O incessante aumento do volume de informações produzido por uma sociedade cada vez mais informatizada tem elevado drasticamente os requisitos quanto ao desenvolvimento de dispositivos capazes de suportar velocidades de operação cada vez mais elevadas em tamanhos cada vez mais reduzidos. No entanto, a contínua redução do tamanho desses dispositivos, celebrado através da lei de Moore, também produz um indesejável aumento na produção de calor durante a operação dos mesmos, comprometendo seu desempenho global. Uma alternativa promissora para aliviar, ou mesmo superar, estas limitações é oferecida pelos dispositivos ópticos integrados. No entanto, todo esse avanço esbarrava no fato de que as dimensões de tais dispositivos estavam restringidas fundamentalmente ao que é largamente conhecido como limite de difração (LD). Uma maneira de contornar essa limitação é obtida através da utilização de Plásmon Poláritons de Superfície, ou SPPs, que, de maneira simplificada, são ondas que se propagam ao longo da superfície de um condutor depositado sobre um dielétrico. Estas são essencialmente ondas de luz que são localizadas na superfície por causa de sua interação com os elétrons livres do condutor. Nesta interação, os elétrons livres respondem coletivamente oscilando em ressonância com a onda de luz. No presente trabalho, o fenômeno de geração de SPPs é estudado teoricamente e aplicado na modelagem de diversas estruturas de interesse científico e tecnológico, tais como acopladores direcionais e ressoadores. O objetivo principal é a obtenção de estruturas capazes de proporcionar propagação de SPPs por longas distâncias, permitindo, assim, estender ainda mais o leque de possíveis aplicações. As estruturas são investigadas prioritariamente no COMSOL Multiphysics, um aplicativo baseado em elementos finitos que permite solução vetorial de problemas eletromagnéticos. Os resultados obtidos até o momento permitem afirmar que o conceito de SPP de longa distância (long range SPP, LRSPP) podem ser aplicados com sucesso a estruturas geometricamente complexas como os ressoadores em anel e acopladores direcionais. / The continuous growth of knowledge produced by a society with increasing access to information technologies has demanded the development of communication devices capable of supporting high processing speeds at more and more reduced sizes. Nevertheless, the continuous reduction of the size of these devices, celebrated by the Moore\'s law, has also produced an undesirable increase of heat produced during the operation of the device itself, compromising its overall performance. A promising alternative to alleviate, or even overcome, these limitations has been offered by photonic integrated circuits. However, all the advance of photonic devices was restricted to what is known as diffraction limit. A fascinating way of circumventing this limit is now available to the scientific community, and consists in the generation of Surface Plasmon Polariton (SPP) waves. In a simplified manner, SPP waves are waves that propagate along a metal/dielectric interface. These waves are essentially localized at the metal/dielectric interface because of the interaction of light with free electrons of the metal. In this interaction, the free electrons respond collectively and oscillate resonantly with the incident light. In the present work, the phenomenon of SPP generation is theoretically investigated and applied to the modeling of several structures, such as directional couplers and resonators. The primary goal of this work is to design structures capable propagating SPP waves for long distances, known as long range SPP (LRSPP). The structures are investigated mostly with COMSOL Multiphysics, a finite elements based software that allows for the vectorial solution of electromagnetic problems. The results obtained so far are extremely encouraging, and prove that the LRSPP concept can be successfully applied to geometrically complex structures, such as couplers and ring resonators.

