Rare-earth quinolinates: Infrared-emitting molecular materials with a rich structural chemistry

Near-infrared-emitting rare-earth chelates based on 8-hydroxyquinoline have appeared frequently in recent literature, because they are promising candidates for active components in near-infrared-luminescent optical devices, such as optical amplifiers, organic light-emitting diodes, .... Unfortunately, the absence of a full structural investigation of these rare-earth quinolinates is hampering the further development of rare-earth quinolinate based materials, because the luminescence output cannot be related to the structural properties. After an elaborate structural elucidation of the rare-earth quinolinate chemistry we can conclude that basically three types of structures can be formed, depending on the reaction conditions: tris complexes, corresponding to a 1:3 metal-to-ligand ratio, tetrakis complexes, corresponding to a 1:4 metal-to-ligand ratio, and trimeric complexes, with a 3:8 metal-to-ligand ratio. The intensity of the emitted near-infrared luminescence of the erbium(Ill) complexes is highest for the tetrakis complexes of the dihalogenated 8-hydroxyquinolinates.

Optical source model for the 23.2-23.6 nm radiation from the multielement germanium soft X-ray laser

Distributions of source intensity in two dimensions (designated the source model), averaged over a single laser pulse, based on experimental measurements of spatial coherence, are considered for radiation from the unresolved 23.2/23.6 nm spectral lines from the germanium collisional X-ray laser. The model derives from measurements of the visibility of Young slit interference fringes determined by a method based on the Wiener-Khinchin theorem. Output from amplifiers comprising three and four target elements have similar coherence properties in directions within the horizontal plane corresponding to strong plasma refraction effects and fitting the coherence data shows source dimensions (FWHM) are similar to 26 mu m (horizontal), significantly smaller than expected by direct imaging, and similar to 125 mu m (vertical: equivalent to the height of the driver excitation). (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Dependence of spatial coherence of 23.2-23.6-nm radiation on the geometry of a multielement germanium x-ray laser target

The spatial coherence of a nanosecond pulsed germanium collisionally excited x-ray laser is measured experimentally for three target configurations. The diagnostic is based on Young's slit interference fringes with a dispersing element to resolve the 23.2- and 23.6-nm spectral lines. Target configurations include a double-slab target, known as the injector, and geometries in which the injector image is image relayed to seed either an additional single-slab target or a second double-slab target. A special feature of this study is the observation of the change in the apparent source size with angle of refraction across the diverging laser beam. Source sizes derived with a Gaussian source model decrease from 44 mu m for the injector target by a variable factor of as much as 2, according to target configuration, for beams leaving the additional amplifiers after strong refraction in the plasma. (C) 1998 Optical Society of America [S0740-3224(98)00810-8].

The influence of prepulse level on the 3p-3s XUV laser output from Ne-like ions of Zn, Cu and Ni

We have studied the effect of prepulses in enhancing the efficiency of generating ASE beams in soft X-ray laser plasma amplifiers based on pumping Ne-like ions, Slab targets were irradiated with a weak prepulse followed by a main plasma heating pulse of nanosecond duration, Time-integrated; time and spectrally resolved and time and angularly resolved lasing emissions on the 3p-3s (J=0-1) XUV lasing lines of Ne-like Ni, Cu and Zn at wavelengths 232 Angstrom 221 Angstrom and 212 Angstrom respectively have been monitored. Measurements were made for pre-pulse/main-pulse intensity ratios from 10(-5)-10(-1) and for pump delay times of 2 ns and 4.5 ns. Zinc is shown to exhibit a peak in output intensity at similar to 2x10(-3) pre-pulse fraction for a 4.5 ns pump delay, with a main pulse pump intensity of similar to 1.3x10(13) W cm(-2) on a 20 mm target. The Zn lasing emission had a duration of similar to 240 ps and this was insensitive to prepulse fraction. The J=0-1 XUV laser output for nickel and copper increased monotonically with prepulse fraction, with copper targets showing least sensitivity to either prepulse level or prepulse to main pulse delay. Under the conditions of the study, the pre-pulse level was observed to haveno significant influence on the output intensity of the 3p-3s (J=2-1) lines of any of the elements investigated.

