Guias de onda de luz foram fabricados por difusão térmica de Titânio em substratos de LiNbO3. Os índices efetivos dos modos guiados foram medidos usando o método de acoplamento por prismas e a equação de onda resolvida numericamente usando a aproximação WKB. Profundidade de difusão, variação máxima do índice de refração e o perfil da concentração de Titânio são calculados para um guia que suporta três modos TE / Optical waveguides have been fabricated by thermal diffusion of Titanium into LiNO3 substrate. The effective indices of guided modes have been measured using a prism coupling method and the wave equation has been solute numerically using the WKB approximation. The diffusion depth, maximum refractive index change and titanium concentration profited was calculated for one waveguide that support three TE modes

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-23T05:25:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Brandao_MarceloLyra_D.pdf: 5382020 bytes, checksum: d0976f1aca1c1e23445f0fe570107b17 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho descreve o modelamento computacional da propagação em vários guias de ondas ópticos, do tipo empregado em dispositivos ópticos integrados. Este mesmo modelamento envolve a utilização de elementos finitos na solução numérico-computacional das equações de onda de Maxwell, tais como, as equações de Fresnel ou a equação de Helmholtz. Dentro desse contexto, os métodos de propagação, também chamados de métodos da propagação do feixe (BPM), podem ser divididos em dois tipos: os métodos do operador completo (FOM's) e os métodos do operador particionado (SOM's). Recentemente, sérias instabilidades e problemas envolvendo precisão tornaram-se evidentes nos esquemas convencionais tridimensionais com elementos finitos do tipo 'split-operator'. Desse modo, um novo, estável e preciso esquema tridimensional (3D) baseado em elementos finitos e na técnica 'split-operator', é descrito aqui para a análise da propagação escalar de guias de onda ópticos com seção transversal arbitrária, incluindo estruturas z-variantes e com dielétricos não-lineares e não-homogêneos. O presente algoritmo supera estes problemas através da preservação de todas as características atrativas da técnica do operador particionado. Devido à discretização por elementos finitos, os recursos computacionais podem ser otimizados pelo uso de malhas adaptativas e técnicas de matrizes esparsas. Adicionalmente, é descrita a incorporação das condições de fronteiras transparentes (TBC) na equação de onda, de modo a suprimir reflexões não físicas indesejáveis provenientes das bordas da janela computacional virtual. Além disso, um esquema de propagação não paraxial basedo na aproximação de Padé é apresentado. Esquemas numéricos bidimensionais(2D) e tridimensionais(3D), com as técnicas expostas acima e baseado no método dos elementos finitos(FEM), são apresentados, comparados com resultados anteriores e discutidos. O método dos elementos finitos, como dito anteriormente, apresenta, entre outras vantagens, a propriedade do uso de malhas arbitrárias adaptativas. Além disso, são incluídas na presente análise aplicações específicas envolvendo meios lineares e não-lineares. No fim deste trabalho, sob forma conclusiva, é aberto um pequeno espaço para desenvolvimentos futuros dos métodos numéricos aqui abordados, que incluem a análise modal e de propagação vetorial e semi-vetorial, propagação de sólitons, modelamento de outros dispositivos da óptica integrada e a utilização de uma malha de contornos inteiramente arbitrários / Abstract: This thesis describes the computer modelling of a wide range of optical waveguides, for integrated optics applications. The modelling described here involves the numerical solution of suitable Maxwell wave equations, such as Helmholtz and Fresnel. Within this context, the Beam Propagation Method (BPM) ar marching methods, can be divided into two general kinds: the fulloperator methods (FOM's) and the split-operator methods (SOM's). Recent1y, serious instability and inaccuracy problems were pointed out for the conventional 3-D split-operator finite-element scheme. The present algorithm overcomes these problems even though preserving all the attractive features of the split-operator technique. Due to the finite-element discretization, computer resources can be optimized by exploiting the use of adaptive meshes and sparse- matrix techniques. The implementation of the transparent boundary conditions (TBC) into the wave equation is also described. TBC are necessary to supress the undesirable nonphysical reflections from the computational window edges, and also to optimize the size of the numerical window. Furthermore nonparaxial propagation based on Padé aproximation is described. Current and novel numerical 2-D and 3-D schemes, based on finite element methods, are presented and discussed. The finite element method permits, among other advantages, the use of arbitrary adaptive meshes. Finally, the scope for further development of the numerical methods introduced here, has been included as conclusion remarks. That includes semi-vectorial, vectorial spatial propagation, soliton propagation, modelling of alternative integrated optical devices and employment of meshes of whole arbitrary boundary / Doutorado / Doutor em Ciências

Guias de onda de luz foram fabricados por difusão térmica de Titânio em substratos de LiNbO3. Os índices efetivos dos modos guiados foram medidos usando o método de acoplamento por prismas e a equação de onda resolvida numericamente usando a aproximação WKB. Profundidade de difusão, variação máxima do índice de refração e o perfil da concentração de Titânio são calculados para um guia que suporta três modos TE / Optical waveguides have been fabricated by thermal diffusion of Titanium into LiNO3 substrate. The effective indices of guided modes have been measured using a prism coupling method and the wave equation has been solute numerically using the WKB approximation. The diffusion depth, maximum refractive index change and titanium concentration profited was calculated for one waveguide that support three TE modes

Orientadores: Hugo Enrique Hernández-Figueroa, Marcos Sergio Gonçalves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-25T09:52:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Isayama_YuriHayashi_M.pdf: 5833509 bytes, checksum: e1f49d9840e5dbbba44fd30da539d0bf (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho, foi realizado um estudo abordando os guias de onda periodicamente segmentados, procurando estudar o comportamento de seus modos de propagação através de simulações numéricas baseadas no Método dos Elementos Finitos 3D. É apresentada uma formulação para a análise modal dos guias de onda, de maneira que se possa estudar a influência de variações na geometria dos mesmos (altura, largura e período do núcleo) em suas características de guiamento. É abordado, também, o efeito que os materiais que compõem o guia de onda segmentado tem na relação de dispersão do guia. A análise crítica dos resutados é realizada por meio da Teoria de Modos Acoplados, a qual permite não somente justificar os resultados, como também fazer previsões, ainda que um tanto qualitativas, a respeito do comportamento esperado para estes guias e dos resultados das variações em sua construção. Por fim, alguns exemplos de possíveis configurações de guias de onda segmentados, projetados para operação dentro da faixa das comunicações ópticas, são apresentados, com o intuito de facilitar o projeto destas estruturas / Abstract: In this work, a study concerning periodically segmented waveguides was conducted, where the study of the behavior of its propagating modes through numerical simulations based on the 3D Finite Element Method was intended. A formulation for modal analysis of the waveguide is presented, so that it is possible to study the influence of geometry variations (height, width, and period of the core) on its guiding characteristics. It is also addressed the effect of the materials composing the waveguide on its dispersion relation. The critical analysis of the results is developed by means of the Coupled Mode Theory, which allows us not only to explain the results, but also make predictions, even though qualitative, concerning the expected behavior of the waveguides, and about the results of variations on the waveguide's construction. Finally, some examples of possible configurations of segmented waveguides, designed for operation within the optical communication band, are presented, with the objective of facilitating the design of such structures / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica