Renan Silva Santos

ANÁLISE DE UMA ESTRUTURA DE MÚLTIPLAS CAMADAS RECONFIGURÁVEL E SINTONIZÁVEL PARA OPERAÇÃO COMO MODULADOR/POLARIZADOR COMPATÍVEL COM TECNOLOGIA CMOS

Renan Silva Santos

Defesa

07 de maio de 2020, às 09:30 horas, Conference Web (https://conferenciaweb.rnp.br/webconf/maria-martinez)

Banca Examinadora

Presidente, Professora Dra. Maria Aparecida Gonçalves Martinez (CEFET/RJ) (orientadora)

Professora Dra. Maria Thereza Miranda Rocco Giraldi (IME)

Professor Dr. Hypolito Jose Kalinowski (UFF)

Professor Dr. Christiano Jose Santiago de Matos (MACKENZIE)

Professora Dra. Maria Jose Pontes (UFES)

RESUMO

          A crescente demanda por sistemas ópticos de alta capacidade, bem como a necessidade de miniaturização dos dispositivos levou a um crescente interesse nos últimos anos acerca dos dispositivos ópticos integrados. Neste contexto, a presente tese tem por objetivo apresentar uma proposta de estrutura versátil, compatível com o processo de fabricação CMOS e de fotônica em silício empregando grafeno, capaz de operar como modulador por eletroabsorção e polarizador passa-TE nos comprimentos de onda de 1310 e 1550 nm, dependendo do potencial químico aplicado ao grafeno. Ao longo do trabalho são apresentados conceitos acerca de guias de onda de múltiplas camadas com e sem perdas e envolvendo filmes metálicos. Neste contexto, são discutidos efeitos presentes neste tipo de estrutura e suas condições de aparecimento, como LMR (Losy Mode Resonance) e SPR (Surface Plasmon Resonance). Ainda, são discutidas as propriedades elétricas e ópticas do grafeno e sua modelagem como um material isotrópico ou anisotrópico. Estes conceitos são utilizados na análise de uma estrutura de múltiplas camadas empregando grafeno e que tem suas dimensões otimizadas para atuar simultaneamente como modulador e polarizador passa-TE nos comprimentos de onda de 1310 e 1550 nm. Na operação como modulador foram obtidas figuras de mérito (ER/IL – Razão de extinção/Perda de inserção) da ordem de 30 (para 1310 nm, no modo TE). Para o polarizador passa-TE, foi possível obter uma figura de mérito maior do que 40 (para 1310 nm). Por fim, a estrutura foi dimensionada de modo a obter uma estrutura única para operação nos dois modos simultaneamente. Ao variar-se a espessura do núcleo da estrutura de modo a otimizar o funcionamento da mesma, foi possível obter figuras de mérito maiores do que 20 para a estrutura única, com uma penalidade máxima inferior a 10% quando comparada com os casos das estruturas otimizadas para operação individual como polarizador passa-TE ou modulador.