2.4 GHz high-efficiency power-combining Class-E amplifier with transmission-line harmonic traps

Experimental assessments of the modified power-combining Class-E amplifier are described. The technique used to combine the output of individual power amplifiers (PAs) into an unbalanced load without the need for bulky transformers permits the use of small RF chokes useful for the deployment in the EER transmitter. The modified output load network of the PA results in excellent 50 dBc and 46 dBc second and third-harmonic suppressions, dispensing the need for additional lossy filtering block. Operating from a 3.2 V dc supply voltage, the PA exhibits 64% drain efficiency at 24 dBm output power. Over a wide bandwidth of 350 MHz, drain efficiency of better than 60% at output power higher than 22 dBm were achieved. © 2010 IEICE Institute of Electronics Informati.

Characterisation of nonlinear distortion and intermodulation in passive devices and antennas

The paper presents a conceptual discussion of the characterisation and phenomenology of passive intermodulation (PIM) by the localised and distributed nonlinearities in passive devices and antennas. The PIM distinctive nature and its impact on signal distortions are examined in comparison with similar effects in power amplifiers. The main features of PIM generation are discussed and illustrated by the example of PIM due to electro-thermal nonlinearity. The issues of measurement, discrimination and modelling of PIM generated by nonlinearities in passive RF components and antennas are addressed.

Analysis of the Second Harmonic Effect on Power Amplifier Intermodulation Products

A theoretical analysis is reported in this paper to investigate the effect that a second harmonic signal which might be present at an amplifier’s input has on generating additional intermodulation products, particularly the third-order intermodulation (IM3) products. The analysis shows that the amplitude of an extra generated IM3 component is equal to the product of the fundamental amplitude, the second harmonic amplitude, and the second order Taylor series coefficient. The effect of the second order harmonic on the IM3 is examined through a simulated example of a 2.22-GHz 10-W Class-EF amplifier whereby the IM3 levels have been reduced by 2-3 dB after employing a second harmonic termination stub at the input.

Estudo e aplicação de amplificadores ópticos para suporte a redes banda larga

Esta tese tem como foco principal a análise dos principais tipos de amplificação óptica e algumas de suas aplicações em sistemas de comunicação óptica. Para cada uma das tecnologias abordadas, procurou-se definir o estado da arte bem como identificar as oportunidades de desenvolvimento científico relacionadas. Os amplificadores para os quais foi dirigido alguma atenção neste documento foram os amplificadores em fibra dopada com Érbio (EDFA), os amplificadores a semicondutor (SOA) e os amplificadores de Raman (RA). Este trabalho iniciou-se com o estudo e análise dos EDFA’s. Dado o interesse científico e económico que estes amplificadores têm merecido, apenas poucos nichos de investigação estão ainda em aberto. Dentro destes, focá-mo-nos na análise de diferentes perfis de fibra óptica dopada de forma a conseguir uma optimização do desempenho dessas fibras como sistemas de amplificação. Considerando a fase anterior do trabalho como uma base de modelização para sistemas de amplificação com base em fibra e dopantes, evoluiu-se para amplificadores dopados mas em guias de onda (EDWA). Este tipo de amplificador tenta reduzir o volume físico destes dispositivos, mantendo as suas características principais. Para se ter uma forma de comparação de desempenho deste tipo de amplificador com os amplificadores em fibra, foram desenvolvidos modelos de caixa preta (BBM) e os seus parâmetros afinados por forma a termos uma boa modelização e posterior uso deste tipo de amplificiadores em setups de simulação mais complexos. Depois de modelizados e compreendidos os processo em amplificadores dopados, e com vista a adquirir uma visão global comparativa, foi imperativo passar pelo estudo dos processos de amplificação paramétrica de Raman. Esse tipo de amplificação, sendo inerente, ocorre em todas as bandas de propagação em fibra e é bastante flexível. Estes amplificadores foram inicialmente modelizados, e algumas de suas aplicações em redes passivas de acesso foram estudadas. Em especial uma série de requisitos, como por exemplo, a gama de comprimentos de onda sobre os quais existem amplificação e os altos débitos de perdas de inserção, nos levaram à investigação de um processo de amplificação que se ajustasse a eles, especialmente para buscar maiores capacidades de amplificação (nomeadamente longos alcances – superiores a 100 km – e altas razões de divisão – 1:512). Outro processo investigado foi a possibilidade de flexibilização dos parâmetros de comprimento de onda de ganho sem ter que mudar as caractísticas da bomba e se possível, mantendo toda a referenciação no transmissor. Este processo baseou-se na técnica de clamping de ganho já bastante estudada, mas com algumas modificações importantes, nomeadamente a nível do esquema (reflexão apenas num dos extremos) e da modelização do processo. O processo resultante foi inovador pelo recurso a espalhamentos de Rayleigh e Raman e o uso de um reflector de apenas um dos lados para obtenção de laser. Este processo foi modelizado através das equações de propagação e optimizado, tendo sido demonstrado experimentalmente e validado para diferentes tipos de fibras. Nesta linha, e dada a versatilidade do modelo desenvolvido, foi apresentada uma aplicação mais avançada para este tipo de amplificadores. Fazendo uso da sua resposta ultra rápida, foi proposto e analisado um regenerador 2R e analisada por simulação a sua gama de aplicação tendo em vista a sua aplicação sistémica. A parte final deste trabalho concentrou-se nos amplificadores a semiconductor (SOA). Para este tipo de amplificador, os esforços foram postos mais a nível de aplicação do que a nível de sua modelização. As aplicações principais para estes amplificadores foram baseadas em clamping óptico do ganho, visando a combinação de funções lógicas essenciais para a concepção de um latch óptico com base em componentes discretos. Assim, com base num chip de ganho, foi obtido uma porta lógica NOT, a qual foi caracterizada e demonstrada experimentalmente. Esta foi ainda introduzida num esquema de latching de forma a produzir um bi-estável totalmente óptico, o qual também foi demonstrado e caracterizado. Este trabalho é finalizado com uma conclusão geral relatando os subsistemas de amplificação e suas aplicacações.

