Orientador: Julio Roberto Bartoli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T18:45:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giacon_VirginiaMansanares_D.pdf: 2629036 bytes, checksum: 8a24595beeaf5a6bb205d496d70477a8 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Dispositivos ópticos poliméricos são utilizados em comunicações e interconexões ópticas devido à intrínseca versatilidade da estrutura molecular polimérica, que permite modelagem do índice de refração dos materiais utilizados para a produção de núcleo e casca, além da facilidade de processamento e capacidade de moldagem desses materiais. O PMMA (poli [metacrilato de metila]) por apresentar alta transparência, possui as melhores propriedades ópticas, quando comparado à outros polímeros, além de boas propriedades mecânicas, sendo o seu uso bastante comum como material de núcleo em dispositivos ópticos. Nos dispositivos ópticos, como guias de ondas, um baixo índice de refração é necessário para o material de casca e é usualmente obtido com polímeros fluorados. Neste trabalho, guias de ondas planares foram fabricados com filmes ópticos poliméricos em substrato de silício. A casca, um polímero parcialmente fluorado de aproximadamente 0,6 mm de espessura, foi obtida através da polimerização por plasma com CHF3, utilizando um reator de placas paralelas de 13,56 MHz. O núcleo de PMMA foi produzido por spin coating. O índice de refração do núcleo e casca é de 1,49 e 1,40 respectivamente, medidos por elipsometria e acoplamento por prisma. Os filmes ópticos fluorados por plasma foram caracterizados por FTIR-ATR e interferômetria. Guias de ondas poliméricos com diferentes larguras, de 10 a 100 mm, foram moldados através de fotolitografia seguida por RIE usando uma máscara de fotolitografia de cromo. A caracterização óptica foi feita utilizando um laser (l= 632,8 nm) através de acoplamento fibra-guia. Atenuação do sinal da luz transmitida foi de 3,6 dB/cm para um guia de 100 mm de largura e aproximadamente 15 mm de espessura. Essa atenuação provavelmente possui uma significativa contribuição do acoplamento fibra-guia, com forte efeito nas perdas por inserção e espalhamento devido à rugosidade das superfícies laterais (horizontal e vertical). Ainda assim, este guia polimérico com casca de material fluorado, produzida pelo processo de polimerização por plasma, apresenta-se promissor. / Abstract: Polymeric optical devices have been studied in communication and interconnection optics due to the intrinsic versatility of polymers molecular structure, that allows advantageous refractive index modeling for core and cladding, and also to their easy fabrication process or patterning capability. PMMA, polymethylmetacrylate, shows the best optical properties among transparent polymers, being a very common core material for optical devices. Low refractive index is a requirement for cladding material and it is usually achieved with fluorinated polymers. Plasma of fluorocarbons are frequently used either for etching of substrates in microelectronic technologies or for deposition of plasma polymerized fluorinated monomers films. In this work, planar polymeric waveguides were fabricated on silicon substrate. The cladding was a fluorinated polymer (0.6 mm) produced by CHF3 plasma polymerisation (parallel plate reactor, 13.56 MHz) and the core was a PMMA film prepared by spin coating. The refractive index of the PMMA film and fluorinated film were 1.49 and 1.40, respectively, characterized by ellipsometry and metricon prism coupler. The plasma fluorinated optical films were characterized by FTIR-ATR and interferometer. The polymeric waveguides with different widths (from 10 to 100 mm), using the chrome mask, were patterned by UV photolithography and O2 plasma etching in Reactive Ion Etching process. The optical characterization was done coupling a laser beam (l=633nm), fibre-tofibre coupling method, using a multimode optical fibre. The propagation loss, is about 3.6 dB/cm at l=633 nm. Lower losses could be achieved by a more careful control of the RIE process and cleavage process. Despite of high optical losses, this plasma fluorinated polymer presents a potential processing alternative for cladding of polymeric optical waveguides. / Doutorado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Hugo Enrique Hernández Figueroa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:51:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pasetto_TadeuPires_M.pdf: 7097480 bytes, checksum: a432943fd52e29cfe68bd7e99f0b14f7 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo, o projeto e a caracterização de estruturas de cristal fotônico bidimensionais na faixa de micro-ondas para arranjos cilíndricos dielétricos em simetria triangular e quadrada, com e sem curvas, na faixa de 2 a 4 GHz. A escolha dos arranjos foi feita baseando-se no cálculo do diagrama de bandas e dos modos guiados no cristal após ser removida uma linha de elementos. Foram projetadas estruturas casadoras que tornaram possível caracterizar esses guias de onda com o auxílio de