Este trabalho apresenta um estudo sobre a influência de nanopartículas de prata nas propriedades ópticas de vidros de telureto dopados com íons de terras raras para aplicações em fotônica. Foram estudados três sistemas vítreos diferentes, TeO2-ZnO (B1), TeO2-PbO-GeO2 (T1) e TeO2-GeO2-BaO-Nb2O5 (Q3), todos preparados com óxidos de Itérbio (Yb2O3), Praseodímio (Pr2O3) e Érbio (Er2O3), além do reagente Nitrato de Prata (AgNO3), precursor das nanopartículas. Estes vidros possuem uma larga região de transmissão (350-6500 nm), boa estabilidade química, resistências mecânica e térmica, baixa energia de fônon (em torno de 700 cm-1) e alto índice de refração (~ 2,0). Através de medidas de absorção óptica foi observada a incorporação dos íons de terras-raras na forma trivalente, responsável pelo fenômeno de luminescência nos vidros. Para comprovar a presença das nanopartículas foram realizadas análises de Microscopia Eletrônica de Transmissão. As análises de microscopia eletrônica de transmissão permitiram observar o tamanho e o formato das nanopartículas formadas. A composição das nanopartículas foi obtida através da técnica de difração de elétrons realizada durante os ensaios de microscopia eletrônica de transmissão. As nanopartículas obtidas nos sistemas vítreos estudados apresentaram-se na forma metálica e cristalina, com tamanho médio variando entre 3 nm e 12 nm. Para o sistema B1 preparado com Yb2O3 foram feitas as medidas da luminescência cooperativa das amostras vítreas e de fibras nanoestruturadas, e estudada a interferência das nanopartículas. Para os sistemas preparados com Pr2O3 e AgNO3 e com Er2O3 e AgNO3 foram estudadas as interferências das nanopartículas nas emissões. Os resultados mais relevantes foram obtidos para o sistema T1, preparado com Pr2O3, para o qual foi observado aumento significativo da intensidade de emissão, de aproximadamente 100 %, na presença das nanopartículas quando comparadas as amostras tratadas por 1 h e 17 h. A diminuição da luminescência, observada em algumas amostras, é atribuída ao fato de as nanopartículas estarem situadas, em relação aos íons de terras-raras, a distâncias inferiores a 5 nm. Os resultados obtidos demonstram que as emissões de íons de terras-raras mais afetadas são as que se encontram mais próximas da banda de absorção do plasmon das nanopartículas. / This work presents a study about the influence of silver nanoparticles in the optical properties of tellurite glasses doped with rare-earths ions for photonic applications. Three different glassy systems were study, TeO2-ZnO (B1), TeO2-PbOGeO2 (T1) and TeO2-GeO2-BaO-Nb2O5 (Q3), all of them prepared with Ytterbium (Yb2O3), Praseodymium (Pr2O3) and Erbium (Er2O3) oxides, and the Silver Nitrate reagent (AgNO3), the nanoparticles precursor. These glasses have a large transmission window (350-6500 nm), chemical stability, mechanical and thermal resistance, low phonon energy (around 700 cm-1) and high refractive index (~2,0). The optical absorption measurement showed the incorporation of rareearths ions in the trivalent form, responsible for the luminescence phenomenon in the glasses. In order to prove the presence of nanoparticles, analyses of Transmission Electron Microscopy (TEM) were performed. These analyses allowed the observation of the size and of the shape of the formed nanoparticles. The composition of the nanoparticles was obtained by the electron diffraction technique performed during the transmission electron microscopy analyses. The nanoparticles obtained in the studied glassy systems presented themselves in metallic and crystalline form, with average size varying between 3 nm and 12 nm. For the B1 system doped with Yb2O3, the cooperative luminescence analyses from the glassy samples and the nanostructured fiber glasses were performed, and the interference of the nanoparticles was studied. For the systems doped with Pr2O3 and AgNO3 and with Er2O3 and AgNO3, it was studied the interference of the nanoparticles on the emissions. The most relevant results were obtained for the T1 system, prepared with Pr2O3, which presented significant enhancement of luminescence, nearly 100 %, in the presence of nanoparticles when compared to the samples heat treated for 1 h and 17 h. The decrease of the luminescence, observed for some samples, is attributed to the fact that the distance between the nanoparticles and the rare-earth ions is smaller than 5 nm. The results obtained show that the rare-earth emissions, that are more influenced, are those whose wavelengths are nearer of the plasmon resonance band of the nanoparticles.

