Design of high-efficiency diffraction gratings based on total internal reflection for pulse compressor

We present designs of high-efficiency compression grating based on total internal reflection (TIR) for picosecond pulse laser at 1053 nm. The setup is devised by directly etching gratings into the bottom side of a prism so that light can successfully enter (or exit) the compression grating. Dependence of the -1 order diffraction efficiencies on the constructive parameters is analyzed for TE- and TM-polarized incident light at Littrow angle by using Fourier modal method in order to obtain optimal grating structure. The electric field enhancement within the high-efficiency TIR gratings is regarded as another criterion to optimize the structure of the TIR gratings. With the criterion of high diffraction efficiency, low electric field enhancement and sufficient manufacturing latitude, TIR compression gratings with optimized constructive parameters are obtained for TE- and TM-polarized incident light, respectively. The grating for TE-polarized light exhibits diffraction efficiencies higher than 0.95 within 23 nm bandwidth and relatively low square of electric field enhancement ratio of 5.7. Regardless of the internal electric field enhancement, the grating for TM-polarized light provides diffraction efficiencies higher than 0.95 within 42 nm bandwidth. With compact structure, such TIR compression gratings made solely of fused silica should be of great interest for application to chirped pulse amplification (CPA) systems. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

反射型磁光多层膜隔离器的频率响应及宽容性研究

通过传输矩阵法分析了材料介电常数的变化对于单缺陷结构的磁光多层膜隔离器性能的响，并提出了一种多缺陷结构的磁光多层膜结构．同单缺陷结构相比，多缺陷结构的旋转角的频谱响应带宽有很大增加，对于材料介电常数变化的宽容性得到了一个数量级的提高．同时这种多缺陷的结构对于膜层厚度的变化和入射角度也有很好的宽容性．

多层介质膜脉冲宽度压缩光栅与超短脉冲作用时的性能分析

基于啁啾脉冲放大技术的超短脉冲激光系统是提供超快、超强激光的重要途径，具有良好输出波形和高损伤阈值的多层介质膜脉冲宽度压缩光栅是获得高峰值功率脉冲激光的关键。基于傅里叶谱变换方法和严格模式理论，分析了多层介质膜光栅（MDG）在超短脉冲作用下的光学特性。结果表明，当MDG的反射带宽小于具有高斯分布的入射脉冲的频谱宽度时，-1级反射脉冲呈非对称高斯分布，其前沿出现振荡，并且-1级反射脉冲能量开始剧烈下降，讨论了MDG结构参数对其反射带宽的影响。分析了MDG与超短脉冲作用时的近场光分布，对提高其抗激光损伤特性具

用于钕玻璃啁啾脉冲放大系统光谱整形的多层介质膜反射镜

在千焦拍瓦高功率啁啾脉冲放大系统设计中,为了尽量消除增益窄化和增益饱和效应的影响,同时尽可能提高高功率激光输出脉冲信噪比参数,激光脉冲时空和光谱的整形问题备受关注.提出一种光谱整形新方法,利用特定结构的多层介质膜反射镜,可实现对大能量高功率啁啾脉冲钕玻璃放大系统中啁啾脉冲的光谱整形.研究结果表明,只要合理选择多层介质膜系的结构参数,可有效地控制其反射率分布,且在保证反射相位基本不变的条件下其调制度可超过60%.针对钕玻璃1053nm波长设计而成的光谱整形反射镜,反射带宽可达到196nm,色分辨率约为0.1nm,在几十纳米波长范围所对应的相位偏差小于12mrad,相当于λ/524,能够满足"神光Ⅱ"千焦拍瓦改造的技术指标要求.

Design of high-efficiency diffraction gratings based on rigorous coupled-wave analysis for 800nm wavelength

We report on the design of a high diffraction efficiency multi-layer dielectric grating with wide incident angle and broad bandwidth for 800 nm. The optimized grating can achieve > 95% diffraction efficiency in the first order at an incident angle of 5 degrees from Littrow and a wavelength from 770nm to 830 nm, with peak diffraction efficiency of > 99.5% at 800 nm. The electric field distribution of the optimized multi-layer dielectric grating within the gratings ridge is 1.3 times enhancement of the incidence light, which presents potential high laser resistance ability. Because of its high-efficiency, wide incident, broad bandwidth and potential high resistance ability, the multi-layer dielectric grating should have practical application in Ti:sapphire laser systems.

Electric field distribution in resonant reflection filters under normal incidence

Electric field distributions inside resonant reflection filters constructed using planar periodic waveguides are investigated in this paper. The electric fields may be intensified by resonance effects. Although the resonant reflection peaks can be quite narrow using weakly modulated planar periodic waveguides, the strong electric field enhancement limits their use in high-power laser systems. Strongly modulated waveguides may be used to reduce the electric field enhancement and a cover layer may be used to narrow the bandwidth at the same time. Desired results (i.e. almost no electric field enhancement together with narrow bandwidth) can be realized using this simple structure.

