Integração monolítica de guias de onda, curvas e junções em Y baseados em cristais fotônicos planares de silício e com baixas velocidades de grupo.

• Autor(a) principal: Melo, Emerson Gonçalves de
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-15012018-150947/
• topic: Dispersão da luz; Dispersion; Fotônica; Group velocity; Photonic crystals; Silício; Silicon photonics; Waveguides

A fotônica em silício é um campo de pesquisas emergente com grande potencial para contribuir com a resolução de alguns dos problemas tecnológicos da atualidade. O gargalo imposto por interconexões metálicas na expansão da taxa de transmissão de dados em sistemas de comunicação como os de computadores de alto desempenho talvez seja um dos maiores desafios a serem superados. A propagação de luz em baixas velocidades de grupo e com controle de dispersão é uma das linhas de pesquisa atuais nas quais se busca explorar de forma mais eficiente as propriedades ópticas do silício, e assim, aumentar a compatibilidade entre componentes fotônicos e a tecnologia CMOS (Complementary Metal- Oxide-Semiconductor) por meio da diminuição das dimensões e do consumo de energia de componentes ópticos ativos. Dessa forma, espera-se diminuir os custos de fabricação e viabilizar a produção em larga escala de dispositivos integrados optoeletrônicos, que poderiam ser utilizados em sistemas de comunicação de curtas distâncias e assim ampliar a largura de banda disponível. Investigações recentes têm demonstrado que a fabricação de dispositivos baseados em cristais fotônicos planares possui grande potencial para controlar simultaneamente a velocidade de grupo e a dispersão, além de permitir a redução do tamanho de elementos como curvas, divisores de potência e cavidades ressonantes devido ao efeito do confinamento dos campos através do bandgap fotônico. Dessa forma, esse trabalho aborda um estudo sobre a integração monolítica entre guias de onda, curvas de 60º e junções em Y que operam em baixas velocidades de grupo e com reduzida dispersão, construídos em cristais fotônicos planares formados por uma matriz periódica de furos em uma membrana de silício suspensa em ar. Essa investigação englobou atividades bastante intensivas, tanto de simulações por métodos numéricos, como de processos de fabricação dedicados à nanofotônica, assim como de caracterizações ópticas. Ao longo das discussões são identificados e analisados os mecanismos que afetaram de forma mais crítica a eficiência dos dispositivos propostos. Também foram avaliados os maiores problemas enfrentados nos processos de fabricação, e suas possíveis soluções foram apontadas. Os resultados demonstraram a possibilidade teórica de realizar tal integração de forma eficiente. O melhor entendimento sobre a relação entre a dispersão e os parâmetros geométricos dos guias de onda permitiram modelar curvas e divisores de potência que exibiram, respectivamente, larguras de banda em torno de 56 e 40 nm, cobrindo regiões do espectro com elevados índices de grupo. Foi possível fabricar cristais fotônicos com uma qualidade próxima das já reportadas na literatura sobre o tema e assim foram estabelecidas bases bastante sólidas para a fabricação de tais dispositivos localmente, sem a necessidade expressa de acessar centros de fabricação no exterior.