RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA PIBIC : CNPq, CNPq/AF, UFPA, UFPA/AF, PIBIC/INTERIOR, PRODOUTOR, PIBIT E FAPESPA Período : 12/08/2014 a 13/08/2015 ( ) PARCIAL (X) FINAL RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO Título do Projeto de Pesquisa: CIRCUITOS LÓGICOS E GERAÇÃO DE MULTIFREQUÊNCIAS BASEADOS EM ACOPLADORES DE FIBRAS DE CRISTAIS FOTÔNICOS Nome do Orientador: Marcos Benedito Caldas Costa Titulação do Orientador: Doutor Faculdade : Engenharia de Materiais Instituto/Núcleo: Campus de Ananindeua Laboratório: Laboratório de Óptica/Programa de Pós-Graduação em Física Título do Plano de Trabalho: OBTENÇÃO DE PORTAS LÓGICAS EM DISPOSITIVOS ÓPTICOS DE FIBRAS DE CRISTAIS FOTÔNICOS. Nome do Bolsista: Matheus Rosario da Silva Tipo de Bolsa : ( ) PIBIC/ CNPq ( ) PIBIC/CNPq AF ( ) PIBIC /CNPq- Cota do pesquisador ( X) PIBIC/UFPA ( ) PIBIC/UFPA AF ( ) PIBIC/ INTERIOR ( ) PIBIC/PRODOUTOR ( ) PIBIC/PE-INTERDISCIPLINAR ( ) PIBIC/FAPESPA ( ) PIBIC/PIBIT 1

2 INTRODUÇÃO O projeto aqui proposto tem como objetivo estudar e analisar as propriedades da propagação de pulsos ópticos em fibras ópticas microestruturadas. Para estudar esse tipo de propagação devemos utilizar pulsos ultracurtos, de duração mínima de 100 fs. Para pulsos com esta largura temporal devemos nos atentar aos efeitos de dispersão de terceira ordem, espalhamento Raman e Auto Inclinação e Parâmetro de Acoplamento de Dispersão. Será feita uma análise do comportamento desses referidos pulsos em dispositivos acopladores com características fotônicas para obtenção de circuitos lógicos aplicáveis e geração de multifrequências. JUSTIFICATIVA : A pesquisa será baseada em simulações numéricas utilizando um conjunto de equações diferenciais que representarão a dinâmica dos componentes. Os resultados das simulações serão importados e a geração de gráficos para análises dos resultados serão feitos em aplicativos adequados. Uma equipe composta por alunos de iniciação cientifica será formado para obtenção e análise dos resultados. As tarefas para a análise e modelagem numérica podem ser divididas em três etapas, chamadas pré-processamento, processamento e pós-processamento. O processamento inclui a montagem do sistema de equações, a partir dos dados obtidos na etapa de pré-processamento, e sua resolução. Esta etapa envolve atividades como a definição das funções de base do elemento finito, a aplicação da equação (de onda) em cada elemento, a aplicação das condições de contorno impostas no pré-processamento, o cálculo das matrizes de cada elemento finito e o uso de métodos de aproximação para resolver as equações diferenciais. Após o desenho do modelo geométrico, construção da malha de elementos finitos, aplicação das condições de contorno e resolução do sistema de equações, é hora de investigar os resultados da análise. Esta etapa do FEM é conhecida como pós-processamento. É nesta fase que as quantidades de interesse podem ser exploradas, na forma de gráficos de linha ou de superfície, de contornos e de vetores, além de possibilitar o cálculo de várias grandezas derivadas das variáveis de estado associadas ao problema físico. OBJETIVOS: Estudar e aplicar os estudos de Métodos Numéricos (Métodos os Elementos Finitos), como ferramenta básica para a implementação dos resultados simulados; Desenvolver modelos CAD de dispositivos ópticos não lineares, como por exemplo, acopladores ópticos; Obter portas lógicas nos dispositivos ópticos obtidos; Analisar o comportamento de pulsos ultracurtos em dispositivos acopladores com características fotônicas para obtenção de circuitos lógicos aplicáveis e geração de multifrequências; Qualificar e incentivar estudantes de graduação do Campus de Ananindeua quanto a importância da pesquisa na área de dispositivos ópticos; Fortalecer o Campus de Ananindeua no campo da pesquisa publicando artigos em revistas internacionais, conferências nacionais e internacionais. MATERIAIS E MÉTODOS: Durante o desenvolvimento deste projeto, algumas colaborações foram estabelecidas com o Laboratório de Eletromagnetismo Aplicado da UFPA/Campus do Guamá, através da utilização do software comercial Comsol Multiphysics, propiciando empregar os recursos de análise 2

