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.

Este trabalho apresenta um método desenvolvido pela autora para, através de simulações multifísicas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), servir como ferramenta de apoio ao projeto e fabricação de guias de onda e moduladores eletro-ópticos em óptica integrada, além de possibilitar a análise da performance de moduladores eletro-ópticos. A técnica adotada para a fabricação dos guias de onda ópticos foi a de tensão mecânica. Os parâmetros de geometria (espessura do filme e larguras das trincheiras) e de temperatura de deposição do filme são definidos nas simulações e utilizados no processo de fabricação de guias de ondas em óptica integrada, que servem de base para a fabricação de moduladores eletro-ópticos em substrato cristalino de retículo cúbico. As trincheiras dos guias de onda do tipo canal são construídas em Germanato de Bismuto (BGO - Bi4Ge3O12), a partir da deposição sobre o substrato de um filme fino indutor de tensão mecânica (stress) Nitreto de Silício (Si3N4) e definidas pelos processos de litografia óptica e corrosão seletiva por plasma. Os moduladores são obtidos através da deposição dos eletrodos de alumínio sobre o filme, seguida de Si3N4 dos processos de litografia óptica e corrosão, obtendo-se eletrodos. O processo iterativo proposto inicia-se com os resultados das simulações, em que são definidos os parâmetros de fabricação do filme, da trincheira e dos eletrodos. Após a fabricação desses elementos, o componente é caracterizado e são medidos os parâmetros reais filme e do substrato. Esses valores são realimentados nas simulações para refinar o projeto do componente. O trabalho, além de apresentar todos os passos do processo interativo de simulações, projeto, fabricação e caracterização do componente desejado, indica as dificuldades encontradas na implementação do processo e as atividades futuras a serem desenvolvidas para o aperfeiçoamento do mesmo. / This work presents a method developed by the author to support the project and fabrication of integrated optic waveguides and electro-optic modulators by means of Finite Element Method (FEM) multiphysics simulations, also enabling the electro-optic modulators performance analysis. The technique used for fabricating the optical waveguides was the thermally induced residual stress (ISS). The geometry parameters (film thicknesses and trenches widths) and the film deposition temperature are obtained in the simulations and subsequently used in the integrated optical waveguides fabrication process, which serve as a basic building block for the electrooptic modulators on crystalline cubic lattice substrate. The channel waveguide trenches are built on Bismuth Germanate (BGO Bi4Ge3O12) by depositing a Silicon Nitride (Si3N4) Stress-inducing thin film, being later defined by optical lithography and plasma etching process. Modulators are obtained depositing aluminum on the Si3N4 film followed by the optical lithography and corrosion process, defining electrodes. The proposed iterative process starts with the simulation results that define the fabrication parameters of the film, trench and electrodes. After the fabrication of these elements, the device is characterized and the actual parameters of the film and substrate are measured. These values are fed back into the simulations to refine the component design. The work besides presenting all the simulation-design-fabrication-characterization iterative process for obtaining the devised device also highlights the difficulties encountered in the implementation process along with suggestions of future activities aiming at improving it.

