Projeto ótimo de moduladores eletroópticos - Ademar Muraro Júnior (2008)
Muitos desenvolvimentos de projetos envolvem a otimização de várias funções objetivo. Estas funções objetivo são frequentemente conflitantes entre si e não podem ser simplesmente agrupadas em uma função a ser otimizada. Este é o tipo de problema conhecido como problema de otimização multiobjetivo, para o qual a solução é um conjunto de pontos conhecido como conjunto Pareto‑ótimo. Os problemas multiobjetivo são, frequentemente, difíceis de resolver sem a ajuda de eficientes algoritmos de otimização. Este trabalho apresenta uma abordagem inédita para otimização multiobjetivo, utilizando um algoritmo genético, aplicada na otimização de moduladores eletroópticos. Estes dispositivos têm papel fundamental na modulação externa em sistemas de comunicação por meio de fibras ópticas. Em particular, o dispositivo estudado é o modulador Mach‑Zehnder, desenvolvido em substrato de niobato de lítio, com guias de ondas fabricado por meio da difusão de titânio. A resolução para o problema direto utiliza o método dos elementos finitos, adequado para o tratamento da complexidade geométrica destes dispositivos e das propriedades não homogêneas e anisotrópicas dos materiais. Para a solução do modelo inverso, duas técnicas multiobjetivo são exploradas, o método da soma ponderada e método das restrições, a fim de otimizar características elétricas do modulador buscando uma geometria ótima. A otimização de pares de características do dispositivo permitiu obter configurações com grande largura de banda e baixa potência de operação. Adicionalmente mostrou que para alguns pares de características a fronteira de Pareto se apresenta mais complexa, com a existência de regiões não convexas. O processo de otimização implementado mostrou‑se eficiente e robusto, de maneira que este mecanismo de análise proposto pode reduzir consideravelmente a construção e avaliação de protótipos físicos, reduzindo o custo e tempo de desenvolvimento.