3 numérica aqui desenvolvida para avaliar as características de propagação de fibras de cristais fotônicos, e também para projetar novas configurações de fibra. Em especial, uma nova configuração de fibra com núcleo microestruturado será proposta e modelada. RESULTADOS : Os resultados obtidos foram de acordo com as expectativas sobre o projeto. As simulações numéricas e o desenvolvimento de modelos de dispositivos ópticos foram feitas utilizando softwares comerciais, além de serem complementados com informações obtidas pela criação de um software próprio para análise de pulsos ópticos em fibras ópticas microestruturadas. Esses estudos foram explanados em pôsteres para simpósios e inscritos em Congressos de Telecomunicações, resultando em grande experiência adquirida na área para os envolvidos. PUBLICAÇÕES: Com alguns resultados parciais, tais como, dinâmica de propagação de pulsos ópticos em fibras convencionais, observando efeitos não lineares de altas ordens, participamos da sessão de pôsteres do I SIMPÓSIO DE ÓPTICA NÃO LINEAR E FOTÔNICA E SUAS APLICAÇÕES. Este projeto também foi inscrito e concorreu à uma vaga ao XXXIII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TELECOMUNICAÇÕES. ATIVIDADES PROGRAMADAS Levantamento Bibliográfico de literaturas especializadas relacionadas ao tema proposto pelo projetos, tais como: Molding the Flow of Light, Princeton: Princeton University Press, Second Edition, 2008 e Nonlinear Fiber Optics, Fourth Edition (Optics and Photonics); Conhecimento do software comercial Comsol Multiphysics através de tutoriais e variedades de galerias contendo modelos de dispositivos ópticos em fibras de cristais fotônicos; Após o conhecimento do software, dar-se o inicio da simulações numéricas com o intuito de obter portas lógicas a partir de dispositivos ópticos não-lineares em fibras de cristais fotônicos; Elaboração do relatório parcial de atividades com os resultados previamente obtidos; Teste, avaliação e comparação dos resultados das simulações numéricas; Elaboração de artigos para participação em congressos nacionais e iternacionais: Simposio Brasileiro de Microondas e Optoelerônica-SBMO-MOMAG, Sociedade Brasileira de Telecomunicações, Simpósio Brasileiro de Telecomunicações, nternational Microwave and Optoelectronics Conference (IMOC) e International Telecommunications Symposium (ITS); Elaboração do relatório final de atividades do projeto proposto e elaboração de um artigo para publicação em revistas qualificadas na área de Engenharias IV. CONCLUSÕES Projetar fibras microestruturadas, é ponto de partida para a construção de dispositivos ópticos. Logo, o trabalho esta sendo desenvolvido com bons resultados através dos usos de softwares comerciais e desenvolvimentos de códigos computacionais. 3

4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] AGRAWAL, G.P. Fiber-Optic Communication Systems. 2a. Ed., New York, John Wiley & Sons, Inc., [2] HEADLEY C.; AGRAWAL G. P. (editors), Raman Amplification in Fiber Optical Communication Systems. N. Y., Elsevier Academic Press, [3] C. L. Zhao, J. Chen, Z. Li, Y. Wang, C. Lu, Y. J. Wen, Optimization of a Raman/EDFA hybrid amplifier based on dual-order stimulated Raman scattering using a single-pump, Opt. Commun. 265, (2006). [4] Fitt, A. D. Modeling the fabrication of Hollow Fibers: Capillary Drawing. Journal of Lightwave Technology, v. 19, n. 12, p , December [5] M. Liu, K.S. Chiang, Appl Phys B. 815, 98 (2010). DIFICULDADES As dificuldades encontradas foram na utilização do software comercial e na adaptação da ciência do problema de óptica não-linear. DATA : 10/08/2015 ASSINATURA DO ORIENTADOR ASSINATURA DO ALUNO 4

5 FICHA DE AVALIAÇÃO DE RELATÓRIO DE BOLSA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA O AVALIADOR DEVE COMENTAR, DE FORMA RESUMIDA, OS SEGUINTES ASPECTOS DO RELATÓRIO : 1. O projeto vem se desenvolvendo segundo a proposta aprovada? Se ocorreram mudanças significativas, elas foram justificadas? 2. A metodologia está de acordo com o Plano de Trabalho? 3. Os resultados obtidos até o presente são relevantes e estão de acordo com os objetivos propostos? 4. O plano de atividades originou publicações com a participação do bolsista? Comentar sobre a qualidade e a quantidade da publicação. Caso não tenha sido gerada nenhuma, os resultados obtidos são recomendados para publicação? Em que tipo de veículo? 5. Comente outros aspectos que considera relevantes no relatório 6. Parecer Final: Aprovado ( ) Aprovado com restrições ( Reprovado ( ) ) (especificar se são mandatórias ou recomendações) 7. Qualidade do relatório apresentado: (nota 0 a 5) Atribuir conceito ao relatório do bolsista considerando a proposta de plano, o desenvolvimento das atividades, os resultados obtidos e a apresentação do relatório. Data : / /. Assinatura do(a) Avaliador(a) 5