Caracterização de Fibras Ópticas Altamente Não Lineares

73 Pages·2012·3.02 MB·Portuguese

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
Caracterização de Fibras Ópticas
Altamente Não Lineares
Odarley Fernandes Pereira
DissertaçãodeProjectorealizadanoâmbitodo
MestradoIntegradoemEngenhariaElectrotécnicaedeComputadores
MajorTelecomunicações
Orientadora: MariaInêsBarbosadeCarvalho
14deMarçode2012
(cid:13)c OdarleyPereira,2012
Resumo
Neste trabalho pretendeu-se caracterizar as propriedades dispersivas e não lineares de fibras
ópticasmicroestruturadas.
Para este efeito utilizaram-se os softwares COMSOL MULTIPHYSICS e MATLAB para fazer
umaanálisemodaldasfibras, aqualpermiteobteradistribuiçãoespacialdosdiferentesmodosa
diferentescomprimentosdeonda,etambémarespectivaconstantedepropagação. Apartirdestes
dadosépossíveldeterminaroperfildedispersãoetambémadependênciadocoeficientenãolinear
nafrequência.
Na caracterização das fibras microestruturadas foi dado uma especial atenção à influência da
geometria e dos materiais constituintes nas suas propriedades ópticas. Além disso, procurou-se
também optimizar estas propriedades, em particular o perfil de dispersão, para aplicações tais
comoageraçãodosupercontinuum. Nestetrabalhodesenvolveu-seaindaumalgoritmonumérico
para simular a propagação de ondas ultracurtos (da ordem de femtosegundos). O algoritmo nu-
mérico desenvolvido é um método espectral que é conhecido como o método Split-Step Fourier
(SSFM),epermitesimularapropagaçãonasfibrasestudadascomoauxíliodo COMSOL.
OalgoritmonuméricodesenvolvidoeosoftwareCOMSOLconstituemumaferramentanumé-
rica versátil que permite projectar um determinado tipo de fibras microestruturadas e simular a
propagaçãonessafibra,tendoematençãoassuascaracteristicasnãolinearesedispersivas.
Palavras-chaves:
Efeitosnãolineares,fibrasópticasmicroestruturadas,dispersão,nãolinearidade,SSFM
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Abstract
Thisworkproposesthecharacterizationofthedispersiveandnonlinearpropertiesofmicros-
tructuredopticalfibers.
For this purpose, COMSOL MULTIPHYSICS and MATLAB software was used to perform a
modal analysis of the fibers, from which it is possible to obtain the spatial distribution of the
different modes and the propagation constant as a function of wavelength. From these results,
it is possible to determine the dispersion profile and the frequency dependence of the nonlinear
coeficient.
Inthecharacterizationofthemicrostructuredfibers,specialemphasiswasgiventotheimpact
ofgeometryandmaterialsontheopticalproperties. Anoptimizationofthesepropertieswasper-
formedforaplicationssuchassupercontinuumgeneration,particularlyonthedispersionprofile.
Thisworkalsopresentsanumericalalgorithmforthesimulationofultrashortwavepropaga-
tion(intheorderoffemtoseconds). ItisbasedonaspectralmethodknownasSplit-StepFourier,
and,togetherwith COMSOL,allowsthesimulationofpropagationinthestudiedfibers.
The proposed algorithm, along with COMSOL, is a versatile numerical tool that can be used
for the design of certain types of microstructured fibers, as well as propagation simulation that
takesintoaccountthefibersnonlinearanddispersivecharacteristics.
Keywords
Nonlineareffects,microstructuredopticalfibers,dispersion,nonlinearities,SSFM
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Agradecimentos
Antes de mais, eu gostaria de referir que a conclusão deste trabalho só foi possível graças a
colaboraçãodeinúmeraspessoaseinstituições.
Gostaria,emprimeirolugardeagradeceraminhaorientadoraProf. MariaInêsCarvalho,uma
pessoasimpática,peladedicação,apoioeconfiançamanifestadaduranteasuasupervisão.
ÀinstituiçãoGASPorto,emespecialaDraMariaDoCéueFátima,gostariadeagradecerpelo
apoioconcedidonessesanosdeestudos.
ÀinstituiçãoSASUP,meussincerosagradecimentospelaajudadisponibilizada.
À minha amiga Zydiane Vicente, um especial agradecimento por ter emprestado o seu com-
putadorportátilduranteessesúltimosmesesparaconclusãodestetrabalho.
Os meus agradecimentos são também, dirigidos aos meus colegas, em especial, ao Patrício
Ferreira, Simone Évora, Lenine Rodrigues, Jota Borges, Aquilino Correia, José Semedo, Deniz
Teixeira,NelsonCarvalho,ElderAndradeeSamuelCunhapelaamizadeeconfiança.
Não poderia deixar de agradecer os colegas do Núcleo da Microelectrónica, em especial ao
CândidoDuarte, HenriqueCavadas, PedroCooke, DanielOliveira, MiguelPina, ÁmericoDiase
TiagoRessurreiçãopelasnoitesdetrabalhoecompanheirismonessesanosnaFEUP.
Ao colega Jamshid Heidari, gostaria de agradece-lo pelo apoio e interesse demonstrado no
desenvolvimentodestetrabalho.
Agradeçoaminhanamorada,EmiliaGomespeloamorepaciênciaduranteessesanos.
Gostariadeagradecerdofundodomeucoração,osmeusirmãosDilsonPereira,VániaPereira,
Hernani Pereira, que foram as pessoas com quem cresci e que sem o apoio deles nada disto teria
sidopossível.
E a minha mãe, o meu mais profundo e sincero agradecimento, pelo amor, carinho, compre-
ensãoeapoioincondicionalduranteaminhavida.
OdarleyPereira
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Dedicoestatese:
AminhamãeClariceGomesFernandesportodoapoioconcedido.
AomeufilhoLucasDelgadoPereira
AomeupaiJoãodaCruzPereira
EaosmeusirmãosDilson,VaniaeHernani
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