Monitoring and all-optical signal processing techniques for transparent networks

Optical networks are under constant evolution. The growing demand for dynamism require devices that can accommodate different types of traffic. Thus the study of transparent optical networks arises. This approach makes optical networks more "elegant" , due to a more efficient use of network resources. In this thesis, the author proposes devices that intend to form alternative approaches both in the state of art of these same technologies both in the fitting of this technologies in transparent optical networks. Given that full transparency is difficult to achieve with current technology (perhaps with more developed optical computing this is possible), the author proposes techniques with different levels of transparency. On the topic of performance of optical networks, the author proposes two techniques for monitoring chromatic dispersion with different levels of transparency. In Chapter 3 the proposed technique seems to make more sense for long-haul optical transmission links and high transmission rates, not only due to its moderate complexity but also to its potential moderate/high cost. However it is proposed to several modulation formats, particularly those that have a protruding clock component. In Chapter 4 the transparency level was not tested for various modulation formats, however some transparency is achieved by not adding any electrical device after the receiver (other than an analog-digital converter). This allows that this technique can operate at high transmission rates in excess of 100 Gbit / s, if electro-optical asynchronous sampling is used before the optical receiver. Thus a low cost and low bandwidth photo-detector can be used. In chapter 5 is demonstrated a technique for simultaneously monitoring multiple impairments of the optical network by generating novel performance analysis diagrams and by use of artificial neural networks. In chapter 6 the author demonstrates an all-optical technique for controlling the optical state of polarization and an example of how all-optical signal processing can fully cooperate with optical performance monitoring.

Photonic devices for optical and RF signal processing

O presente trabalho tem por objectivo o estudo de novos dispositivos fotónicos aplicados a sistemas de comunicações por fibra óptica e a sistemas de processamento de sinais RF. Os dispositivos apresentados baseiam-se em processamento de sinal linear e não linear. Dispositivos lineares ópticos tais como o interferómetro de Mach-Zehnder permitem adicionar sinais ópticos com pesos fixos ou sintonizáveis. Desta forma, este dispositivo pode ser usado respectivamente como um filtro óptico em amplitude com duas saídas complementares, ou, como um filtro óptico de resposta de fase sintonizável. O primeiro princípio de operação serve como base para um novo sistema fotónico de medição em tempo real da frequência de um sinal RF. O segundo princípio de operação é explorado num novo sistema fotónico de direccionamento do campo eléctrico radiado por um agregado de antenas, e também num novo compensador sintonizável de dispersão cromática. O processamento de sinal é não linear quando sinais ópticos são atrasados e posteriormente misturados entre si, em vez de serem linearmente adicionados. Este princípio de operação está por detrás da mistura de um sinal eléctrico com um sinal óptico, que por sua vez é a base de um novo sistema fotónico de medição em tempo real da frequência de um sinal RF. A mistura de sinais ópticos em meios não lineares permite uma operação eficiente numa grande largura espectral. Tal operação é usada para realizar conversão de comprimento de onda sintonizável. Um sinal óptico com multiplexagem no domínio temporal de elevada largura de banda é misturado com duas bombas ópticas não moduladas com base em processos não lineares paramétricos num guia de ondas de niobato de lítio com inversão periódica da polarização dos domínios ferroeléctricos. Noutro trabalho, uma bomba pulsada em que cada pulso tem um comprimento de onda sintonizável serve como base a um novo conversor de sinal óptico com multiplexagem no domínio temporal para um sinal óptico com multiplexagem no comprimento de onda. A bomba é misturada com o sinal óptico de entrada através de um processo não linear paramétrico numa fibra óptica com parâmetro não linear elevado. Todos os dispositivos fotónicos de processamento de sinal linear ou não linear propostos são experimentalmente validados. São também modelados teoricamente ou através de simulação, com a excepção dos que envolvem mistura de sinais ópticos. Uma análise qualitativa é suficiente nestes últimos dispositivos.

Automatic information and safety systems for driving assistance

O objeto principal desta tese é o estudo de algoritmos de processamento e representação automáticos de dados, em particular de informação obtida por sensores montados a bordo de veículos (2D e 3D), com aplicação em contexto de sistemas de apoio à condução. O trabalho foca alguns dos problemas que, quer os sistemas de condução automática (AD), quer os sistemas avançados de apoio à condução (ADAS), enfrentam hoje em dia. O documento é composto por duas partes. A primeira descreve o projeto, construção e desenvolvimento de três protótipos robóticos, incluindo pormenores associados aos sensores montados a bordo dos robôs, algoritmos e arquitecturas de software. Estes robôs foram utilizados como plataformas de ensaios para testar e validar as técnicas propostas. Para além disso, participaram em várias competições de condução autónoma tendo obtido muito bons resultados. A segunda parte deste documento apresenta vários algoritmos empregues na geração de representações intermédias de dados sensoriais. Estes podem ser utilizados para melhorar técnicas já existentes de reconhecimento de padrões, deteção ou navegação, e por este meio contribuir para futuras aplicações no âmbito dos AD ou ADAS. Dado que os veículos autónomos contêm uma grande quantidade de sensores de diferentes naturezas, representações intermédias são particularmente adequadas, pois podem lidar com problemas relacionados com as diversas naturezas dos dados (2D, 3D, fotométrica, etc.), com o carácter assíncrono dos dados (multiplos sensores a enviar dados a diferentes frequências), ou com o alinhamento dos dados (problemas de calibração, diferentes sensores a disponibilizar diferentes medições para um mesmo objeto). Neste âmbito, são propostas novas técnicas para a computação de uma representação multi-câmara multi-modal de transformação de perspectiva inversa, para a execução de correcção de côr entre imagens de forma a obter mosaicos de qualidade, ou para a geração de uma representação de cena baseada em primitivas poligonais, capaz de lidar com grandes quantidades de dados 3D e 2D, tendo inclusivamente a capacidade de refinar a representação à medida que novos dados sensoriais são recebidos.

