Neste trabalho, buscamos construir uma ferramenta de projeto de microrressonadores em anel acoplados, também chamados moléculas fotônicas. Nosso intuito desde o começo foi de sistematizar a análise desses filtros espectrais para a realização da engenharia espectral de suas transmissões.
Destacamos uma ampla revisão e comparação do Método de Matriz de Espalhamento e da Teoria de Modos Acoplados, uma capacidade de sistematização ao introduzir a regra de Mason para o projeto de microanéis acoplados e a reavaliação da descrição de modos escuros para acoplamento de microanéis em paralelo. Da revisão, um dos principais resultados foi demonstrar a ineficácia da CMT na descrição dos modos acoplados do tripleto de ressonâncias, possibilitando inferir que este método possui premissas mais fortes em relação ao SMM. Além disso, fica claro que, no aspecto dinâmico, CMT é mais abrangente que SMM, pois considera, além da transmissão em estado estacionário (i. e., regime permanente), o transiente do espectro de transmissão dessas moléculas fotônicas, que é uma resposta necessária no estudo de moduladores.
A utilização do método de grafos e da Regra de Mason para a descrição da resposta espectral das moléculas fotônicas alavancou consideravelmente nosso entendimento do procedimento de SMM. Graficamente, ela permite compreender de uma única vez as diferentes combinações de caminhos óticos executados pela luz no interior das cavidades; matricialmente, ela é uma ferramenta poderosíssima para soluções analíticas de transmissão, além de providenciar uma análise da potência ótica no interior de cada cavidade. Isto eleva a descrição de SMM ao mesmo patamar de facilidade de compreensão que CMT, i. e., relaciona uma determinada ressonância à combinação de intensidades e fases do campo eletromagnético em cada anel. Juntou-se a isso a já conhecida análise de zeros e polos para filtros e assim, pudemos obter nossa ferramenta de design, que norteia quais mudanças devem ser feitas nos acoplamentos, posições de ressonâncias e/ou perdas intrínsecas para se obter o perfil de transmissão desejado.
Com esta ferramenta em mãos, tornou-se imediata a comparação quantitativa dos espectros de transmissão de cada uma das teorias (CMT e SMM) e as divergências como no caso do tripleto da seção 4.3 passaram a ganhar cada vez mais foco. A incompatibilidade de CMT para descrever a resposta permanente deste tipo de molécula fotônica representa um
obstáculo para alguns projetos futuros do LPD, em particular o realizado pelo estudante de doutorado Mário de Souza, sobre moduladores de moléculas fotônicas. Esta incompatibilidade ainda é tema de estudos intensos em nosso grupo, com várias proposições de correções à teoria para corresponder ao espectro experimental (todas elas incorretas, até o momento). Este é um dos temas que o autor pretende continuar avançando em seus estudos de doutorado.
Duas outras perspectivas de trabalhos são frutos desta dissertação. A primeira, uma cooperação com o aluno de iniciação científica do LPD, Carlos Gois, corresponde a estender os conceitos aqui estudados para cavidades mais complexas, e, em particular, para aquelas com propriedades de bilhares caóticos quânticos (soluções ondulatórias para ressonadores cuja fronteira fornece soluções caóticas quando estudadas por traçado de raios, i. e., classicamente). A outra segue a direção de utilização de meios ativos, como alumina dopada a érbio ou outras plataformas, no intuito de aprofundar o tema “Simetria de Paridade Espaço-Temporal (PT Symmetry)”, recorrente nos últimos trabalhos de microcavidades fotônicas.
Nosso intuito com o presente trabalho é de apresentar uma referência sólida para o correto projeto de dispositivos fotônicos que utilizem múltiplas microcavidades em sua arquitetura. Esperamos ter alcançado este objetivo ao longo da dissertação apresentada.
Por fim, segue uma lista de nossas contribuições a revistas, periódicos e anais de congresso, resultado de nossos trabalhos ao longo do curso de Mestrado em Física:
1. de Rezende, G. F. M.; Souza, M. C. M. M.; Frateschi, N. C. Limitations of
Coupled Mode Theory to Model Coupled Microresonators “Dark States”. In: 30th Symposium on Microelectronics Technology and Devices (SBMicro), 2015, Salvador. 2015, SBMICRO, 2015 p. 1-4. 109
2. Souza, M. C. M. M.; Rezende, G. F. M.; Barea, L. A. M.; Von Zuben, A. A. G.; Wiederhecker, G. S.; Frateschi, N. C. Spectral engineering with coupled microcavities: active
control of resonant mode-splitting. Optics Letters, v. 40, p. 3332, 2015.
3. Souza, M. C. M. M.; Barea, L. A. M.; Vallini, F.; Rezende, G. F. M.; Wiederhecker, G. S.; Frateschi, N. C. Embedded coupled microrings with high-finesse and
4. Barea, L. A. M., Souza, M. C. M. M.; Rezende, G. F. M.; Frateschi, N. C.
Photonic molecules for optical signal processing. In: 2014 IEEE Photonics Conference (IPC),
2014, San Diego. 2014 IEEE Photonics Conference, 2014. p. 54.
5. Souza, M. C. M. M.; Barea, L. A. M., Souza; Vallini, F.; Rezende, G. F. M.; Wiederhecker, G. S.; Frateschi, N. C. Low-power four-channel wavelength multicasting in
embedded microring resonators. In: CLEO: Science and Innovations, 2014, San Jose. CLEO:
2014, 2014. p. SW3M.6.
6. Barea, L. A. M.; Vallini, F.; Rezende, G. F. M.; Frateschi, N. C. Spectral
Engineering with CMOS Compatible SOI Photonic Molecules. IEEE Photonics Journal, v. 5, p.
1-1, 2013.
7. Barea, L. A. M., Souza; Vallini, F.; Rezende, G. F. M.; Frateschi, N. C. Compact Photonic Molecules Based on Internally Coupled Microring Resonators. In: Frontiers in Optics, 2013, Orlando. Frontiers in Optics 2013, 2013. p. FTu3A.18.
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