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. / Silicon photonics is an emerging research field that has great potential to contribute to solving some of the technological problems nowadays. Maybe, one of the greatest challenges to be overcome is the bottleneck imposed by electrical interconnections in the expansion of the bandwidth of communication systems such as those of high performance computers. Slow light propagation in dispersionless media is a hot topic in the current research fields that seek to more efficiently explore the silicon optical properties, and thus, increase the compatibility between photonic components and CMOS technology by decreasing the footprint and power consumption of active optical components. This way, the manufacturing costs it is expected to be reduced by making the large-scale production of integrated optoelectronic devices feasible, and so, they could be used in short distance communication systems to expand the available bandwidth. Recent researches has also shown that photonic crystal slab waveguides are very promising to simultaneously control group velocity and devices dispersion, as well as in the reduction of the size of elements such as bends, power splitters and nanocavities due to the fields confinement through the photonic bandgap effect. Thus, this work addresses a study of the monolithic integration of slow light and dispersionless waveguides, 60º bends, and Y-junctions fabricated in air-bridge photonic crystal slabs formed by the drilling of a periodic array of air holes in a silicon membrane. The research was accomplished with intensive activities in numerical simulations, as well as in nanophotonic manufacturing processes, and optical characterizations. Throughout the discussions were identified and analyzed the mechanisms that more critically affected the devices efficiency. The major problems faced in the manufacturing processes were also evaluated, and their possible solutions were pointed out. The results demonstrated a theoretical possibility of performing such integration more efficiently. Having a better understandment about the relation between the photonic crystal waveguides geometrical parameters and their dispersion allowed the modeling of bends and power splitters which exhibited 3 dB bandwidths that covered, respectively, ranges around 56 and 40 nm, along spectral regions with very high group indices. It was possible to fabricate photonic crystals with a quality close to those already reported in the literature on this subject and thus, very solid bases were established for the manufacture of such devices locally, without the necessity of accessing manufacturing centers abroad.

Os objetivos desta tese são: o estudo e aprimoramento dos diferentes parâmetros geométricos e de processo de fabricação de guias de onda ARROW (Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguides), visando reduzir as perdas por propagação; e o projeto, fabricação e caracterização de sensores óptico integrados utilizando os processos aprimorados. Os parâmetros estudados foram: os materiais utilizados nas camadas antirresonantes, as espessuras destas camadas, a profundidade de corrosão para definição do rib e a rugosidade nas paredes laterais, que considera-se o parâmetro mais crítico no que diz respeito às perdas por propagação obtidas com o processo de fabricação utilizado neste trabalho. Os materiais utilizados na fabricação dos guias de onda ARROW sobre substrato de silício foram filmes de oxinitreto de silício (SiOxNy) depositados por PECVD à temperatura de 320°C, filmes de SiO2 crescidos em forno de oxidação em ambiente úmido a 1200°C e filmes de TiOxNy depositados pela técnica de Magnetron Sputtering Reativo. A definição das paredes laterais dessas estruturas foi feita através da Corrosão por Plasma Reativo (RIE) e técnicas fotolitográficas convencionais. Para o aprimoramento dos processos, as técnicas de caracterização utilizadas foram: medidas de perdas por propagação, utilizando a técnica de vista superior e a análise modal dos guias de onda. A principal contribuição deste trabalho foi a proposição de um processo de fabricação alternativo, onde pedestais são utilizados para a definição das paredes laterais antes da deposição do núcleo dos guias de onda. Este processo permitiu a redução significativa das perdas e o corte dos modos superiores para guias com larguras menores ou iguais a 6 µm. Finalmente, com os guias e os processos aperfeiçoados foram fabricados dois diferentes tipos de sensores ópticos: sensores refratométricos baseados em interferômetro de Mach-Zehnder (IMZ) e sensores de