um analisador de rede. As montagens das estruturas de cilindros dielétricos com as placas metálicas e as estruturas casadoras, foram simulada no programa comercial CST Microwave Studio 2010®. Uma vez construída e caracterizada as estruturas, os resultados foram analisados e comparados. A banda passante apresentou um deslocamento em frequência, coerente com os erros da montagem construída / Abstract: This work presents the study, design and measurements of microwave twodimensional photonic crystal waveguides, for square and triangular arrays of dielectric roads, with and without bend, in the 2-4 GHz band. The choice of the arrays was based on the calculated band diagrams of the crystals and guided modes for the waveguide which arises when a line of roads is removed from the crystal structure. Matching structures were projected to enable the corresponding measurements using a network analyzer. The entire structure: dielectric roads, metallic plates and matching structures, was simulated using the CST Microwave Studio 2010®, constructed and measured, and the results were analyzed and compared. The measured guided band frequency exhibits a shift when compared with the simulated one, consistent with the imprecision of the setup / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T08:38:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_AlexandreManoelPereiraAlvesda_D.pdf: 7013947 bytes, checksum: c23d3c786fbf204c86a3e94bd5da9bd2 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O projeto e o estudo de lentes plasmônicas operando nos comprimentos de onda de 650nm e 1550nm são, aqui, apresentados. Uma lente desse tipo permite que a luz proveniente de um guia de ondas micrométrico, por exemplo, uma fibra óptica, seja acoplada em estruturas como guias de ondas nanométricos ou nanocavidades ressonantes, a distâncias curtas, reduzindo, sobremaneira, a área necessária somente para acoplamento. São analisadas, também, as condições do foco para que haja um acoplamento eficiente de luz aos guias de ondas nanométricos. O foco conformado por essa lente localiza-se a distâncias da ordem de um comprimento de onda. A lente plasmônica recebe essa denominação por utilizar os polaritons de plasmons de superfície como meio de transportar a luz pela lente. Os polaritons de plasmons de superfície são ondas eletromagnéticas superficiais que se propagam na interface entre um meio dielétrico e um meio condutor. Eles permitem que haja modos propagantes em guias de ondas com dimensões muito inferiores ao limite da difração, como em fendas nanométricas recortadas em um filme metálico. é possível controlar a constante de propagação e, por conseguinte, a variação de fase dentro de uma fenda desse tipo, controlando a espessura da mesma. Dispondo várias fendas ao longo de um filme metálico, é possível projetar uma lente plana pelo controle da modulação da fase de saída dessas diversas fendas. Esse comportamento é semelhante ao de um arranjo de antenas, porém, o foco é formado na região de campo próximo. Após uma varredura dos parâmetros construtivos da lente, foi possível obter uma lente de perfil plano que permita o acoplamento eficiente entre guias de ondas com diferenças de dimensão de mais de uma ordem de grandeza dentro de distâncias da ordem de um comprimento de onda. Uma proposta de lente posicionada na ponta de uma fibra óptica é sugerida, a qual permite o acoplamento ou excitação de uma ou mais estruturas ópticas ao mesmo tempo / Abstract: The project and the study of plasmonic lenses operating in the wavelengths of 650nm and 1550nm are presented. Such a lens allows the light coupling from a microsized waveguide, for instance, an optical fiber, to nanosized structures such as nano-waveguides or nano-cavities, within short distances, reducing the amount of area used just for coupling. It is also analyzed the focus conditions for efficient coupling to dielectric nano-waveguides. The lens focus is placed at distances about one wavelength apart. This lens is called plasmonic lens because the excitation of surface plasmon polaritons allows the propagation of light through it. Surface plasmon polaritons are electromagnetic surface waves that propagate along the interface of a dielectric media and a conductor. They allow the formation of propagating modes within waveguides bellow the diffraction limit, such as nano-slits cut into a metallic film. The propagation constant therefore, the phase variation inside such a slit, is controlled by its width. Then, placing several slits along the metallic film, it is possible to design a plane lens by designing the phase modulation of several slits cut into a metallic film. This behavior is similar to an antenna array, however, the focus is formed within the nearfield zone. After some variations on the design parameters, it is obtained a plane lens showing an efficient coupling between different dimensions dielectric waveguides within one wavelength distance from the lens. A lens configuration positioned on a optical fiber is proposed. This configuration allows coupling or excitation of one or more optical structures at the same time / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

