Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-03-09T17:28:22Z No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-06-08T20:52:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-08T20:52:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Fundo Mackenzie de Pesquisa / This work presents studies and simulations of phase modulators in optical signals with the use of integrated components based on silicon photonics with graphene to improve the data transmission capacity (bandwidth) due to the increasing demand generated by new and modern last generation used in industries and residences nowaday. A brief description of the history of research on graphene, its characteristics and challenges in the area of phase modulation will be presented, emphasizing the applications with modulation by electro-refraction. Through numerical simulations, optical phase modulators based on silicon waveguides with graphene transferred on these guides were designed, quasi-TE and quasi-TM modes were evaluated. Although most graphene-based integrated modulators have been shown to operate in quasi-TE mode, this work demonstrates that the best performance achieved was for quasi-TM mode operation due to a higher concentration of the optical field in the region where the graphene is deposited on the waveguide. The best performance was achieved for a waveguide formed by silicon with 2 layers of graphene in its upper part, separated by a dielectric alumina material, with operation in the quasi-TM mode, with VpL of 0,5 V.mm and electro-optical bandwidth up to 2,85 GHz. / Este trabalho apresenta estudos e simulações de moduladores de fase para sinais ópticos utilizando componentes integrados baseados na fotônica do silício com grafeno visando atender à grande demanda de transmissão de dados (largura de banda) utilizados em indústrias e residências ultimamente. Será apresentada uma breve descrição do histórico de pesquisas sobre o grafeno, suas características e desafios na área de modulação de fase de sinais, dando ênfase às aplicações eletro ópticas com modulação por eletro-refração. Através de simulações numéricas foram projetados moduladores ópticos de fase baseados em guias de onda de silício com o grafeno transferido sobre esses guias, foram avaliados os modos quase-TE e quase-TM. Apesar de a maioria dos moduladores integrados baseados em grafeno que foram demonstrados trabalharem com operação quase-TE, neste trabalho demonstra-se que o melhor desempenho alcançado foi para o modo quase-TM devido a uma maior concentração do campo óptico na região onde o grafeno ´e depositado sobre o guia de onda. O melhor desempenho alcançado foi para um guia de onda formado por silício com 2 camadas de grafeno em sua parte superior, separadas por um material dielétrico de alumina, com operação no modo quase-TM, com VpL de 0,5 V.mm e largura de banda eletro óptica de até 2,85 GHz.

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-09-03T21:27:11Z No. of bitstreams: 2 ISRAEL AVANSI MARQUES.pdf: 3183643 bytes, checksum: 04b9d57a4cfc26900497e82d58eecbf5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-09-27T18:42:40Z (GMT) No. of bitstreams: 2 ISRAEL AVANSI MARQUES.pdf: 3183643 bytes, checksum: 04b9d57a4cfc26900497e82d58eecbf5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-27T18:42:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 ISRAEL AVANSI MARQUES.pdf: 3183643 bytes, checksum: 04b9d57a4cfc26900497e82d58eecbf5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-06-14 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Fundo Mackenzie de Pesquisa / Two-dimensional materials herald the coming of advances in many areas of Engineering, thanks to the peculiar physicochemical properties obtained when one isolates a single layer of minerals such as graphite and black phosphorus, for example. In the field of optical communications, graphene, composed by only one layer obtained from graphite, has been conquering prominence in applications regarding electro-optic modulators. Graphene exhibits potential to diminish the size and energy consumption of integrated photonic devices operating in the C-band of telecommunications (1550 nm), as well as to increase their transmission rates. The use of graphene on integrated photonics devices has been proposed and demonstrated with encouraging results concerning binary amplitude modulation. By means of computational simulations on COMSOL MultiPhysics v5.3 software, graphene-based electro-optical modulators for PAM-4 multilevel amplitude modulation with no requirement of digital-to-analog conversion (DAC) were designed in this work. The PAM-4 format allows a two-fold increase compared to the binary format without escalating the electro-optical bandwidth. Hence, modulation speeds higher than 200 Gbit/s are calculated from the fashioned devices with electro-optical bandwidths of 83,3 GHz. Recently, two-dimensional black phosphorus has also been explored for applications in modulators operating on the mid-infrared regime. Simulations were realized evaluating the use of black phosphorus on the 1550 nm wavelength regarding amplitude modulation for performance confrontation with graphene. It is shown that when compared with monolayer graphene, black phosphorus would display superior functioning if employed starting from a thickness corresponding to 12 layers. / Os materiais bidimensionais prometem avanços em diversas áreas da engenharia, graças às propriedades físico-químicas peculiares obtidas pela separação de uma única camada de minerais como por exemplo, o grafite e o fósforo negro. No campo das comunicações ópticas, o grafeno, composto por uma única camada atômica obtida a partir do grafite, tem angariado destaque em aplicações concernentes à modulação eletro-óptica. O mesmo mostra-se promissor para reduzir o tamanho, o consumo de energia e aumentar a taxa de transmissão de dados de dispositivos fotônicos integrados operando na banda C das telecomunicações (1550 nm). A utilização do grafeno em dispositivos fotônicos integrados tem sido proposta e demonstrada na plataforma da fotônica do silício com resultados promissores na modulação de amplitude binária. Por meio de simulações computacionais no software COMSOL MultiPhysics v5.3, foram projetados nesse trabalho moduladores eletro-ópticos baseados em grafeno para modulação de amplitude multinível PAM-4 sem necessidade de conversão digital-analógica (DAC). O formato PAM-4 permite dobrar a taxa de bits em relação ao formato binário sem aumento da banda eletro-óptica, dobrando assim a eficiência espectral. Logo, taxas de modulação maiores que 200 Gbit/s são calculadas nos dispositivos projetados com bandas eletro-ópticas de 83,3 GHz. Recentemente, o fósforo negro bidimensional também tem sido explorado para aplicações em moduladores operando no infravermelho médio. Simulações foram realizadas avaliando o uso de fósforo negro no comprimento de onda de 1550 nm para modulação de amplitude para confrontação de desempenho com o grafeno. Demonstra-se que quando comparado ao grafeno monocamada, o fósforo negro apresentaria uma performance superior se empregado a partir de uma espessura correspondente a 12 camadas.