umidade baseados em absorção utilizando o polímero polipirrol (PPy). A caracterização dos sensores baseados em IMZ permitiu concluir que, embora se tenha observado uma resposta do sensor em termos de variação da potência na saída do dispositivo com a variação do índice de refração, esta variação possivelmente está sendo influenciada pela interferência multimodo resultante de limitações do processo de fabricação, o que reduz significativamente a sensibilidade com relação a valores projetados. Os sensores de umidade apresentaram uma variação significativa da potência de saída para umidades relativas ao redor de 70%, permitindo sua utilização em diferentes aplicações, como na indústria alimentícia e no monitoramento da qualidade do ar. / The main goals of this thesis are: the study and improvement of different geometrical and fabrication process parameters of Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguides (ARROWs), aiming at reducing the propagation losses; and the design, fabrication and characterization of integrated optics sensors using the improved processes. The studied parameters were: the materials used as anti-resonant layers, the thickness of these layers, the rib height and the sidewall roughness (SWR), which is considered the most critical parameter with respect to propagation losses in the fabrication process used in this work. The materials used in the fabrication of ARROW waveguides over silicon substrate were silicon oxynitride (SiOxNy) films deposited by PECVD at 320°C, SiO2 films, thermally grown at 1200°C and TiOxNy films deposited by the reactive magnetron sputtering technique. The definition of the sidewalls of these waveguides was performed by Reactive Ion Etching (RIE) and conventional photolithographic techniques. The characterization techniques used were: propagation loss measurements, using the top view technique and modal analysis. The main contribution of this work was the proposition of an alternative fabrication process where pedestals are used in order to define the sidewalls before deposition of the core of the ARROW waveguides. This process allowed significant reduction of losses and cutoff of higher modes at widths of 6 µm. Finally, with the waveguides and improved processes two different types of optical sensors were fabricated: refractometric sensors based on Mach-Zehnder interferometer (IMZ) and humidity sensors based on evanescent field absorption using polypyrrole polymer (PPy). The characterization results of IMZ based sensors showed that, although a sensor response has been observed in terms of change of output power with variation of the external medium\'s refractive index, this variation is possibly being influenced by multimode interference resulting from limitations in the fabrication process. This significantly reduces the sensitivity with respect to designed values. The humidity sensors show a significant variation in output power for relative humidity values around 70%, allowing its use in different applications, such as in food industry and in air quality monitoring.

O presente trabalho apresenta a produção e a investigação das propriedades ópticas de guias de onda vítreos baseados no sistema PbO-GeO2, codopados com íons de érbio de itérbio e contendo nanopartículas metálicas de ouro e prata, para aplicações como dispositivos fotônicos na terceira janela de telecomunicações (1530 nm). Os guias de onda foram obtidos por meio de processos convencionais utilizados em microeletrônica usando a técnica RF Magnetron Sputtering para deposição do material sobre uma estrutura do tipo PEDESTAL. Os primeiros guias produzidos apresentaram irregularidades laterais próximas ao núcleo que contribuíram para o aumento das perdas. Mudanças no processo de fabricação como a diminuição da espessura da máscara de cromo usada para a corrosão do SiO2, etapa adicional para a corrosão e a diminuição da espessura do guia de onda proporcionaram redução das perdas por propagação e aumento do ganho óptico em ~50% estimado em 6,0 dB/cm, em 1530 nm, para um guia de onda de 80 µm de largura. Entretanto, as dificuldades para medir guias com menores larguras levaram-nos a produzir guia de onda PEDESTAL utilizando SiO2 como máscara de corrosão do silício que permitiram redução significativa das irregularidades lateral; neste caso foi possível medir a perda e o ganho em guias com largura de até 1 µm. Acrescenta-se que guias de 6 µm tiveram aumento do ganho em 50% na presença de nanopartículas de ouro, atingindo 7,5 dB/cm para potência de bombeamento de 60 mW, portanto inferior à utilizada para o caso do guia sem nanopartículas de ouro, cuja