All-optical signal processing for optical communication systems - Albuquerque, André Antunes de Carvalho (2018)
O processamento ótico de sinal é uma alternativa possível para melhorar o desempenho e eficiência de sistemas de comunicações óticas, mas o seu estágio atual de desenvolvimento é ainda insuficiente para aplicações em sistemas reais. De forma a inverter esta situação, novas estratégias e pos-sibilidades para processamento ótico de sinal são aqui investigadas, com ênfase em conversão de comprimento de onda, regeneração de fase e amplificação sensível à fase em dispositivos de niobato de lítio com inversão periódica dos domínios ferroelétricos e fibras fortemente não-lineares. Um novo método para o desenho do perfil de inversão dos domínios fer¬roelétricos nos dispositivos de niobato de lítio de acordo com um espetro de conversão alvo é investigado nesta tese. O método proposto é validado numericamente e através da produção de um dispositivo real com largura de banda de conversão de 400 GHz. O dispositivo produzido é utilizado para conversão de onda multicanal de oito sinais modulados em fase, com a possibilidade adicional de sintonizar o comprimento de onda dos sinais con¬vertidos. Observa-se a existência de um compromisso entre elevada largura de banda de conversão e eficiência do dispositivo. São também investigadas nesta tese conversão e permuta de comprimento de onda tolerantes ao ruído de fase adicionado por fontes de bombeamento. Demonstra-se neste trabalho que a utilização de fontes de bombeamento coerentes permite evitar a adição de ruído de fase aos sinais convertidos. Nesta tese é também analisada analítica e numericamente amplificação sensível a fase baseada em dispositivos de niobato de lítio com inversão periódica dos domínios ferroelétricos para configurações de amplificadores de um, dois ou quatro modos. É ainda avaliada a possibilidade de ge¬rar ondas correlacionadas e de realizar amplificação sensível a fase num único dispositivo com propagação bidirecional. Com base neste esquema, demonstra-se regeneração de fase de sinais modulados em fase, porém com ganho limitado devido à baixa eficiência de conversão dos dispositivos e com desempenho afetado por instabilidades térmicas e foto refrativas. Mo¬tivado por estas limitações, demonstra-se amplificação de elevado ganho num amplificador sensível à fase de quatro modos, construído com uma fibra fortemente não-linear em vez de um dispositivo de niobato de lítio. Por fim, é efetuada uma análise numérica do impacto de utilizar amplifica¬dores sensíveis à fase em vez de amplificadores de fibra dopada com érbio no alcance em transmissão ponto a ponto de sinais e na amplificação e regeneração em redes óticas. Demonstra-se que amplificadores sensíveis à fase são mais vantajosos para formatos de modulação avançados e siste¬mas compostos por ligações óticas longas. As simulações assumem mode¬los simplificados para o ganho e ruído dos amplificadores, bem como uma versão modificada do modelo de ruído Gaussiano para estimar a potência das distorções não-lineares em sistemas com compensação total da dispersão cromática no final de cada segmento de fibra entre amplificadores.