Aplicação do método de abordagem de domínio espectral para análise de guias de onda planos em moduladores eletro-ópticos integrados com substratos de LNOI (Lithium Niobate Thin Film on Insulator) - Lemes, Andryos da Silva (2020)
A substituição da eletrônica convencional por componentes ópticos em aplicações de processamento óptico de sinal tem aumentado o interesse em integrar diferentes dispositivos fotônicos em um único chip. Por conseguinte, as pesquisas em circuitos fotônicos integrados têm se intensificado ao longo das últimas décadas. Desta forma, aumentou-se a necessidade de moduladores de fase óptica integrados que sejam escaláveis e de alta performance, com ampla largura de banda, compatibilidade com a fotônica baseada em silício e integração com a eletrônica CMOS. Neste contexto, o filme de Niobato de Lítio Sobre o Isolador (LNOI - Lithium Niobate Thin Film On Insulator) é uma plataforma promissora que surgiu e tem permitido a confecção de moduladores eletro-ópticos de maior eficiência. Sendo assim, neste trabalho aplica-se a consagrada técnica de Abordagem de Domínio Espectral (ADE) para a análise dos guias de onda planos em moduladores eletro-ópticos integrados com substratos de LNOI. As expressões de campo eletromagnético destes guias são obtidas e a formulação desenvolvida é submetida a testes, obtendo-se resultados em concordância com a literatura publicada. Os resultados numéricos indicam que o substrato de LNOI pode permitir a confecção de guias de onda CPW e CPS pouco dispersivos para uma faixa ampla de frequências e com impedâncias próximas de 50 Ω. Além disso, observou-se que a miniaturização do invólucro metálico pode estender a banda monomodo de operação quando comparada a dispositivos do tipo bulk. Mostrou-se que se pode obter moduladores eletro-ópticos com tensões de meia-onda de no máximo 5 V e com guias de onda de comprimentos inferiores ao da maioria dos dispositivos bulk comercialmente disponíveis. Verificou-se que a adição de uma camada de buffer-layer, além de evitar o contato da luz com os eletrodos, permite que se obtenham moduladores com bom casamento de velocidades entre o modo óptico e elétrico, o que resulta em modos fundamentais com respostas em frequência de modulação superiores a região monomodo. Por fim, os resultados sugerem que o modo-π fundamental do guia CPS possui curvas de dispersão pouco dispersivas até 1 THz, sendo que nos testes realizados não foram encontrados os gráficos típicos de transição modal que comumente estão associados às estruturas de óptica integrada. Desta forma, caso pesquisas futuras comprovem que não há acoplamento entre os modos fundamental e superiores, e garanta-se o estabelecimento de somente o modo fundamental no guia, poderia-se obter moduladores eletro-ópticos com respostas em frequência próximos a 900 GHz. Esta frequência está dentro da banda de terahertz, que é considerada a próxima fronteira para aplicações em sistemas de comunicação com banda extremamente larga.