All-optical routing functionalities

All-optical solutions for switching and routing packet-based traffic are crucial for realizing a truly transparent network. To meet the increasing requirements for higher bandwidth, such optical packet switched networks may require the implementation of digital functions in the physical layer. This scenario stimulated us to research and develop innovative high-speed all-optical storage memories, focusing mainly on bistables whose state switching is triggered by a pulsed clock signal. In clocked devices, a synchronization signal is responsible for controlling the enabling of the bistable. This thesis also presents novel solutions to implement optical logic gates, which are basic building blocks of any processing system and a fundamental element for the development of complex processing functionalities. Most of the proposed schemes developed in this work are based on SOA-MZI structures due to their inherent characteristics such as, high extinction ratio, high operation speed, high integration capability and compactness. We addressed the experimental implementation of an all-optical packet routing scheme, with contention resolution capability, using interconnected SOAMZIs. The impact on the system performance of the reminiscent power of the blocked packets, from the non ideal switching performed by the SOA-MZIs, was also assessed.

Desenvolvimento do pensamento ético no contexto da formação inicial dos enfermeiros

A prestação de cuidados de saúde coloca os novos enfermeiros face a situações complexas que exigem a mobilização de um conjunto de saberes próprios a fim de poderem responder de modo eficaz à diversidade, imprevisibilidade e singularidade de cada situação da prática clínica. Os ensinos clínicos são momentos determinantes na formação dos enfermeiros, pois são simultaneamente momentos de transformação de saberes, de aquisição da profissionalidade e de desenvolvimento de perfis de competências. Estas três dimensões fomentam a consciencialização do estudante para assumir novos papéis, através do confronto com situações concretas de saúde e de doença. É também neste confronto com as situações reais que surgem conflitos que envolvem valores, atitudes e emoções. Trata-se de momentos difíceis, geradores de stress, mas de importância fundamental para o desenvolvimento do processo de pensamento e construção do juízo ético. Analisar o processo global de construção do pensamento ético como sistema de desenvolvimento humano nos estudantes de enfermagem, contribuindo para a construção de saberes dirigidos para as estratégias que poderão influenciar a aprendizagem da ética no contexto da formação inicial dos enfermeiros, foi a nossa principal preocupação. Realizamos um estudo etnográfico, tipo estudo de caso, inserido numa metodologia multimétodo (quantitativa e qualitativa), na Escola Superior de Enfermagem do Porto. A investigação decorreu em três tempos distintos. Num primeiro momento, foi identificada a orientação moral dos estudantes através da aplicação de um questionário (EPQ); num segundo tempo, foi efectuada uma observação participante no sentido de identificar as formas de pensamento dos estudantes e os factores que as influenciaram ou dificultaram; num terceiro momento, foram realizadas entrevistas de forma a clarificar e aprofundar as informações recolhidas. No tratamento da informação emergiram seis dimensões de análise (contexto da prática, trajectórias da aprendizagem, influência dos modelos da prática, dinâmicas de tutoria - supervisão - e desafios de ordem ética) que nos permitiram compreender a natureza das situações éticas e os padrões de resposta dos estudantes face a essas situações, a influência do ensino da ética e também os factores influenciadores das formas de pensamento ético. A análise dos resultados revelou que, ao longo do curso de enfermagem, os estudantes desenvolvem o seu pensamento ético numa interacção recíproca de si próprios como pessoas activas (estudante) e o ambiente (contexto), onde se encontram em permanente crescimento (desenvolvimento humano), sendo que o ambiente se encontra também em constante transformação. Isto ocorre num movimento crescente, que se inicia com o “aprender a pensar” através do conhecimento acumulado (saber teórico) que lhes permite desenvolver uma actuação através do “aprender fazendo” (saber prático) de modo a atingirem com sucesso a transição para o mundo do trabalho. Tal como qualquer outro processo, o desenvolvimento do pensamento acontece em paralelo com a construção da aprendizagem, segundo etapas ou fases, que caracterizamos como: maturação, consolidação e autonomização. Ao longo do trabalho foram identificados aspectos fundamentais que carecem de reflexão e mudança nos contextos da formação inicial dos enfermeiros, cuja influência é preponderante no desenvolvimento do pensamento ético, dos quais salientamos: a nível da formação (contextos de ensino, processos supervisivos e formação de supervisores) e a nível do currículo (Plano de Estudos).