Effects of deposition rates on laser damage threshold of TiO2/SiO2 high reflectors

TiO2 single layers and TiO2/SiO2 high reflectors (HR) are prepared by electron beam evaporation at different TiO2 deposition rates. It is found that the changes of properties of TiO2 films with the increase of rate, such as the increase of refractive index and extinction coefficient and the decrease of physical thickness, lead to the spectrum shift and reflectivity bandwidth broadening of HR together with the increase of absorption and decrease of laser-induced damage threshold. The damages are found of different morphologies: a shallow pit to a seriously delaminated and deep crater, and the different amorphous-to-anatase-to-rutile phase transition processes detected by Raman study. The frequency shift of Raman vibration mode correlates with the strain in. film. Energy dispersive X-ray analysis reveals that impurities and non-stoichiometric defects are two absorption initiations resulting to the laser-induced transformation. (C) 2008 Elsevier B. V. All rights reserved.

Roteamento e alocação de comprimento de onda em redes WDM segundo algoritmo baseado em regras da natureza.

O surgimento de novos serviços de telecomunicações tem provocado um enorme aumento no tráfego de dados nas redes de transmissão. Para atender a essa demanda crescente, novas tecnologias foram desenvolvidas e implementadas ao longo dos anos, sendo que um dos principais avanços está na área de transmissão óptica, devido à grande capacidade de transporte de informação da fibra óptica. A tecnologia que melhor explora a capacidade desse meio de transmissão atualmente é a multiplexação por divisão de comprimento de onda ou Wavelength Division Multiplexing (WDM) que permite a transmissão de diversos sinais utilizando apenas uma fibra óptica. Redes ópticas WDM se tornaram muito complexas, com enorme capacidade de transmissão de informação (terabits por segundo), para atender à explosão de necessidade por largura de banda. Nesse contexto, é de extrema importância que os recursos dessas redes sejam utilizados de forma inteligente e otimizada. Um dos maiores desafios em uma rede óptica é a escolha de uma rota e a seleção de um comprimento de onda disponível na rede para atender uma solicitação de conexão utilizando o menor número de recursos possível. Esse problema é bastante complexo e ficou conhecido como problema de roteamento e alocação de comprimento de onda ou, simplesmente, problema RWA (Routing and Wavelentgh Assignment problem). Muitos estudos foram realizados com o objetivo de encontrar uma solução eficiente para esse problema, mas nem sempre é possível aliar bom desempenho com baixo tempo de execução, requisito fundamental em redes de telecomunicações. A técnica de algoritmo genético (AG) tem sido utilizada para encontrar soluções de problemas de otimização, como é o caso do problema RWA, e tem obtido resultados superiores quando comparada com soluções heurísticas tradicionais encontradas na literatura. Esta dissertação apresenta, resumidamente, os conceitos de redes ópticas e de algoritmos genéticos, e descreve uma formulação do problema RWA adequada à solução por algoritmo genético.

Análise de desempenho do protocolo TCP em Redes LTE.

O crescimento dos serviços de banda-larga em redes de comunicações móveis tem provocado uma demanda por dados cada vez mais rápidos e de qualidade. A tecnologia de redes móveis chamada LTE (Long Term Evolution) ou quarta geração (4G) surgiu com o objetivo de atender esta demanda por acesso sem fio a serviços, como acesso à Internet, jogos online, VoIP e vídeo conferência. O LTE faz parte das especificações do 3GPP releases 8 e 9, operando numa rede totalmente IP, provendo taxas de transmissão superiores a 100 Mbps (DL), 50 Mbps (UL), baixa latência (10 ms) e compatibilidade com as versões anteriores de redes móveis, 2G (GSM/EDGE) e 3G (UMTS/HSPA). O protocolo TCP desenvolvido para operar em redes cabeadas, apresenta baixo desempenho sobre canais sem fio, como redes móveis celulares, devido principalmente às características de desvanecimento seletivo, sombreamento e às altas taxas de erros provenientes da interface aérea. Como todas as perdas são interpretadas como causadas por congestionamento, o desempenho do protocolo é ruim. O objetivo desta dissertação é avaliar o desempenho de vários tipos de protocolo TCP através de simulações, sob a influência de interferência nos canais entre o terminal móvel (UE User Equipment) e um servidor remoto. Para isto utilizou-se o software NS3 (Network Simulator versão 3) e os protocolos TCP Westwood Plus, New Reno, Reno e Tahoe. Os resultados obtidos nos testes mostram que o protocolo TCP Westwood Plus possui um desempenho melhor que os outros. Os protocolos TCP New Reno e Reno tiveram desempenho muito semelhante devido ao modelo de interferência utilizada ter uma distribuição uniforme e, com isso, a possibilidade de perdas de bits consecutivos é baixa em uma mesma janela de transmissão. O TCP Tahoe, como era de se esperar, apresentou o pior desempenho dentre todos, pois o mesmo não possui o mecanismo de fast recovery e sua janela de congestionamento volta sempre para um segmento após o timeout. Observou-se ainda que o atraso tem grande importância no desempenho dos protocolos TCP, mas até do que a largura de banda dos links de acesso e de backbone, uma vez que, no cenário testado, o gargalo estava presente na interface aérea. As simulações com erros na interface aérea, introduzido com o script de fading (desvanecimento) do NS3, mostraram que o modo RLC AM (com reconhecimento) tem um desempenho melhor para aplicações de transferência de arquivos em ambientes ruidosos do que o modo RLC UM sem reconhecimento.

Implementação de Visualização de Dados Tridimensionais de Malhas Irregulares no Processador Cell Broadband Engine.

A renderização de volume direta tornou-se uma técnica popular para visualização volumétrica de dados extraídos de fontes como simulações científicas, funções analíticas, scanners médicos, entre outras. Algoritmos de renderização de volume, como o raycasting, produzem imagens de alta qualidade. O seu uso, contudo, é limitado devido à alta demanda de processamento computacional e o alto uso de memória. Nesse trabalho, propomos uma nova implementação do algoritmo de raycasting que aproveita a arquitetura altamente paralela do processador Cell Broadband Engine, com seus 9 núcleos heterogêneos, que permitem renderização eficiente em malhas irregulares de dados. O poder computacional do processador Cell BE demanda um modelo de programação diferente. Aplicações precisam ser reescritas para explorar o potencial completo do processador Cell, que requer o uso de multithreading e código vetorizado. Em nossa abordagem, enfrentamos esse problema distribuindo a computação de cada raio incidente nas faces visíveis do volume entre os núcleos do processador, e vetorizando as operações da integral de iluminação em cada um. Os resultados experimentais mostram que podemos obter bons speedups reduzindo o tempo total de renderização de forma significativa.

Análise de desempenho de um protocolo BitTorrent ciente de localização em redes corporativas.

Hoje em dia, distribuições de grandes volumes de dados por redes TCP/IP corporativas trazem problemas como a alta utilização da rede e de servidores, longos períodos para conclusão e maior sensibilidade a falhas na infraestrutura de rede. Estes problemas podem ser reduzidos com utilização de redes par-a-par (P2P). O objetivo desta dissertação é analisar o desempenho do protocolo BitTorrent padrão em redes corporativas e também realizar a análise após uma modificação no comportamento padrão do protocolo BitTorrent. Nesta modificação, o rastreador identifica o endereço IP do par que está solicitando a lista de endereços IP do enxame e envia somente aqueles pertencentes à mesma rede local e ao semeador original, com o objetivo de reduzir o tráfego em redes de longa distância. Em cenários corporativos típicos, as simulações mostraram que a alteração é capaz de reduzir o consumo médio de banda e o tempo médio dos downloads, quando comparados ao BitTorrent padrão, além de conferir maior robustez à distribuição em casos de falhas em enlaces de longa distância. As simulações mostraram também que em ambientes mais complexos, com muitos clientes, e onde a restrição de banda em enlaces de longa distância provoca congestionamento e descartes, o desempenho do protocolo BitTorrent padrão pode ser semelhante a uma distribuição em arquitetura cliente-servidor. Neste último caso, a modificação proposta mostrou resultados consistentes de melhoria do desempenho da distribuição.

Coarse optical orthogonal frequency division multiplexing for optical datacommunication applications

We propose a new low-cost solution using orthogonal transmission of non-return-to-zero and carrierless-amplitude-and-phase format data to realize a coarse OFDM transmission system. Using low bandwidth electronics and optoelectronic components, the system is demonstrated at 37.5Gb/s. © 2011 OSA.

Dual-service wireless LAN antenna-remoting system using uncooled directly modulated D'FB laser diodes

We report a fibre-optic wireless distribution system, which allows antenna-remoting of a dual-service IEEE 802.11b/g WLAN operating at 2.4GHz up to 700m over low-bandwidth 62.5/125μm MMF using highly linear uncooled directly modulated laser diodes. © 2004 Optical Society of America.

40 Gb/s carrierless amplitude and phase modulation for low-cost optical datacommunication links

4 bps/Hz 40 Gb/s carrierless amplitude and phase (CAP) modulation is investigated for next-generation datacommunication links. The 40 Gb/s link achieves double the length of a conventional NRZ scheme, despite using a low-bandwidth source. © 2011 Optical Society of America.

32 Gb/s multilevel modulation of an 850 nm VCSEL for next-generation datacommunication standards

An 850 nm vertical-cavity surface-emitting laser is modulated at 32 Gb/s using pulse-amplitude modulation with four levels. Transmitter predistortion generates an optimized modulation waveform, which requires a receiver bandwidth of only 15 GHz. © 2011 OSA.