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

Orientador : Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T14:16:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_JosePatrocinioda_D.pdf: 1389226 bytes, checksum: 1aa7239a889f3d8f840db6896db2c349 (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-26T00:04:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinheiro_HelderFleury_D.pdf: 3029787 bytes, checksum: 592f74cd207620562360aeb08faecf7b (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Uma nova formulação baseada no método dos elementos finitos para simular a propagação de feixes ópticos em estruturas onde o elemento básico constitutivo é o guia de onda dielétrico, é apresentada. Esta formulação apresenta a solução da equação de onda vetorial escrita apenas em termos das componentes transversais do campo magnético, o que diminui drasticamente o esforço computacional uma vez que as dimensões das matrizes reduzem em aproximadamente 45% com relação a formulação que utiliza as três componentes de campo magnético. Os modos espúrios não estão presentes devido a inclusão implícita do divergente do campo magnético igual a zero. O método desenvolvido, uma vez que leva em conta a natureza vetorial dos campos eletromagnéticos, pode ser empregado para modelar a dependência da polarização e o acoplamento mútuo entre as componentes do campo devido ao material e a geometria. A formulação foi desenvolvida para incluir dielétricos anisotrópicos com elementos do tensor permissividade fora da diagonal, considerando o perfil de índice de refração variando arbitrariamente na seção transversal do guia de onda. Os resultados foram obtidos para fibras ópticas e uma variedade de estruturas de guiamento de onda, de grande interesse prático, particularmente para o desenvolvimento de óptica integrada. Os resultados têm mostrado boa concordância com aqueles obtidos usando-se outros métodos e com dados experimentais disponíveis na literatura / Abstract: A new vetorial formulation based on Finite Element Method to simulate optical beam propagation in structures, having the dielectric waveguide as the basic element, is presented here. This formulation presents the solution of the vectorial wave equation written in terms of the transverse components of the magnetic field, reducing drastically computational efforts since the matrices size are decreased by roughly 45% compared to when one considers the three components of magnetic field. Spurious modes are supressed due to the implicit inclusion of the divergence of the magnetic field equal to zero. The new formulation developed takes into account the vectorial nature of the electromagnetic fields and can be used to model the polarization and mutual coupling between fields components depedence on material and geometric parameters. This formulation permits the analysis of anisotropic dielectrics with off-diagonal elements in the permittivity tensor considering arbitrary reactive index profiles over the waveguide cross section. Results were obtained for optical fibers and a variety of guiding wave structures of strong pratical interest, particularly for integrated optics applications. The results agree with those available &om other methods and :&om experimental published data / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

[pt] No presente trabalho, diversos métodos de análise são aplicados ao problema de íris em guias de onda. É feita, inicialmente, uma análise da teoria de pequenas aberturas. Uma verificação, através de comparação de resultados teóricos com experimentais, determina a faixa de validade e precisão da teoria. A seguir, aplica-se o método dos momentos, em particular para íris circulares em guias circulares e íris retangulares em guias retangulares. Para o caso da íris retangular em guia retangular, problemas de convergência relativa e séries lentas, típicos do método dos momentos, são contornados pela escolha adequada das funções de base e pela transformação de séries auxiliares de correção. Resultados experimentais mostram boa concordância com valores teóricos, para diversos valores de freqüência e dimensões de íris considerados. / [en] In this work, different methods are applied to iris - type discontinuity problems in waveguides. At first, the diffraction theory by small holes is considered. Theoretical results are compared with experimental ones and the accuracy and application range of the theory are verified. Further, the moment method is applied particularly to circular irises in circular waveguides and retangular irises in retangular waveguides. In the case of retangular irises in retangular waveguides, an acceleration procedure besides an special kind of basis functions is used to circumvent problems associated with relative convergence problem and slow convergent series. Experimental results are compared with theoretical ones and good accuracy is achieved for different frequencies and irises dimensions.

