TE-281 Modelagem Numérica Aplicada à Nanofotônica Aula FEV RESUMO: Miscelânea Motivação

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1 TE-281 Modelagem Numérica Aplicada à Nanofotônica Aula FEV 2016 RESUMO: Miscelânea Motivação

2 TE-281 Modelagem Numérica Aplicada à Nanofotônica Prof. VILSON Rosa de Almeida MOTIVAÇÃO GERAL (NANOFOTÔNICA): Redução de dimensões de sistemas ópticos Aumento de eficiência & redução de potência Funcionalidades alternativas e/ou complementares às dos circuitos eletrônicos Amplo e crescente uso em dispositivos comerciais RESTRIÇÃO DO ESCOPO DO CURSO: Dispositivos que não geram radiação óptica Materiais convencionais e passivos

3 Miscelânea Homepage TE-281: Atualização após as aulas: arquivos não serão alterados após upload Uso de softwares: Matemáticos: MathCAD e/ou MATLAB. Fotônica: WGMODE e/ou LUMERICAL-MODE Comunicação de assuntos do curso: RESUMO DESCRITIVO: Entrega de Listas de Exercícios: Em formato eletrônico, enviado via . Alternativamente, em último caso, pode ser impressa. Prazo: até 1 fs antes da aula seguinte; há penalidade por demora Ementa complementar: a ser definida pela demanda dos alunos.

4 Miscelânea Alunos Matriculados: Cap Romildo Henrique de Souza (DI) William Albertassi dos Santos (DI) Telefone e para contato Linhas de Pesquisa Definição de Local-Data-Horário para TE-281 IEAv-ENU, às 2 as -feiras, de 14:00 às 16:45 Alternativa: IEAv-EFO, 5ª feira, de 14:00 às 16:45

5 MOTIVAÇÃO: Dispositivos Integrados Ópticos Dispositivos Passivos: Guias de onda Curvas Divisores de feixe Interferômetros em geral Filtros ópticos Cavidades ressonantes Dispositivos Ativos: Moduladores de fase/amplitude Switches e roteadores Materiais: LiNbO 3 ; Vidros; Silício; SiN x O y ; etc

6 MOTIVAÇÃO: Silicon Photonics (Fotônica em Silício)

7 MOTIVAÇÃO: Silicon Photonics (Fotônica em Silício)

8 MOTIVAÇÃO: TFPS (Thin Film Polymer on Silicon) Silicon Photonics (Fotônica em Silício) BR Gb/s MZ Modulator BR Gb/s MZ Modulator

9 MOTIVAÇÃO: Cavidade em Anel (Ring Resonator) Ultracompact optical buffers on a silicon chip, F. Xia et al., Nature Photonics, v.1, pp , Jan

10 MOTIVAÇÃO: Cavidade em Anel (Ring Resonator) w = 450 nm, h = 250 nm, g = 250 nm, r = 5 µm Anel Simples

11 MOTIVAÇÃO: Cavidades em Anel (Persiana Structure) Fonte: Tese de Doutorado de William Fegadolli Heaters: 200 nm thick (NiCr) and 2.5 um wide Feed line: 5 nm / 270 nm (Titanium/Gold) PECVD SiO2 deposition: 2 um Si waveguides: 400 nm wide 220 nm thick Resistance = 700 Ω 5 um NiCr 10 um NiCr

12 MOTIVAÇÃO: Cavidades em Anel (Persiana Structure) Fonte: Tese de Doutorado de William Fegadolli W. S. Fegadolli et al., Experimental demonstration of a reconfigurable silicon thermo-optical device based on spectral tuning of ring resonators for optical signal processing, Opt. Express, v.22, n.3, pp (2014).

13 Coffee Break

14 MOTIVAÇÃO: Nanofotônica em Silício Linha de Pesquisa desde 2001: aaa

15 Nanofotônica em Silício Pesquisa Recente: W. S. Fegadolli et al., Experimental demonstration of a unidirectional reflectionless parity-time metamaterial at optical frequencies, Nature Materials v.12, pp (2013). W. S. Fegadolli et al., Athermal Silicon Slot Waveguide With an Ormocomp Polymer Overlayer, IEEE PTL, v.26, n.14, pp (2014).

16 Nanofotônica em Silício Pesquisa Recente: W. S. Fegadolli et al., Experimental demonstration of a unidirectional reflectionless parity-time metamaterial at optical frequencies, Nature Materials v.12, pp (2013). W. S. Fegadolli et al., Athermal Silicon Slot Waveguide With an Ormocomp Polymer Overlayer, IEEE PTL, v.26, n.14, pp (2014).

17 MOTIVAÇÃO: Nanofotônica em Silício Pesquisa Recente: W. S. Fegadolli et al., Thermally Controllable Silicon Photonic Crystal Nanobeam Cavity without Surface Cladding for Sensing Applications, ACS Photonics, v.2, pp (2015).

18 MOTIVAÇÃO: Nanofotônica em Silício Slot-Waveguide: n C True eigenmode > 40% of light guided in a narrow low-index/void slot h n H w h n S w s n H w h y z x 1.0 w h = 180 nm w h = 180 nm n H = 3.48 n H = 3.48 Color scale n C = n S = 1.46 w S = 50 nm V. R. Almeida, Q. Xu, C. A. Barrios, and M. Lipson, Optics Letters v. 29, pp , Q. Xu, V. R. Almeida, R. R. Panepucci, and M. Lipson, Optics Letters v. 29, pp ,

19 MOTIVAÇÃO: Nanofotônica em Silício Forças Ópticas e Efeito Casimir Significativas apenas em estruturas com alto confinamento óptico e de pequenas dimensões. n C Janderson R. Rodrigues h n Doutorando ITA (2/2014) H n S n H Forças Ópticas (Gradiente Óptico) w s w h w h y z x Efeito Casimir A. W. Rodriguez, Classical and fluctuation-induced electromagnetic interactions in micron-scale systems: designer bonding, antibonding, and Casimir forces, Ann. Phys. (Berlin) 527, No. 1 2, (2015).

20 MOTIVAÇÃO: Nanofotônica em Silício Forças Ópticas e Efeito Casimir - Maxwell Stress Tensor F Opt ( g, P) = 1 c dn eff dg PL ω

21 MOTIVAÇÃO: Nanofotônica em Silício Forças Ópticas e Efeito Casimir

22 MOTIVAÇÃO: Dispositivos Integrados Ópticos Simulações e Experimentos Acoplamento fibra óptica para guia de onda integrado Cavidade em anel em ressonância Cavidade em anel em outra ressonância Cavidade em anel em dupla ressonância Cavidade em anel reduzida em ressonância Cavidade em anel com pulso de luz Refletor Integrado Junção em Y tradicional Junção em Y otimizada Cavidade em anel varredura em comprimento de onda

23 Avisos Finais Próxima Aula (29 FEV 2016 às 14h): Revisão Geral Equações de Maxwell Onda Plana em Meio Dielétrico Propriedades gerais em Interfaces Dielétricas Fórmulas de Fresnel Reflexão interna total Guias de ondas dielétricos Guia de ondas tipo Slab simétrico Abordagem por óptica geométrica Velocidade de Fase (v p ) versus Velocidade de Grupo (v g ) Leitura sugerida: Fundamentals of Optoelectronics, C. R. Pollock, Capítulos 1 e 2