Este trabalho apresenta um método desenvolvido pela autora para, através de simulações multifísicas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), servir como ferramenta de apoio ao projeto e fabricação de guias de onda e moduladores eletro-ópticos em óptica integrada, além de possibilitar a análise da performance de moduladores eletro-ópticos. A técnica adotada para a fabricação dos guias de onda ópticos foi a de tensão mecânica. Os parâmetros de geometria (espessura do filme e larguras das trincheiras) e de temperatura de deposição do filme são definidos nas simulações e utilizados no processo de fabricação de guias de ondas em óptica integrada, que servem de base para a fabricação de moduladores eletro-ópticos em substrato cristalino de retículo cúbico. As trincheiras dos guias de onda do tipo canal são construídas em Germanato de Bismuto (BGO - Bi4Ge3O12), a partir da deposição sobre o substrato de um filme fino indutor de tensão mecânica (stress) Nitreto de Silício (Si3N4) e definidas pelos processos de litografia óptica e corrosão seletiva por plasma. Os moduladores são obtidos através da deposição dos eletrodos de alumínio sobre o filme, seguida de Si3N4 dos processos de litografia óptica e corrosão, obtendo-se eletrodos. O processo iterativo proposto inicia-se com os resultados das simulações, em que são definidos os parâmetros de fabricação do filme, da trincheira e dos eletrodos. Após a fabricação desses elementos, o componente é caracterizado e são medidos os parâmetros reais filme e do substrato. Esses valores são realimentados nas simulações para refinar o projeto do componente. O trabalho, além de apresentar todos os passos do processo interativo de simulações, projeto, fabricação e caracterização do componente desejado, indica as dificuldades encontradas na implementação do processo e as atividades futuras a serem desenvolvidas para o aperfeiçoamento do mesmo. / This work presents a method developed by the author to support the project and fabrication of integrated optic waveguides and electro-optic modulators by means of Finite Element Method (FEM) multiphysics simulations, also enabling the electro-optic modulators performance analysis. The technique used for fabricating the optical waveguides was the thermally induced residual stress (ISS). The geometry parameters (film thicknesses and trenches widths) and the film deposition temperature are obtained in the simulations and subsequently used in the integrated optical waveguides fabrication process, which serve as a basic building block for the electrooptic modulators on crystalline cubic lattice substrate. The channel waveguide trenches are built on Bismuth Germanate (BGO Bi4Ge3O12) by depositing a Silicon Nitride (Si3N4) Stress-inducing thin film, being later defined by optical lithography and plasma etching process. Modulators are obtained depositing aluminum on the Si3N4 film followed by the optical lithography and corrosion process, defining electrodes. The proposed iterative process starts with the simulation results that define the fabrication parameters of the film, trench and electrodes. After the fabrication of these elements, the device is characterized and the actual parameters of the film and substrate are measured. These values are fed back into the simulations to refine the component design. The work besides presenting all the simulation-design-fabrication-characterization iterative process for obtaining the devised device also highlights the difficulties encountered in the implementation process along with suggestions of future activities aiming at improving it.

Esta tesis doctoral trata acerca de los sistemas de compensación activos de conexión en paralelo utilizados para la mejora de la calidad del suministro eléctrico, y de la eficiencia energética en las redes eléctricas de distribución y en las instalaciones, a cuatro hilos. En la presente tesis se desarrolla un nuevo filtro o compensador activo de potencia con la capacidad de seleccionar los fenómenos a compensar, incluyéndose además algunas propuestas que, aplicadas a estos sistemas de compensación, permiten mejorar las prestaciones finales obtenidas. Se presentan las estrategias de compensación global más utilizadas en compensadores activos y se propone un método de compensación global basado en la norma IEEE Std. 1459-2000. Se realiza un estudio comparativo de las diferentes estrategias de compensación global. Para la obtención de un compensador selectivo, se proponen dos métodos diferentes para la descomposición de las corrientes de carga y la obtención de las corrientes de compensación. El primer método está basado en la utilización de las conductancias por fase y la conductancia equivalente del sistema trifásico. El segundo se basa en la descomposición de potencias propuesta en la IEEE Std. 1459-2000. Se presenta un análisis de cada uno de los métodos propuestos. Se presenta el análisis del sistema completo para la implementación del compensador selectivo propuesto. El sistema de control incluye, la utilización de la técnica de la ventana deslizante para la obtención de las corrientes de referencia, el desarrollo de un regulador de corriente de bajo coste computacional, el diseño del regulador para el control del bus dc y el desarrollo de un nuevo modulador vectorial tridimensional 3D-3B SVPWM. Finalmente, se presentan los resultados de simulación y experimentales del sistema de compensación diseñado, para diferentes tipos de cargas y condiciones de alimentación. Parte de estos resultados han sido presentados, entre otras, en las siguientes publicaciones: " S. O / Orts Grau, S. (2008). Sistema de compensación mediante filtro activo de potencia con sistema de obtención de las corrientes de referencia selectivo utilizando control 3D-3B SVPWM de la etapa de potencia. Aplicación a sistemas industriales a 4 hilos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3797 / Palancia