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

[pt] Neste trabalho obtém-se a matriz de espalhamento de obstáculos cilíndricos em guias de ondas retangulares. O método de análise utilizado é o método dos momentos juntamente com o método das imagens. São analisadas descontinuidades formadas por um poste vertical inteiro, postes verticais contendo um gap central, postes horizontais contendo um gap central e postes localizados nas quatro paredes do guia de ondas retangular. Os resultados obtidos são comparados com valores experimentais para as 4 geometrias descritas acima. Além disso é feita a comparação dos resultados obtidos com os do método variacional para o caso do poste vertical inteiro. / [en] In this work the scattering matrix of cylindrical obstacles in rectangular wavwguides is obtained. The analysis method adopted is the moment method in junction with the image method. Discontinuities formed by a single vertivcal post, vetical posts with a central gap, horizontal posts with a central gap, and posts on the four waveguides walls are analyzed. The results are compared with experimental data for the four geometries described above. Moreover the results are also compared with those obtained by variational method in the case of the single vertical post.

CNPq, Capes e FINEP / Este trabalho descreve a produção e caracterização de guias de onda óticos em cristal de fluoreto de lítio (LiF) produzidos expondo o cristal a um feixe focalizado de um laser de femtosegundo, com o deslocamento do cristal na direção perpendicular ao eixo de propagação do feixe. A medida da emissão, sob iluminação específica, demonstra a presença de centros de cor dos tipos F2 e F3+ nas regiões do cristal expostas ao feixe focalizado do laser. As estruturas produzidas possuem incremento do índice de refração em relação ao índice de refração do cristal. Tais estruturas são caracterizadas em termos da sua morfologia usando microscopia convencional e confocal. A capacidade de guiamento de luz é investigada acoplando fontes laser com diferentes comprimentos de ondas. Os modos suportados são também analisados, bem como as perdas na propagação. A produção de guias de ondas de Bragg é testada acoplando uma fonte de luz branca e comparando seu espectro com o espectro que passa somente pelo cristal. A capacidade de guiamento das estruturas produzidas é confirmada pela análise dos perfis de campo próximo. Os guias suportam poucos modos e os incrementos de índices obtidos são da ordem de 10^-4. / This work describes the production and characterization of optical waveguides in lithium fluoride crystal (LiF) produced by exposing the crystal to a focused femtosecond laser beam, with the crystal displacement perpendicular to the beam. The measured emissions, with specific illumination, demonstrate the presence of color centers of types F2 and F+3 at the crystal regions exposed to the focused laser beam. The produced structures have increased refractive index relative to the crystal refraction index. Such structures are characterized in terms of their morphology using conventional and confocal microscopy. Their ability to guide light is investigated through coupling different laser light. The propagation modes supported by the guides are also estimated, as well as the propagation losses. The production of a Bragg grating waveguide is locked for by coupling a white light in the guides and comparing its spectrum with that passing only through the crystal. The guiding capacity of the structural changes produced is confirmed by the near-field profile analysis. The guides support few propagation modes and the obtained changes in the refractive index are in the order of 10^-4.