saturação do ganho ocorreu em 100 mW. Guias com nanopartículas de prata foram também produzidos, obtendo-se ganho máximo de 4,0 dB/cm para um guia de 80 µm. Os resultados obtidos nos guias de onda PbO-GeO2 codopados com Er3+ e Yb3+ são promissores e mostram possibilidade de aplicação dos guias de onda como amplificadores ópticos na terceira janela de telecomunicações. / This work presents the production and investigation of optical properties of erbium and ytterbium ions codoped PbO-GeO2 waveguides, containing metallic nanoparticles (NPs), for applications as photonic devices in the third window Telecommunications (1530 nm). The waveguides were obtained by microelectronics conventional processes and by RF Magnetron Sputtering technique using a pedestal type structure. The first pedestal waveguides presented irregulaties, in the lateral region, that contributed to the propagations losses enhancement. Changes in the fabrication process, as the decrease of the chromium used for SiO2 corrosion, additional step for the etching and decrease of the waveguide thickness provided reduction of the propagation losses and enhancement of the optical gain of about 50%; so we obtained 6.0 dB/ cm, at 1530 nm, for 80 µm waveguide width. The difficulty to measure waveguides with smaller width lead us to develop PEDESTAL waveguides using SiO2 as silicon mask for corrosion enabled the decrease of the roughness nearby the core. In this case it was possible to measure propagation losses and gain for waveguides width of 1 µm. It was obtained enhancement of 50 % for the waveguides with 6 µm width in the presence of gold NPs and the result was 7.5 dB/cm at 60 mW pumping power; for the case of the waveguide without gold NPs gain saturation occurred at 100 mW. Waveguides with silver NPs were also produced and the maximum gain was of 4.0 dB/cm for 80 µm. These results show the possibility of using Er3+and Yb3+ codoped PbO-GeO2 pedestal type waveguides as optical amplifiers in the third telecommunications window.

O presente trabalho possui como objetivo o estudo das propriedades dos filmes finos amorfos para aplicações em dispositivos fotônicos. Foram produzidos, por meio da técnica sputtering, filmes finos de telureto BWT, a partir de alvos cerâmicos com composição em peso de 54,6 TeO2 - 22,6 WO3 - 22,8 Bi2O3. A escolha dos vidros BWT se deve às qualidades elétricas e ópticas dos teluretos. Filmes com nanopartículas de ouro foram produzidos e a nucleação das nanopartículas se deu por tratamento térmico. Os filmes produzidos foram caracterizados pelas técnicas de elipsometria, perfilometria, espectrometria de fluorescência de raios-X por energia dispersiva, difração de raios-X, transmissão, absorção e microscopia eletrônica de transmissão e de varredura. Como etapa, final foram produzidos guias de onda do tipo rib por meio de procedimentos de corrosão e litografia, a fim de que fossem testados guiamentos de luz em 632,8 nm e em 1050 nm. Foram usados diferentes fluxos de SF6 para corrosão dos filmes, resultando em guias de diferentes valores de h_core. Os guias com h_core de 63 e 82 nm apresentaram perda de no máximo 3,5 dB/cm para guiamento em 632,8 e 1050 nm em guias com larguras que variaram de 6 a 10 m. As simulações realizadas mostraram guiamento multímodo para todos os casos. O material BWT é, portanto, promissor para aplicações em dispositivos fotônicos. / The objective of this present work is study the properties of amorphous thin films for applications in photonic devices. Thin films of tellurite BWT were produced by sputtering technique using targets whose compositions in weight are 54.6 TeO2 - 22.6 WO3 - 22.8 Bi2O3. BWT was chosen due to the electrical and optical properties of tellurite. Films with gold nanoparticles were produced and the nucleation of the nanoparticles was obtained by heat treatment. Films were characterized by the techniques of elipsometry, perfilometry, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, absorption, transmission, scanning electronic and transmission electronic microscopies. The final step was production of BWT rib waveguides using lithography and reactive-ion etching in order to test light guiding at 632.8 nm and 1050 nm. BWT rib waveguides were produced, using different flux of SF6 for the etching, resulting in waveguides with different values of h_core. Waveguides with 63 and 82 nm of h_core presented maximum loss of 3,5 dB/cm at 632.8 nm and 1050 nm wavelengths in guides with widths ranging from 6 to 10 m. All simulations showed multimode guiding. The BWT material is a potential candidate for applications in photonic devices.

