TE-281 Modelagem Numérica Aplicada à Nanofotônica Aula AGO 2018

• MISCELÂNEA:

• Aulas do bimestre encerram na aula de 17/09

• Licenças LUMERICAL: MODE, FDTD & INTERCONNECT

• Lista de Exercícios #03: entrega até 1 fs antes da aula de hoje.

• Listas #01 & 02:

• No cálculo numérico de n

_g

, usar   1 nm

• Óptica Geométrica não deve ser usada para cálculos além da Lista #01

• RESUMO:

• Guias Slab Multicamadas – Método TMM

• Dispositivos Ópticos Integrados

TE-281

Modelagem Numérica Aplicada à Nanofotônica

Aula 05 – 27 AGO 2018

3

 Exemplo de Slab de 5 Camadas: Slot-Waveguide

 Slot-Waveguide Simétrico – “força bruta”

 Transmission Matrix Method (TMM)

 Também chamado de Transfer Matrix Method (TMM).

 Método matricial usado para solução de guia Slab Multicamada.

 TMM “transfere” os campos (E,H) entre as interfaces do slab.

 Aplicável, via discretização, a guias de ondas de perfil de índice de refração com variação gradual (distribuído, não-discreto).

 Extensível a dispositivos com perfil de índice variável na direção (longitudinal) de propagação (e.g., grades de Bragg).

 Aplicável a qualquer função de onda (e.g., acústica, eletrônica) em meio “slab” com condições de contorno multicamadas.

Guias Slab Multicamadas

Adobe Acrobat Document

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 



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



1 1

1

1 2 2 2 0

0 2 0

Método TMM ^{Modo TM}

i-ésima camada

Campo Confinado

Fonte: ELEMENTS OF PHOTONICS, Volume II, Iizuka, Capítulo 9, Wiley (2002)

   

 

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Slab Assimétrico via TMM (Modo TM)

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1

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



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

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2

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Fonte: ELEMENTS OF PHOTONICS, Volume II, Iizuka, Capítulo 9, Wiley (2002) Substrate

Modo TM

Fonte: ELEMENTS OF PHOTONICS, Volume II, Iizuka, Capítulo 9, Wiley (2002)

Transmission Matrix Method (TMM)

 

 

 

     

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D C

B A

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x Z x

x x x

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n Z j

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E x H

n n k

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N N y N N

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

Confinamento (n

_i

>n

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)

Evanescência Interna (n

_i

<n

_eff

)

Evanescência Externa (n

_i

<n

_eff

)

Equação Característica

A, B, C e D aqui são

distintos dos do slide anterior!

Modos Guiados TM

Slab Multicamada Simétrico

Solução Simétrica Par

Solução Simétrica Ímpar

Fonte: ELEMENTS OF PHOTONICS, Volume II, Iizuka, Capítulo 9, Wiley (2002)

[T

_i,conf

] [T

_i,evan

]

H

_y

(0)= 0

y

Exemplo de Identificação de Campos - TMM

Confinamento

Evanescência Interna

 

 

 

     

 

     

 

 

 

2 2 2 0

0

1 1

1 1

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1 1

1 1

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



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



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

 

 

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     

 

     

 

 

2 2 2 0

0

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

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i i i

i i z

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i i i i

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n n n k

Z j

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xi xi e Ti

x x x

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x Z x

x x x

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







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,

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

Evanescência Externa

 

^{ }

 

^{ }

   

   





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



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

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1 1

2 2 2 0

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0 2 0 2 0

0 0

0 0

0

;

;

1 0 0

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N z N eff N

N N N

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x H Z x

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x H Z x E n

n n k

Z j

Fe x H

Ge x H

N N

, ,

, ,

, ,

;

;

 



 







sin( j  ) = j sinh(  ) cos( j  ) = cosh(  )

Modo TM

Guias de Perfil Multicamada via TMM Genérica

sin( j  ) = j sinh(  )

cos( j  ) = cosh(  )

Coffee Break

Fonte: Fundamentals of Photonics, Saleh & Teich, Capítulo 6, Wiley (2007)

Fonte: ELEMENTS OF PHOTONICS, Volume II, Iizuka, Capítulo 9, Wiley (2002)

H. Subbaraman et al., “Recent advances in silicon-based passive and active optical interconnects”, Optics Express, v.1, n.1, pp.2487-2511 (2015).