Alternative techniques for Raman amplification in telecommunications

O presente trabalho centra-se no estudo dos amplificadores de Raman em fibra ótica e suas aplicações em sistemas modernos de comunicações óticas. Abordaram-se tópicos específicos como a simulação espacial do amplificador de Raman, a equalização e alargamento do ganho, o uso de abordagens híbridas de amplificação através da associação de amplificadores de Raman em fibra ótica com amplificadores de fibra dopada com Érbio (EDFA) e os efeitos transitórios no ganho dos amplificadores. As actividades realizadas basearam-se em modelos teóricos, sendo os resultados validados experimentalmente. De entre as contribuições mais importantes desta tese, destaca-se (i) o desenvolvimento de um simulador eficiente para amplificadores de Raman que suporta arquitecturas de bombeamento contraprogantes e bidirecionais num contexto com multiplexagem no comprimento de onda (WDM); (ii) a implementação de um algoritmo de alocação de sinais de bombeamento usando a combinação do algoritmo genético com o método de Nelder- Mead; (iii) a apreciação de soluções de amplificação híbridas por associação dos amplificadores de Raman com EDFA em cenários de redes óticas passivas, nomeadamente WDM/TDM-PON com extensão a região espectral C+L; e (iv) a avaliação e caracterização de fenómenos transitórios em amplificadores para tráfego em rajadas/pacotes óticos e consequente desenvolvimento de soluções de mitigação baseadas em técnicas de clamping ótico.

Nonlinear behavioral modeling of mixed signal RF-digital I/O devices

Esta tese investiga a caracterização (e modelação) de dispositivos que realizam o interface entre os domínios digital e analógico, tal como os buffers de saída dos circuitos integrados (CI). Os terminais sem fios da atualidade estão a ser desenvolvidos tendo em vista o conceito de rádio-definido-por-software introduzido por Mitola. Idealmente esta arquitetura tira partido de poderosos processadores e estende a operação dos blocos digitais o mais próximo possível da antena. Neste sentido, não é de estranhar que haja uma crescente preocupação, no seio da comunidade científica, relativamente à caracterização dos blocos que fazem o interface entre os domínios analógico e digital, sendo os conversores digital-analógico e analógico-digital dois bons exemplos destes circuitos. Dentro dos circuitos digitais de alta velocidade, tais como as memórias Flash, um papel semelhante é desempenhado pelos buffers de saída. Estes realizam o interface entre o domínio digital (núcleo lógico) e o domínio analógico (encapsulamento dos CI e parasitas associados às linhas de transmissão), determinando a integridade do sinal transmitido. Por forma a acelerar a análise de integridade do sinal, aquando do projeto de um CI, é fundamental ter modelos que são simultaneamente eficientes (em termos computacionais) e precisos. Tipicamente a extração/validação dos modelos para buffers de saída é feita usando dados obtidos da simulação de um modelo detalhado (ao nível do transístor) ou a partir de resultados experimentais. A última abordagem não envolve problemas de propriedade intelectual; contudo é raramente mencionada na literatura referente à caracterização de buffers de saída. Neste sentido, esta tese de Doutoramento foca-se no desenvolvimento de uma nova configuração de medição para a caracterização e modelação de buffers de saída de alta velocidade, com a natural extensão aos dispositivos amplificadores comutados RF-CMOS. Tendo por base um procedimento experimental bem definido, um modelo estado-da-arte é extraído e validado. A configuração de medição desenvolvida aborda não apenas a integridade dos sinais de saída mas também do barramento de alimentação. Por forma a determinar a sensibilidade das quantias estimadas (tensão e corrente) aos erros presentes nas diversas variáveis associadas ao procedimento experimental, uma análise de incerteza é também apresentada.