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-20T11:52:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peternella_FellipeGrillo_M.pdf: 1154928 bytes, checksum: 3baba2c7d322af524dd1a6e07ee0e918 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Desde as primeiras formulações em elementos finitos para o eletromagnetismo, os modos espúrios sempre foram um empecilho para a analise modal. Inicialmente, elementos nodais foram utilizados a fim de resolver a equação vetorial de onda no domínio da frequência. Naquele momento, os modos espúrios eram encontrados espalhados pelo espectro, o que dificultava a distinção entre soluções físicas e soluções espúrias. Anos mais tarde, o problema foi aparentemente resolvido pelo uso de elementos de aresta na equação vetorial de onda. Essa nova aproximação não eliminava por completo as soluções não físicas, apenas as confinava em torno do autovalor zero, o que não era problema na maioria das situações na analise modal. Recentemente, novas aplicações de elementos finitos no domínio do tempo resultaram em soluções instáveis, devido a presença dos modos espúrios em baixas frequências. Na década de 1990, Demkowicz[1], propôs uma formulação diferente em elementos finitos usando uma combinação da equação vetorial de onda com a condição do divergente de Gauss, que eliminou por completo os modos espúrios. O objetivo deste trabalho e analisar o impacto da condição de Gauss no FEM e entender como a mesma elimina os modos espúrios / Abstract: Since the earlier finite elements formulation for electromagnetics, spurious solutions have always plagued the modal analysis. Initially, nodal elements were employed to solve the vectorial wave equation in frequency domain. At that moment, the spurious modes could be found spread in frequency spectrum, and it was hard to distinguish between physical solutions and spurious ones. Some years later, this issue was apparently solved by using in the edge elements. This new approach does not completely eliminate non-physical solutions, but only confine them around to zero eigenvalue, which is not a problem in most of the situations in modal analysis. Recently, new applications of finite elements in time domain resulted to instable solution behavior, due to spurious modes at low frequencies. In the nineties, Demkowicz [1] proposed a different FEM formulation using a combination of vectorial wave equation and Gauss divergent equation, which definitely eliminates the spurious modes. The goal of this work is to analyze the impact of the Gauss condition in FEM and understand how it can eliminate spurious modes / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo628_1.pdf: 2760892 bytes, checksum: 4f4d01b62e823ef377d8dde927160f8b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Esta tese está dividida em duas partes. Na primeira parte da tese estudamos as propriedades ópticas não lineares de monocamadas de partículas de ouro com tamanhos nanométricos depositadas por sputtering DC e filmes finos com nanoestruturas de ouro/sílica com 1 micrômetro de espessura preparados por co-sputtering RF ambos os materiais depositados sobre substratos dielétricos. As propriedades ópticas não lineares destes materiais foram determinadas usando a técnica de varredura Z para um comprimento de onda de excitação de 800 nm com 150 fs de largura temporal do pulso. A técnica de varredura Z permite a determinação dos índices de refração e absorção não linear simultaneamente usando um único feixe. Devido ao uso de um laser com alta taxa de repetição (76 MHz), foi usada a técnica de varredura Z com controle do efeito térmico ou acumulativo, desenvolvida no nosso laboratório em 2007, que permite separar os efeitos não lineares de origem eletrônica (rápidos) dos demais efeitos (lentos). Para os filmes de ouro preparados pela técnica de sputtering, foram obtidos valores de n2 (índice de refração não linear) da ordem de 10−11 a 10−12 cm2/W bem como valores da ordem de 10−7 e 10−6 cm/W para o α2(índice de absorção não linear). Para os filmes preparados pela técnica de co-sputtering RF foram obtidos valores da ordem de 10−11 e 10−9 cm2/W para o n2. Os efeitos do tratamento térmico dos filmes na não linearidade