H. Subbaraman et al., “Recent advances in silicon-based passive and active optical interconnects”, Optics Express, v.1, n.1, pp.2487-2511 (2015).

H. Subbaraman et al., “Recent advances in silicon-based passive and active optical interconnects”, Optics Express, v.1, n.1, pp.2487-2511 (2015).

H. Subbaraman et al., “Recent advances in silicon-based passive and active optical interconnects”, Optics Express, v.1, n.1, pp.2487-2511 (2015).

Interferência MultiModal (MMI)

Optical Filter Design and Analysis, C. K. Madsen And J. H. Zhao, John Wiley & Sons, Inc., 1999

L. D. Tzuang et al., “Non-reciprocal phase shift induced by an effective magnetic flux for light”, Nature Photonics, v.8, n.9, pp.701-705 (2014).

H. Subbaraman et al., “Recent advances in silicon-based passive and active optical interconnects”, Optics Express, v.1, n.1, pp.2487-2511 (2015).

Q. Deng, Lu Liu, X. Li, and Z. Zhou, “Strip-slot waveguide mode converter based on symmetric multimode interference”, Optics Letters, v. 39, n.19, pp.5665-5668 (2014).

http://www.nature.com/nphoton/journal/v9/n6/full/nphoton.2015.69.html

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=algoritmo- reverso-projeta-processadores-luz&id=010110150608&ebol=sim#.VeiQvZdBl79

Inverse design and demonstration of a compact and

broadband on-chip wavelength demultiplexer

http://phys.org/news/2012-11-metamaterials-optics-microchip.html

http://lightwave.ee.columbia.edu/?s=research&p=past_projects

http://techglimpse.com/ibms-silicon-integrated-nanophotonics-icon-light-pulses-move-data-blazing-speeds/

https://www.ntt-review.jp/archive/ntttechnical.php?contents=ntr201302fa7.html

http://spie.org/x104683.xml

http://nanophotonics.labs.masdar.ac.ae/research.htm

http://uuu.t.u-tokyo.ac.jp/eng/

http://www.intel.com/content/www/us/en/research/intel-labs-silicon-photonics-research.html

http://researcher.watson.ibm.com/researcher/view_group_subpage.php?id=2763

www.cpqd.com.br/noticias/ministro-ricardo-berzoini-inaugura-instalacoes-industriais-da-brphotonics/?utm_campaign=fatos_325&utm_medium=email&utm_source=RD+Station

http://brphotonics.com

http://www.eecs.berkeley.edu/Research/Projects/Data/107125.html

http://www.aimphotonics.com/

American Institute for Manufacturing Integrated Photonics (AIM Photonics)

Foundries

Curso “EAD” em Silicon Photonics EBL Fabrication (UBCx)

https://edge.edx.org/courses/UBCx/Photonics101/P1/about https://youtu.be/5xjlrzFEfmw

Janderson & Liangrid (2018)

Curso “EAD” em Silicon Photonics EBL Fabrication (UBCx)

https://edge.edx.org/courses/UBCx/Photonics101/P1/about; https://youtu.be/5xjlrzFEfmw

Janderson &

Liangrid (2018)

Grupo de Nanofotônica em Silício (ITA & IEAv)

Grupo de Nanofotônica em Silício (ITA & IEAv)

Ring Resonator

Nanobeam Cavity

12 m

20 m

Nanofotônica em Silício – Dispositivos Disponíveis

CTI – Roberto Panepucci (fabricados no IMEC)

IMEC 1 CTI.gds (Linha de comando)

Avisos Finais

• Listas de Exercícios

• #03: entrega até 1 fs antes da aula de hoje.

• #04: em breve

• Próxima Aula (03 SET 2018):

• Acoplador Direcional

• Ortogonalidade e Completeza dos Modos

• Dispersão Material

• Mecanismos de Perdas em Guias de Ondas