Caracterização de Fibras Ópticas Altamente Não Lineares PDF
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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 i ii 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 iii iv 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 v vi Dedicoestatese: AminhamãeClariceGomesFernandesportodoapoioconcedido. AomeufilhoLucasDelgadoPereira AomeupaiJoãodaCruzPereira EaosmeusirmãosDilson,VaniaeHernani vii viii
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