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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Pulsos não difrativos aplicados às comunicações ópticas no espaço livre
Title Alternative: Non-diffracting pulses applied to free space optical communication
Author: Garay Avendaño, Roger Leonardo, 1984-
Advisor: Rached, Michel Zamboni, 1973-
Abstract: Resumo: As comunicações ópticas no espaço livre estão se tornando numa alternativa flexível, econômica, de rápida implementação e com altas taxas de transmissão. Em muitos casos, o comprimento de enlace é limitado por causa da difração sofrida pelos pulsos ópticos e as vezes também pelas condições atmosféricas. No presente trabalho de tese, realizamos um estudo teórico dos chamados Pulsos Não Difrativos, bem como sua possível aplicação prática nas comunicações ópticas no espaço livre. Ao contrário de outros trabalhos baseados no uso de pulsos não difrativos ideais superluminais do tipo X aplicados as comunicações ópticas no espaço livre, nossa abordagem é geral, englobando também os casos luminal e subluminal. Tal abordagem consiste num método matemático que fornece pulsos não difrativos ideais superluminal, subluminal e luminal como soluções analíticas da equação de onda a partir do uso de adequados espectros de frequência comumente usados em comunicações ópticas. As soluções matemáticas obtidas são analíticas e fechadas; e isso foi possível graças a uma nova e inédita aproximação para a função de Bessel de primeiro tipo e de ordem zero, válida para qualquer valor (pequeno ou grande) do argumento. Na sequência, o trabalho se volta para uma formulação alternativa e inovadora, que além de permitir a obtenção de pulsos não difrativos com os formatos de modulação usuais, também possibilita três avanços importantes: - uma grande maleabilidade no modelamento espacial dos novos pulsos ópticos, permitindo a obtenção de novos pulsos resistentes não apenas à difração, mas também à atenuação causada por meios absorventes/espalhadores; - descrição analítica dos pulsos com energia finita (i.e., gerados por aberturas finitas); - maior facilidade na futura implementação (geração) experimental dos novos pulsos. Para tanto, um novo método foi desenvolvido e que podemos descrever como uma versão pulsada do método Frozen Waves, o qual foi originalmente concebido para o modelamento espacial de feixes não difrativos. Nesta linha, nossos resultados mostram uma diminuição do impacto da atenuação atmosférica sobre enlaces nas comunicações ópticas no espaço livre feitos com os pulsos não difrativos com energia finita resistentes à atenuação. Também foi estudado o tipo de aparato necessário para a geração experimental dos novos pulsos (desenvolvidos na segunda fase do trabalho) e os resultados mostram que tais pulsos podem ser gerados com a inserção de um modulador espacial de luz junto ao equipamento usual nas comunicações ópticas no espaço livre. Finalmente, apresentamos os resultados obtidos na geração experimental de alguns feixes do tipo Frozen Waves

Abstract: Free Space Optical systems are becoming a flexible and economical alternative, with fast implementation and high transmission rates. In many cases, the link-length is limited due to the diffraction suffered by the optical pulses and also, sometimes, due to weather conditions. In this thesis, we perform a theoretical study of the so-called Nondiffracting Pulses, as well as their possible practical applications in Free Space Optical systems. Unlike other works based on the use of ideal nondiffracting pulses of the type superluminal-X-waves applied to the Free Space Optical systems, our approach is general, also encompassing the luminal and subluminal cases. It provides superluminal, luminal and subluminal ideal nondiffracting pulses as analytical solutions of the wave equation, considering frequency spectra commonly used in the field of optical communications. Such closed-form solutions were possible thanks to a new and unprecedented approximation to the zero order Bessel function of the first kind, valid for any argument (small or large). Next, our work was focused on an alternative formulation to obtain nondiffracting pulses with conventional modulation formats and also with the following important improvements: - flexibility in spatial modeling of the new optical pulses, furnishing new diffraction and absorption/scattering resistant pulses; - analytical description of pulses with finite energy (i.e., generated by finite apertures); - simplicity for future experimental implementations (generation) of the new pulses. For this, a new method was developed, which can be described as a pulsed version of the Frozen Waves, originally designed for spatial modeling of nondiffracting beams. Our results show less atmospheric attenuation on Free Space Optical systems links based on finite energy nondiffracting pulses. We also evaluated the required setup for generation of the new pulses. Our results show that such pulses can be generated with the addition of a spatial light modulator in conventional Free Space Optical systems equipments. Finally, we present the results obtained by experimental generation of some Frozen Waves beams
Subject: Comunicações ópticas (Transmissão de dados)
Análise de ondas localizadas
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

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