Advanced optical modulation and format conversion

Over the years, the increased search and exchange of information lead to an increase of traffic intensity in todays optical communication networks. Coherent communications, using the amplitude and phase of the signal, reappears as one of the transmission techniques to increase the spectral efficiency and throughput of optical channels. In this context, this work present a study on format conversion of modulated signals using MZI-SOAs, based exclusively on all- optical techniques through wavelength conversion. This approach, when applied in interconnection nodes between optical networks with different bit rates and modulation formats, allow a better efficiency and scalability of the network. We start with an experimental characterization of the static and dynamic properties of the MZI-SOA. Then, we propose a semi-analytical model to describe the evolution of phase and amplitude at the output of the MZI-SOA. The model’s coefficients are obtained using a multi-objective genetic algorithm. We validate the model experimentally, by exploring the dependency of the optical signal with the operational parameters of the MZI-SOA. We also propose an all-optical technique for the conversion of amplitude modulation signals to a continuous phase modulation format. Finally, we study the potential of MZI-SOAs for the conversion of amplitude signals to QPSK and QAM signals. We show the dependency of the conversion process with the operational parameters deviation from the optimal values. The technique is experimentally validated for QPSK modulation.

Análise comparativa das técnicas de transmissão com modulação exterma PDSB, OSSB e OCS

Dissertação de Mestrado, Engenharia Eléctrica e Electrónica, Ramo de Tecnologias de Informação e Telecomunicações, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2009

Análise de sistemas de comunicação óptica com multiplexagem de subportadora e transmissão em banda lateral única

Tese dout., Engenharia Electrónica e Computação, Universidade do Algarve, 2005

Radio over fiber broadband access networks architectures based on wavelength division multiplexing techniques

The recent remarkable growth in bandwidth of both wired optical and wireless access networks supports a burst of new high bandwidth Internet applications such as: peer-topeer file sharing, cloud storage, on-line gaming, video streaming, etc. Within this scenario, the convergence of fixed and wireless access networks offers significant opportunities for network operators to satisfy user demands, and simultaneously reduce the cost of implementing and running separated wireless and wired networks. The integration of wired and wireless network can be accomplished within several scenarios and at several levels. In this thesis we will focus on converged radio over fiber architectures, particularly on two application scenarios: converged optical 60 GHz wireless networks and wireless overlay backhauling over bidirectional colorless wavelength division multiplexing passive optical networks (WDM-PONs). In the first application scenario, optical 60 GHz signal generation using external modulation of an optical carrier by means of lithium niobate (LiNbO3) Mach- Zehnder modulators (MZM) is considered. The performance of different optical modulation techniques, robust against fiber dispersion is assessed and dispersion mitigation strategies are identified. The study is extended to 60 GHz carriers digitally modulated with data and to systems employing subcarrier multiplexed (SCM) mm-wave channels. In the second application scenario, the performance of WDM-PONs employing reflective semiconductor optical amplifiers (RSOAs), transmitting an overlay orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) wireless signal is assessed analytically and experimentally, with the relevant system impairments being identified. It is demonstrated that the intermodulation due to the beating of the baseband signal and wireless signal at the receiver can seriously impair the wireless channel. Performance degradation of the wireless channel caused by the RSOA gain modulation owing to the downstream baseband data is also assessed, and system design guidelines are provided.

Evaluation of nonlinear distortion in MIMO transmitters

In this paper, an evaluation of unwanted effects in Multiple Input Multiple Output (MIMO) transmitters is described. Complete 2×2 and 4×4 MIMO Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) transmitters are simulated for the purpose of quantifying all potential unwanted effects such as Power Amplifiers' (PAs) nonlinearity, linear and nonlinear crosstalk, and IQ modulator imperfections. An experimental analysis of a 2×2 MIMO transmitter using two-tones and WCDMA signal is presented.