Engenharia Elétrica e Computação - Teses - EE Higienópolis
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Navegando Engenharia Elétrica e Computação - Teses - EE Higienópolis por Orientador "Souza, Eunezio Antonio de"
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- TeseEstudo comparativo de parâmetros de desempenho na geração de pente de frequência com lasers à fibra e lasers semicondutoresAraújo, Maria Cecília Schineider (2024-08-01)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Pentes de frequência são essenciais para garantir precisão e desempenho em várias áreas, como sensoriamento e imagem. Entre os tipos disponíveis, destacam-se o laser de fibra dopada com érbio (EDFL) pela sua flexibilidade e geração de pulsos de femtosegundos, e o laser semicondutor, que é compacto (em torno de mm³) e oferece alta taxa de repetição (GHz), permitindo medidas abaixo de µs e contribuindo para reduzir tamanho, peso e consumo de energia (size, weight and power – SWaP), que é particularmente importante em aplicações móveis e em campo. Nessa tese, apresentamos a construção de duas cavidades EDFL com grafeno para atingir o regime mode-locking. A primeira cavidade com 16,7 m e taxa de repetição frep ≈ 12 MHz apresentou pulsos de 660 fs, enviados para um sistema de amplificação que aumentou a potência de 386 µW para 106,6 mW. Esse sinal amplificado tinha o objetivo de gerar o espectro supercontínuo, atingindo largura de 1150 nm e potência média de 28,5 mW, além de apresentar um pulso de 52 fs. Pulsos estreitos permitem serem usados em espectroscopia ou medição temporal com muito mais precisão. Também foi realizado o batimento entre uma componente da frequência fundamental da cavidade com um laser CW, o que gerou a frequência fopt com 13,7 dB de SNR. A segunda cavidade exibiu frequência frep = 37 MHz e frequência de batimento fopt com SNR = 20,8 dB, caracterizando crescimento de 50% e garantindo melhora na resolução das componentes do pente de frequência. Como análise comparativa, uma montagem integrada de laser sintonizável (ITLA) de semicondutor com cavidade de ~7 mm (frep = 20 GHz) teve o grafeno acrescentado na sua estrutura. A intensidade do sinal sobre o grafeno foi um parâmetro crucial na análise das configurações testadas, alcançando 770 W/cm² na cavidade de tamanho original, 630 kW/cm² com um sistema telescópio, e 2 GW/cm² na integração com sistema a fibra e uso de filtros etalons. Embora tenha atingido intensidade suficiente para saturar o grafeno, essas configurações não estabeleceram o regime mode-locking, sendo uma grande oportunidade de pesquisa que deve ser explorado, já que a técnica de pente de frequência em semicondutores possibilita revolucionar tanto com a alta precisão quanto pelo tempo de aquisição de medidas baixo. - TeseModulador Eletro-óptico multinível baseado em Grafeno para aplicações DWDMCarvalho, Maurício Moderno de (2021-09-30)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A próxima geração de redes de transporte óptico requer sistemas compactos, alta capacidade de canal, baixo custo e operação com tensões compatíveis à tecnologia Complementary Metal–Oxide–Semiconductor (CMOS), ou seja, aproximadamente 1V. Nessa tese, demonstramos de uma perspectiva de cálculos e simulações (baseadas no método dos elementos finitos cuja ferramenta de simulação foi o COMSOL Multiphysics e por análises numéricas usando o MATLAB) uma nova arquitetura de modulador óptico multinível (PAM4) baseado em grafeno, cujo design e materiais permitem aplicações diretas em componentes baseados em CMOS que é a tecnologia que tem respondido às demandas de alta escala de integração. O modulador é composto por quatro segmentos de grafeno numa configuração de capacitor de placas paralelas integrados em um guia de onda de silício, formando um conversor digital-analógico no domínio óptico para a geração da codificação PAM-4 multinível, simétrico e com um layout muito compacto (21 µm2 ). As simulações mostraram uma capacidade de transmissão ultra-alta (136 Gbps) obtida pela otimização de um guia de onda de silício, técnicas para redução das capacitâncias e uma proposta inovadora baseada em indutor de grafeno para melhorar a resposta em frequência, onde esse indutor ocupa uma reduzida área no dispositivo (largura x comprimento de 19 µm x 5 µm). Aqui demonstramos via simulações, também como obtivemos uma baixa tensão de comutação 1,4 Vpp (tensão pico a pico compatível com CMOS) e altas taxas de transmissão sobre toda a Banda C DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) em um mesmo dispositivo. - TeseNonlinear optical devices based on graphene atop waveguidesGiraldo, Daniel Felipe Londoño (2022-02-09)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Nesta tese, apresentamos a modelagem e desenho de dispositivos ópticos não lin eares usando guias de onda com grafeno. Para simular adequadamente esses dis positivos, desenvolvemos um modelo altamente detalhado e computacionalmente eficiente para descrever a dinâmica da condutividade transitória do grafeno. Além disso, propomos novas equações de propagação para este tipo de guia de ondas, incluindo novos efeitos de propagação decorrentes da condutividade não linear do grafeno. Os dispositivos que consideramos neste trabalho foram o grafeno sobre fibra-D para a geração de pulsos ópticos ultracurtos em lasers de fibra e amplificadores ópticos integrados. O desenho de guia de onda otimizado é fundamental para explorar melhor as propriedades notáveis do grafeno. O grafeno sobre fibra-D é amplamente usados para desenvolver lasers de fibra de femtossegundos, e nosso trabalho oferece um avanço significativo na compreensão teórica do funciona mento desses dispositivos, que pode ser aplicado ao desenvolvimento de lasers com melhor desempenho. Por outro lado, guias de ondas integrados de nitreto de silício com grafeno podem ser uma plataforma promissora para amplificação óptica e chaveamento totalmente óptico. Nossos resultados prevêem que um guia de onda otimizado com comprimento moderado pode fornecer ganho óptico maior que 10 dB e profundidade de modulação maior que 40 dB.