A perspectiva de se utilizar a comunicação sem-fio, entre circuitos plasmônicos, parece ser uma alternativa interessante para comunicações de longas distâncias (em relação ao comprimento de onda de operação). Entretanto, essa abordagem parece ser, a princípio, também interessante, se considerarmos um cenário tal como mostra a Figura 4.3.
65
Figura 4.3. Representação genérica de comunicações intra e inter-chips.
Com base nesse cenário genérico, descrevendo possíveis esquemas de comunicação sem- fio tanto inter-chips quanto intra-chip (ou on-chip) podemos estender as discussões da sessão anterior e considerar que os chips podem ser em plataformas/tecnologias distintas.
Em um cenário, pode-se ter um circuito fotônico a base de silício comunicando-se com outro do mesmo tipo ou a base de nitreto de silício. Assumindo-se que ambos estejam alinhados em paralelo, essa comunicação poderia ser estabelecida pelos guias afunilados nos dois lados (conexão end-fire). Podendo essa comunicação ocorrer tanto intra [15] como inter-chips.
Outro cenário específico seria a comunicação entre circuitos plasmônicos tal como mostrado na Figura 4.1. Porém, um dos grandes diferenciais dessa perspectiva é a interligação entre tais circuitos de maneira mais generalizada ou seja, conectando circuitos plasmônicos com diferentes guias de onda, por exemplo: GPW, nano-fita, CPW, dentre outros. Por exemplo, podemos fazer a conexão entre os guias considerados nas seções 3.3 (nano-fita plasmônico) e na seção 3.4 (CPW) e conectá-los também por DRNAs. Além disso, podemos considerar, também, a interconexão entre diferentes guias com diferentes antenas. Por exemplo, uma DRNA conectada via enlace óptico a uma nanoantena dipolo.
Finalmente, é possível haver o cenário em que um chip fotônico com guias de onda dielétricos comunicando-se com outro chip composto por guias plasmônicos do tipo nano-fita, como mostra a Figura 4.4(a), ou por guias do tipo CPW, como mostra a Figura 4.4(b).
66 (a)
(b)
Figura 4.4. Representação de comunicação sem-fio entre circuitos integrados dielétricos e
67 CAPITULO 5
Considerações finais
Este trabalho fez um breve levantamento de algumas das tecnologias fotônicas voltadas à área das comunicações, desde as mais extensivamente adotadas, como é o caso das tecnologias da plataforma "fotônica de silício", bem como promessas de obtenção de circuitos mais compactos, como é o caso dos circuitos plasmônicos. Na tabela 2, é apresentada um breve comparativo entre algumas das tecnologias utilizadas no acoplamento entre dispositivos ópticos, com destaque nos dispositivos operando em sub-comprimento de onda.
Tabela 2. Comparativo de algumas abordagens para acoplamento óptico.
Abordagem Eficiência de acoplamento: baixa(<10%), média(10- 50%), alta(>50%) Dimensão: Compacto (<10um) ou grande(>10um) Acoplamento ou focalização em sub-comprimento de onda Acoplamento vertical ou lateral Ref. Tapered
dielectric Alta Ambos Não Lateral
[12], [85], [86] Tapered
metal Médio e alta Compacto Sim Lateral [87]–[93]
Tapered
metamaterial Baixo e médio Compacto Sim Lateral [94], [95]
Via
aproximação Alta Ambos Sim Lateral [96]–[101]
End-fire Alta Compacto Não Lateral [102]–[106]
Resonant
stub Alta Compacto Sim Lateral [107]–[109]
Lente
dielétrica Alta Grande Não Lateral [110]–[112]
Lente
plasmônica Media Compacta Sim Lateral [113]–[115]
Lente de
PhC N/A Compacta Sim Lateral [116]–[118]
Hiperlente Baixa ou média Compacta Sim Lateral [119]–[122] Espalhadores
aleatórios Baixo N/A Sim Ambas [123]
Nanoantena
metálica Média Compacta Sim Ambas
[6], [8], [24], [25]
68
De maneira geral, e de acordo com a tabela 2, podemos notar que o emprego de nanoantenas para acoplamento ou focalização em dispositivos plasmônicos embora não apresente uma alta eficiência de acoplamento, trata-se de uma alternativa interessante quando comparada às outras tecnologias nos quesitos: elevada compactação, operação em sub-comprimento de onda, e acoplamento tanto vertical quando horizontal. Além disso, para o caso do acoplamento de feixes ópticos à guias de onda plasmônicos, a utilização de nanoantenas metálicas tem se mostrado bastante interessante tanto pela integração direta ao guia (a antena é definida na mesma camada que o guia e com o mesmo material) quanto pela eficiência de acoplamento [6], [24], [25].
Com interesse especial nas nanoantenas, discutimos algumas de nossas propostas relacionadas às nanoantenas dielétricas ressonantes, e o seu emprego como elemento de conexão entre meios guiados do tipo plâsmônicos com feixes ópticos. Para isso, uma análise modal de dois tipos de guias plasmônicos, do tipo nano-fita e do tipo SPCPW, foi realizada de forma que foram destacadas suas diferenças e similaridades quando comparadas aos seus equivalentes no domínio de micro-ondas. Por fim, alguns projetos específicos de DRNAs foram apresentados por meio de parâmetros fundamentais de antenas.
A interconexão de guias plasmônicos foi analisada de maneira comparativa considerando o contato direto entre os guias ou a conexão sem-fio, via as DRNAs aqui propostas. Para uma situação genérica, considerando a operação em λ=1,55 m, observamos que acima de aproximadamente 42 m de distância, a conexão por DRNAs é mais eficiente do que a conexão direta por meio dos mesmos guias.
Por fim, muito avanço científico e tecnológico foi conseguido para as nanoantenas metálicas, porém as DRNAs estão apenas começando a despertar interesse para a comunidade científica. A possibilidade de utilização das mesmas como elementos chaves para acoplamento de feixes ópticos a guias plasmônicos específicos, como é o caso da nano-fita plasmônica e do SPCPW, podem possibilitar novas perspectivas não só para alimentação eficiente desses guias, como a possibilidade de realizar enlaces ópticos inter-chips. Neste sentido, há muito a se fazer em termo de propostas de fabricação e caracterização das mesmas para operação em frequências ópticas; tanto na escolha de materiais mais adequados para determinadas faixas de frequências quanto no desenvolvimento/utilização de técnicas de fabricação mais avançadas.
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