Eficiência de acoplamento entre fibras de cristal fotônico e circuitos integrados fotônicos

• Autor(a) principal: MEDEIROS, Marciano de Lima
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI)
• Texto Completo: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3892
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA; Nanofotônica de silício; Anoguias SOI; Grades de Bragg; Fibras de cristal fotônico; Eficiência de acoplamento

Interesse de pesquisa: Nesta dissertação, o problema do acoplamento entre nanoguias de silício e o "mundo exterior", ou seja, uma fibra óptica, foi investigado numericamente por meio do método FDTD. O processo de inserção de luz da fibra para um nanoguia é chamado de acoplamento óptico. O problema de acoplamento surge da incompatibilidade dimensional entre o convencional núcleo de fibra óptica e a seção transversal dos nanoguias integrados. Atualmente, este é um dos problemas mais importantes enfrentados pelos pesquisadores na área de nanofotônica de silício. Embora a fabricação de dispositivos fotônicos de silício tenha alcançado alta qualidade devido à compatibilidade com os processos de fabricação CMOS, a transição na interface entre a fibra e o nanoguia é governada por consideráveis perdas de inserção devido ao problema de acoplamento. Portanto, a solução deste problema é de grande importância para a aplicação dos circuitos integrados fotônicos de silício nas comunicações ópticas. Objetivos: O objetivo deste trabalho é abordar o problema de interface de acoplamento entre fibras ópticas e nanoguias de silício, utilizando fibras de cristal fotônico em vez de fibras ópticas convencionais. Para tal, são utilizadas redes de Bragg uniformes como técnica de acoplamento, e a eficiência de acoplamento à fibra de cristal fotónico é investigada através de simulações numéricas, considerando o ângulo de acoplamento, parâmetros de grade, bem como os parâmetros físicos da fibra, nomeadamente o diâmetro dos furos de ar. Portanto, este trabalho foca no estudo, modelagem e otimização da técnica de acoplamento usando grades de Bragg para obter um acoplamento eficiente entre fibras de cristal fotônico e nanoguias de silício. Resultados obtidos: Os resultados das simulações mostram que um acoplamento eficiênte pode ser obtido entre fibras de cristal fotônico e nanoguias SOI. A eficiência de acoplamento foi investigada com base em dois tipos de acopladores de Bragg uniformes. O primeiro é um acoplador de grade simples gravado na superfície de um nanoguia integrado na plataforma SOI. O segundo é um acoplador de grade de Bragg com um refletor metálico inferior. Neste último, um refletor de ouro foi adicionado para maximizar a reflexão na interface óxido/substrato da plataforma SOI e reutilizar a energia irradiada para o substrato. As simulações de eficiência com o acoplador padrão demonstram uma eficiência máxima de acoplamento de 32.6%, em um ângulo de acoplamento de 10◦. Enquanto isso, uma eficiência máxima de acoplamento de 70.3% é demonstrada quando o refletor é adicionado. Além disso, determinou-se também uma interessante dependência da eficiência de acoplamento em função do diâmetro dos furos de ar das fibras de cristal fotônico, de modo que este parâmetro deve ser escolhido adequadamente para otimizar a eficiência de acoplamento.