óptica também foram explorados. Na segunda parte da tese foi estudado o impacto do uso da amplificação Raman em fibras ópticas no meio óptico de transmissão de um sistema híbrido de distribuição de sinais de radio frequência (RF) em médias e longas distâncias usando fibras ópticas. Este sistema chamado RF-sobre-fibra surgiu há algum tempo como alternativa para o crescente aumento das comunicações baseados em tecnologia como GSM, 3G, Wi-fi e WiMAX, que utilizam frequência de operação no intervalo de 1GHz a 10GHz. Medidas foram realizadas usando um amplificador Raman montado no laboratório e as figuras de mérito obtidas mostram que a amplificação Raman é uma técnica adequada para operar nestes tipos de sistema

Orientador: Newton Cesário Frateschi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:26:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barea_LuisAlbertoMijam_D.pdf: 8459370 bytes, checksum: 5dd565986711cb06cb24cf63d6d69372 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Sistemas fotônicos baseados em ressonadores na forma de anéis tem uma dependência fundamental dada pela relação estreita entre espaçamento espectral livre (Free Spectral Range, FSR), fator de qualidade total, Q, e o raio dos ressonadores, R. Nesta tese, nós quebramos esta dependência empregando moléculas fotônicas (Photonic Molecules, PMs) baseadas em múltiplos anéis internamente acoplados a um anel externo, que por sua vez está acoplado a um guia de onda. Aplicando o método de matriz de transferência (Transfer-Matrix Method, TMM) e programas robustos de simulação, nós projetamos três tipos de PMs baseada em uma plataforma de Silício-sobre-isolante (Silicon-on-Insulator, SOI). Este projeto mostrou que o acoplamento entre duas ou mais micro-cavidades ópticas, permite separações espectrais e hibridização dos modos quando as frequências ressonantes estão degeneradas nas cavidades, similar ao acoplamento fraco entre átomos. Estas PMs foram fabricadas com um processo convencional e compatível com a tecnologia CMOS, empregando uma Foundry, e suas caracterizações mostraram a emergência de dupletos, tripletos, quadrupletos e sextupletos de ressonâncias degeneradas, com alto Q e espaçamentos curtos, somente possíveis com anéis de algumas ordens de magnitude maiores em área. Estes resultados quebraram o paradigma da interdependência entre Q, FSR e R, evidenciando que é possível ter tempo de vida fotônico, espaçamento espectral e área independentes. As aplicações destas PMs em processamento de sinal óptico também foram demonstrados neste trabalho. Nós apresentamos o uso da molécula com dupleto de ressonâncias para extrair um sinal RF de 34.2 GHz, filtrando as bandas laterais de um sinal modulado. Também foi demonstrado que moduladores ópticos ultracompactos operando à 2.75 vezes acima do limite da largura de linha do ressonador pode ser obtido a partir da PM que apresenta um tripleto de ressonâncias, separadas de ~55 GHz. Finalmente, utilizando a molécula que permite obter um quadrupleto de ressonâncias, foi demonstrado a conversão de comprimento de onda totalmente óptico (multicasting) para quatro canais convertidos e separados de 40-60 GHz, utilizando apenas 1 mW de potência de controle / Abstract: Photonic systems based on microring resonators have a fundamental constraint given by the strict relationship among free spectral range (FSR), total quality factor (Q) and resonator size (R). In this thesis, we break this dependence employing CMOS compatible photonic molecules (PMs) based on multiple inner ring resonators coupled to an outer ring, which is coupled to a straight bus waveguide. Applying the transfer matrix method (TMM) and simulation robust programs, we project three types of PM based on scalable silicon-on-insulator (SOI) platform. This project shows that the coupling between two or more optical micro-cavities, allows spectral splitting and hybridization of the modes when the resonant frequencies are degenerated in the cavities, similar to weak coupling between atoms. These PMs were fabricated in a conventional CMOS Foundry and your characterization shows the emergence of doublet, triplet, quadruplet and sextuplet of degenerated resonances, with high-Q