysis and characterization of these devices. ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations