Processamento digital de sinais em circuitos ópticos interferométricos. - Sergio Marcelo Delgado Butrón (1998)
Apresenta-se um estudo sobre o uso de técnicas de processamento digital de sinais para analisar circuitos ópticos interferométricos de tipo Sagnac e Mach-Zehnder. Os circuitos ópticos investigados utilizam um modulador de fase óptica em um dos seus braços interferométricos o qual proporciona o controle de suas funções de transferências visando aplicações em giroscópio a fibra óptica, GFO, e analisador de circuitos ópticos. No caso do GFO ênfase especial é dedicada à configuração tipo malha aberta com entrada e saída comum e dois tipos de sinais moduladores foram empregados: a modulação harmônica simples e a modulação harmônica secundária. As implicações da escolha de uma destas modulações na largura de faixa do circuito de detecção óptica são investigados. Já no caso do circuito interferom''etrico baseado na configuração de tipo Mach-Zehnder o tipo de modulação empregada é a dente-de-serra uma vez que esta modulação permite realizar a supressão de uma banda espectral lateral do sinal de saída do interferômetro e conseqüentemente permite utilizar este tipo de interferômetro para caracterizar a função de transferência de um dispositivo óptico, isto é, o interferômetro desempenha a função de um analisador de circuitos ópticos. Na aplicação em GFO tem-se como objetivo determinar a variação de fase de um sinal óptico gerada por uma rotação do interferômetro com relação a um referencial inercial. A análise da fase é realizada através da aplicação do algoritmo de divisão de harmônicos ao sinal de saída do interferômetro. Os vários harmônicos necessários neste algoritmo são determinados através da transformada de Fourier do sinal de saída do interferômetro, para este efeito é utilizado o algoritmo de Goertzel. Como o cálculo dos harmônicos é realizado de forma digital o sinal de saída do interferômetro é quantizado e processado digitalmente, desta forma os erros decorrentes da quantização são analisados, utilizando a teoria estatística do processo de quantização. No caso do processamento do sinal quantizado são analisados os erros decorrentes da implementação do algoritmo de Goertzel em aritmética de ponto fixo. O desvio padrão do valor médio da fase foi analisado levando em consideração o ruído shot de natureza quântica e o ruído de quantização inerente ao processamento digital. Os resultados numéricos obtidos por simulações corfirmam que dependendo do número de bits utilizado na quantização o fator limitante na resolução de GFO será o ruído shot de natureza quântica , assim é possível obter GFO em malha aberta com desempenho comparável àquele obtido em configuração tipo malha fechada. O processamento digital também foi utilizado para analisar a amplitude e a fase do sinal óptico na saída do analisador de circuitos ópticos que emprega modulação tipo dente-de-serra. Com este tipo de modulação analisou-se também a influência do ruído shot de natureza quântica e do ruído de quantização em função do número de bits. Os resultados obtidos mostram que o erro de fase cometido utilizando 14 bits na quantização é menor a 0.0039o na fase, e menor a 0.7 10-5 na amplitude apresentando concordância satisfatória com dados disponíveis na literatura.