and close-spaced, only achievable with single-ring orders of magnitude larger in footprint. These results break the paradigm of the interdependence between Q, FSR and R, evidencing that is possible to have photonic lifetime, spectral spacing and footprint independents. The applications of these PMs in optical processing signal were also demonstrate in this work. We demonstrate the use of the doublet splitting for 34.2 GHz RF signal extraction by filtering the sidebands of a modulated optical signal. We also demonstrate that very compact optical modulators operating 2.75 times beyond its resonator linewidth limit may be obtained using the PM triplet splitting, with separation of ~ 55 GHz. Finally, using the quadruplet of resonances, we demonstrate four-channel all-optical wavelength multicasting using only 1 mW of control power, with converted channel spacing of 40-60 GHz / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2015-07-21T15:19:55Z No. of bitstreams: 1 Cristiano de Loura Santana.pdf: 1613559 bytes, checksum: 18f6715396567dec3de8eff238c0471b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-21T15:19:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cristiano de Loura Santana.pdf: 1613559 bytes, checksum: 18f6715396567dec3de8eff238c0471b (MD5) Previous issue date: 2013-12-11 / The tissue repair of diabetics is changed and often inefficient, leading to the post surgical complications, dehiscence and infection. Lasertherapy is a promising tool to assist the closure of these wounds, but the lack of standardization of dosimetry, energy delivery systems and lack of understanding of the cellular and molecular mechanisms of action limited the spread of its use. Thus, the objective of this work is to evaluate the tissue repair of cutaneous lesions of diabetic animals subjected to two schemes of laser light delivery, namely: single dose and dose fractionation. 54 Wistar rats were used (Rattus novergicus albinus) with diabetes induced by intraperitoneal injection of Streptozotocina (50 mg/kg). The ulcer was held with punch of 8 mm on the back of the animal after shaving. Experimental groups: (1) control group (GC)-dorsal ulcer is not treatment; (2) single dose (GU)-dorsal ulcer received laser therapy two hours after the completion of the wound; (3) fractionated dose (GF)-dorsal ulcer received lllt in days 1, 3, 8 and 10. The parameters of the laser application on GU group were: λ = (660 ± 2) nm, P= 30mW, D = 4 J/cm2, spot area of 0,785 cm2, t = 104 s; and the Group GF were four applications of λ = (660 ± 2) nm, P=30 mW, D = 1 J/cm2, spot area of 0,785 cm2, t = 26 s totaling 4 J/cm2. The ulcers were photographed and three animals in each group were submitted to euthanasia, the ulcers were removed, processed routinely for hematoxylin and eosin staining and immunohistochemistry for the detection of neutrophils, lymphocytes, macrophages and activated T cells of the angiogenic lineage. When compared to the control group, the two forms of energy delivery proved effective in the treatment of cutaneous lesions in experimental models used. The single-dose group showed the highest acceleration in immune system activation and faster wound healing, but with greater intensity of collagen deposition causing fibrosis. The fractional dose group showed from the start trend of modulated inflammatory response, without peaks and the healing occurred more slowly, however collagen deposition was lower providing a scar with higher quality. / O reparo tecidual dos diabéticos é alterado e muitas vezes ineficiente levando a complicações pós-cirúrgicas importantes, como retardo no reparo, deiscência e infecção. A laserterapia é uma ferramenta promissora para auxiliar o fechamento destas feridas, porém a falta de padronização da dosimetria, dos regimes de entrega de energia e falta de entendimento dos seus mecanismos celulares e moleculares de ação limitam a disseminação do seu uso. Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar o reparo tecidual de lesões cutâneas de animais diabéticos submetidos a dois regimes de entrega de luz laser, a saber: dose única e dose fracionada. Foram utilizadas 54 ratas Wistar (Rattus novergicus albinus) com diabetes induzido por injeção intraperitoneal de Streptozotocina (50mg/kg). A úlcera foi realizada com punch de 8 mm no dorso do animal após tricotomia. Grupos experimentais: (1) grupo controle (GC) - a úlcera dorsal não foi submetida a tratamento; (2) dose única (GU) - a úlcera dorsal recebeu laserterapia duas horas após a realização da ferida; (3) dose fracionada (GF) - a úlcera dorsal recebeu laserterapia nos dias 1, 3, 8 e 10. Os parâmetros da aplicação do laser no grupo GU foram: λ = (660 ± 2) nm, P= 30mW, área do feixe: 0,785 cm2, D= 4 J/cm2, t = 104 s; e no grupo GF foram quatro aplicações de λ = (660 ± 2) nm, P= 30mW, D= 1 J/cm2, área: 0,785 cm2, t = 26 s totalizando um tratamento de 4 J/cm2. As úlceras foram fotografadas e três animais de cada grupo sofreram eutanásia, as úlceras foram removidas, processadas rotineiramente para coloração de hematoxilina e eosina e imunohistoquímica para detecção de neutrófilos, linfócitos, linfócitos T ativados, macrófagos e células da linhagem angiogênica. Quando comparadas ao grupo controle, as duas formas de entrega de energia se mostraram eficazes no tratamento de lesões cutâneas nos modelos experimentais utilizados. O grupo dose única apresentou maior aceleração na ativação do sistema imunológico e mais rapidez na cicatrização, porém com maior intensidade de deposição de colágeno ocasionando fibrose. O grupo dose fracionada apresentou desde o início tendência de resposta inflamatória modulada, sem picos e a cicatrização ocorreu de forma mais lenta, no entanto a deposição de colágeno foi menor proporcionando uma cicatriz com maior qualidade.

O presente trabalho possui como objetivo o estudo das propriedades dos filmes finos amorfos para aplicações em dispositivos fotônicos. Foram produzidos, por meio da técnica sputtering, filmes finos de telureto BWT, a partir de alvos cerâmicos com composição em peso de 54,6 TeO2 - 22,6 WO3 - 22,8 Bi2O3. A escolha dos vidros BWT se deve às qualidades elétricas e ópticas dos teluretos. Filmes com nanopartículas de ouro foram produzidos e a nucleação das nanopartículas se deu por tratamento térmico. Os filmes produzidos foram caracterizados pelas técnicas de elipsometria, perfilometria, espectrometria de fluorescência de raios-X por energia dispersiva, difração de raios-X, transmissão, absorção e microscopia eletrônica de transmissão e de varredura. Como etapa, final foram produzidos guias de onda do tipo rib por meio de procedimentos de corrosão e litografia, a fim de que fossem testados guiamentos de luz em 632,8 nm e em 1050 nm. Foram usados diferentes fluxos de SF6 para corrosão dos filmes, resultando em guias de diferentes valores de h_core. Os guias com h_core de 63 e 82 nm apresentaram perda de no máximo 3,5 dB/cm para guiamento em 632,8 e 1050 nm em guias com larguras que variaram de 6 a 10 m. As simulações realizadas mostraram guiamento multímodo para todos os casos. O material BWT é, portanto, promissor para aplicações em dispositivos fotônicos. / The objective of this present work is study the properties of amorphous thin films for applications in photonic devices. Thin films of tellurite BWT were produced by sputtering technique using targets whose compositions in weight are 54.6 TeO2 - 22.6 WO3 - 22.8 Bi2O3. BWT was chosen due to the electrical and optical properties of tellurite. Films with gold nanoparticles were produced and the nucleation of the nanoparticles was obtained by heat treatment. Films were characterized by the techniques of elipsometry, perfilometry, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, absorption, transmission, scanning electronic and transmission electronic microscopies. The final step was production of BWT rib waveguides using lithography and reactive-ion etching in order to test light guiding at 632.8 nm and 1050 nm. BWT rib waveguides were produced, using different flux of SF6 for the etching, resulting in waveguides with different values of h_core. Waveguides with 63 and 82 nm of h_core presented maximum loss of 3,5 dB/cm at 632.8 nm and 1050 nm wavelengths in guides with widths ranging from 6 to 10 m. All simulations showed multimode guiding. The BWT material is a potential candidate for applications in photonic devices.