O incessante aumento do volume de informações produzido por uma sociedade cada vez mais informatizada tem elevado drasticamente os requisitos quanto ao desenvolvimento de dispositivos capazes de suportar velocidades de operação cada vez mais elevadas em tamanhos cada vez mais reduzidos. No entanto, a contínua redução do tamanho desses dispositivos, celebrado através da lei de Moore, também produz um indesejável aumento na produção de calor durante a operação dos mesmos, comprometendo seu desempenho global. Uma alternativa promissora para aliviar, ou mesmo superar, estas limitações é oferecida pelos dispositivos ópticos integrados. No entanto, todo esse avanço esbarrava no fato de que as dimensões de tais dispositivos estavam restringidas fundamentalmente ao que é largamente conhecido como limite de difração (LD). Uma maneira de contornar essa limitação é obtida através da utilização de Plásmon Poláritons de Superfície, ou SPPs, que, de maneira simplificada, são ondas que se propagam ao longo da superfície de um condutor depositado sobre um dielétrico. Estas são essencialmente ondas de luz que são localizadas na superfície por causa de sua interação com os elétrons livres do condutor. Nesta interação, os elétrons livres respondem coletivamente oscilando em ressonância com a onda de luz. No presente trabalho, o fenômeno de geração de SPPs é estudado teoricamente e aplicado na modelagem de diversas estruturas de interesse científico e tecnológico, tais como acopladores direcionais e ressoadores. O objetivo principal é a obtenção de estruturas capazes de proporcionar propagação de SPPs por longas distâncias, permitindo, assim, estender ainda mais o leque de possíveis aplicações. As estruturas são investigadas prioritariamente no COMSOL Multiphysics, um aplicativo baseado em elementos finitos que permite solução vetorial de problemas eletromagnéticos. Os resultados obtidos até o momento permitem afirmar que o conceito de SPP de longa distância (long range SPP, LRSPP) podem ser aplicados com sucesso a estruturas geometricamente complexas como os ressoadores em anel e acopladores direcionais. / The continuous growth of knowledge produced by a society with increasing access to information technologies has demanded the development of communication devices capable of supporting high processing speeds at more and more reduced sizes. Nevertheless, the continuous reduction of the size of these devices, celebrated by the Moore\'s law, has also produced an undesirable increase of heat produced during the operation of the device itself, compromising its overall performance. A promising alternative to alleviate, or even overcome, these limitations has been offered by photonic integrated circuits. However, all the advance of photonic devices was restricted to what is known as diffraction limit. A fascinating way of circumventing this limit is now available to the scientific community, and consists in the generation of Surface Plasmon Polariton (SPP) waves. In a simplified manner, SPP waves are waves that propagate along a metal/dielectric interface. These waves are essentially localized at the metal/dielectric interface because of the interaction of light with free electrons of the metal. In this interaction, the free electrons respond collectively and oscillate resonantly with the incident light. In the present work, the phenomenon of SPP generation is theoretically investigated and applied to the modeling of several structures, such as directional couplers and resonators. The primary goal of this work is to design structures capable propagating SPP waves for long distances, known as long range SPP (LRSPP). The structures are investigated mostly with COMSOL Multiphysics, a finite elements based software that allows for the vectorial solution of electromagnetic problems. The results obtained so far are extremely encouraging, and prove that the LRSPP concept can be successfully applied to geometrically complex structures, such as couplers and ring resonators.

Made available in DSpace on 2016-08-18T18:19:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nivea Fernanda Correa.pdf: 9488427 bytes, checksum: d432cb6753ed95396a5af400756eea91 (MD5) Previous issue date: 2009-02-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / in chains of coupled guides. These chains can serve of model for the propagation of solitons optics in directional couplers or micro-structuralized optics fibers. Systems of linearly coupled non linear Schrödinger equations had been used as theoretical model for these chains. The used numerical methods had been the split- step Fourier method and the orthogonal collocation method. The process of transference of energy between guides was characterized by the transmittance in function of the coupling factor, length of the guide and the power of entrance. In the mapping of the transmittance the diverse regions of parameters with its different behaviors had been identified. The threshold of power and the length of coupling had been gotten. The conclusions on the chains had been made on the basis of the analysis of the results in function of the total number of guides, the number of intermediate and peripheral guides and of the arrangement of couplings. For coupling arrangement the changes in the transmittances had the same been significant when the total number of guides varies, therefore it diminished the coupling length and the power threshold increased with the number of guides. Chains with same total number of guides, but with arrangements of distinct couplings had presented transmittances with clear differences in the chains of the type opened in relation to too many. The increase of the number of couplings between the guides led to an increase of the value of the power threshold, while the values of coupling length had not presented significant variations. / ópticos em cadeias de guias acoplados. Essas cadeias podem servir de modelo para a propagação de solitons ópticos em acopladores direcionais ou fibras ópticas micro-estruturadas. Sistemas de equações não lineares de Schrödinger acopladas linearmente foram utilizados como modelo teórico para essas cadeias. Os métodos numéricos utilizados foram o método de Fourier com passo dividido e o método da colocação ortogonal. O processo de transferência de energia entre guias foi caracterizado pela transmitância em função do fator de acoplamento, comprimento do guia e da potência de entrada. No mapeamento da transmitância foram identificadas as diversas regiões de parâmetros com seus diferentes comportamentos. O limiar de potência e o comprimento de acoplamento foram obtidos. As conclusões sobre as cadeias foram feitas com base na análise dos resultados em função do número total de guias, do número de guias intermediários e periféricos e do arranjo de acoplamentos. Para o mesmo arranjo de acoplamento as mudanças nas transmitâncias foram significativas quando o número total de guias varia, pois diminuiu o comprimento de acoplamento e o limiar de potência aumentou com o número de guias. Cadeias com mesmo número total de guias, mas com arranjos de acoplamentos distintos apresentaram transmitâncias com nítidas diferenças nas cadeias do tipo aberta em relação às demais. O aumento do número de acoplamentos entre os guias levou a um aumento do valor do limiar de potência, enquanto os valores de comprimento de acoplamento não apresentaram variações significativas.