dc.creator |
MEDEIROS, Marciano de Lima |
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dc.date.issued |
2023-04-19 |
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dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3892 |
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dc.description.abstract |
Research interest: In this dissertation, the coupling problem between silicon nanoguides
and the "outside world,"namely an optical fiber, was numerically investigated using
the FDTD method. The process of guiding light from the fiber into a nanoguide is referred
to as optical coupling, and the coupling problem arises from the dimensional incompatibility
between the conventional optical fiber core and the cross-sectional area of the
integrated nanoguides. Currently, this is one of the most significant challenges faced by
researchers in the field of silicon nanophotonics. Although the manufacturing of silicon
photonic devices has achieved high quality due to compatibility with CMOS fabrication
processes, the transition at the interface between the fiber and the nanoguide is characterized
by considerable insertion losses due to the coupling problem. Thus, solving this
problem holds great importance for the application of silicon photonic integrated circuits
in optical communications..
Objectives: The objective of this work is to address the coupling interface problem
between optical fibers and silicon nanoguides, using photonic crystal fibers instead of
conventional optical fibers. For this purpose, uniform Bragg gratings are employed as a
coupling technique, and the coupling efficiency to the photonic crystal fiber is investigated
through numerical simulations, considering the coupling angle, lattice parameters, as well
as the physical parameters of the fiber, specifically the air hole diameter. Therefore, this
study focuses on the examination, modeling, and optimization of the coupling technique
using Bragg gratings to achieve efficient coupling between photonic crystal fibers and silicon
nanoguides.
Results obtained: The simulations results show that efficient coupling can be achieved
between photonic crystal fibers and SOI waveguides. The coupling efficiency was investigated
based on two types of uniform Bragg couplers. The first one is a simple grating
coupler etched on the surface of a nanoguide integrated in the SOI platform. The second
one is a Bragg grating coupler with a bottom metallic reflector. In the latter, a gold
reflector was added to maximize the reflection at the oxide/substrate interface of the SOI
platform and reuse the radiated energy to the substrate. Efficiency simulations with the
standard coupler demonstrate a maximum coupling efficiency of 32.6% at a coupling angle
of 10◦. Meanwhile, a maximum coupling efficiency of 70.3% is demonstrated when the
reflector is added. Furthermore, an interesting dependence of the coupling efficiency on
the air hole diameter of the photonic crystal fibers has also been determined, indicating
that this parameter should be appropriately chosen to optimize the coupling efficiency. |
pt_BR |
dc.language |
por |
pt_BR |
dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
pt_BR |
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.subject |
Nanofotônica de silício |
pt_BR |
dc.subject |
Anoguias SOI |
pt_BR |
dc.subject |
Grades de Bragg |
pt_BR |
dc.subject |
Fibras de cristal fotônico |
pt_BR |
dc.subject |
Eficiência de acoplamento |
pt_BR |
dc.title |
Eficiência de acoplamento entre fibras de cristal fotônico e circuitos integrados fotônicos |
pt_BR |
dc.type |
Dissertação |
pt_BR |
dc.date.available |
2023-09-18 |
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dc.date.available |
2023-09-18T12:03:46Z |
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dc.date.accessioned |
2023-09-18T12:03:46Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/2628692420856172 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
SPADOTI, Danilo Henrique |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/8760117075106351 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 |
MEJÍA, Felipe Beltrán |
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dc.contributor.advisor-co1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/8371603251897972 |
pt_BR |
dc.description.resumo |
Interesse de pesquisa: Nesta dissertação, o problema do acoplamento entre nanoguias
de silício e o "mundo exterior", ou seja, uma fibra óptica, foi investigado numericamente
por meio do método FDTD. O processo de inserção de luz da fibra para um nanoguia é
chamado de acoplamento óptico. O problema de acoplamento surge da incompatibilidade
dimensional entre o convencional núcleo de fibra óptica e a seção transversal dos nanoguias
integrados. Atualmente, este é um dos problemas mais importantes enfrentados
pelos pesquisadores na área de nanofotônica de silício. Embora a fabricação de dispositivos
fotônicos de silício tenha alcançado alta qualidade devido à compatibilidade com
os processos de fabricação CMOS, a transição na interface entre a fibra e o nanoguia é
governada por consideráveis perdas de inserção devido ao problema de acoplamento. Portanto,
a solução deste problema é de grande importância para a aplicação dos circuitos
integrados fotônicos de silício nas comunicações ópticas.
Objetivos: O objetivo deste trabalho é abordar o problema de interface de acoplamento
entre fibras ópticas e nanoguias de silício, utilizando fibras de cristal fotônico em vez de
fibras ópticas convencionais. Para tal, são utilizadas redes de Bragg uniformes como técnica
de acoplamento, e a eficiência de acoplamento à fibra de cristal fotónico é investigada
através de simulações numéricas, considerando o ângulo de acoplamento, parâmetros de
grade, bem como os parâmetros físicos da fibra, nomeadamente o diâmetro dos furos de
ar. Portanto, este trabalho foca no estudo, modelagem e otimização da técnica de acoplamento
usando grades de Bragg para obter um acoplamento eficiente entre fibras de cristal
fotônico e nanoguias de silício.
Resultados obtidos: Os resultados das simulações mostram que um acoplamento eficiênte
pode ser obtido entre fibras de cristal fotônico e nanoguias SOI. A eficiência de
acoplamento foi investigada com base em dois tipos de acopladores de Bragg uniformes.
O primeiro é um acoplador de grade simples gravado na superfície de um nanoguia integrado
na plataforma SOI. O segundo é um acoplador de grade de Bragg com um refletor
metálico inferior. Neste último, um refletor de ouro foi adicionado para maximizar a
reflexão na interface óxido/substrato da plataforma SOI e reutilizar a energia irradiada
para o substrato. As simulações de eficiência com o acoplador padrão demonstram uma
eficiência máxima de acoplamento de 32.6%, em um ângulo de acoplamento de 10◦. Enquanto
isso, uma eficiência máxima de acoplamento de 70.3% é demonstrada quando o
refletor é adicionado. Além disso, determinou-se também uma interessante dependência
da eficiência de acoplamento em função do diâmetro dos furos de ar das fibras de cristal
fotônico, de modo que este parâmetro deve ser escolhido adequadamente para otimizar a
eficiência de acoplamento. |
pt_BR |
dc.publisher.country |
Brasil |
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dc.publisher.department |
IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação |
pt_BR |
dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Elétrica |
pt_BR |
dc.publisher.initials |
UNIFEI |
pt_BR |
dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA |
pt_BR |
dc.relation.references |
MEDEIROS, Marciano de Lima. Eficiência de acoplamento entre fibras de cristal fotônico e circuitos integrados fotônicos. 2023. 157 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2023. |
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