Projeto e caracterização de molécula fotônica com três anéis acoplados para aplicações em sensoriamento

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Saraiva, Nathan Gonzaga
Orientador(a): Barêa, Luís Alberto Mijam lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PPGEE
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/21431
Resumo: Photonic devices based on resonant cavities in the form of rings are capable of confining energy in the form of light, generating numerous applications such as compact optical sensors with high sensitivity. These cavities can be coupled forming an architecture with two or more rings, called Photonic Molecule (PM), in order to tune the resonances of the spectral response that no longer depend on the characteristics of a single cavity, breaking the intrinsic dependence between cavity radius, free spectral range and total quality factor, allowing compact and robust devices. In line with the immediate need to develop high sensitivity sensors and compact devices with low power consumption, this work aims to employ the unique properties of PMs and use a device with three coupled cavities, two of which are coupled inside an external cavity, which in turn is coupled to a waveguide. This PM will be simulated, fabricated and characterized on a silicon-on-insulator (SOI) platform, using standard-sized waveguides (450nm x 220nm), an outer ring with 20m radius and inner rings with equal radius of 9.4375m. The coupling distances between the inner rings and the outer ring must be equal to 150nm and the coupling distances between the outer ring and the waveguide buses must be equal to 200nm. This architecture will guarantee the generation of a spectrum that allows light to travel both clockwise and counterclockwise within the chip, increasing the possibilities of spectral control. As for application, detection windows opened over some specific regions of the PM will be used to guarantee displacements of resonances when light interacts with any target analyte positioned in these windows.
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spelling Saraiva, Nathan GonzagaBarêa, Luís Alberto Mijamhttp://lattes.cnpq.br/7929868663210908Ferreira, Paulo Henrique Diashttp://lattes.cnpq.br/35330013049267002025-02-21T17:32:02Z2024-12-19SARAIVA, Nathan Gonzaga. Projeto e caracterização de molécula fotônica com três anéis acoplados para aplicações em sensoriamento. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21431.https://hdl.handle.net/20.500.14289/21431Photonic devices based on resonant cavities in the form of rings are capable of confining energy in the form of light, generating numerous applications such as compact optical sensors with high sensitivity. These cavities can be coupled forming an architecture with two or more rings, called Photonic Molecule (PM), in order to tune the resonances of the spectral response that no longer depend on the characteristics of a single cavity, breaking the intrinsic dependence between cavity radius, free spectral range and total quality factor, allowing compact and robust devices. In line with the immediate need to develop high sensitivity sensors and compact devices with low power consumption, this work aims to employ the unique properties of PMs and use a device with three coupled cavities, two of which are coupled inside an external cavity, which in turn is coupled to a waveguide. This PM will be simulated, fabricated and characterized on a silicon-on-insulator (SOI) platform, using standard-sized waveguides (450nm x 220nm), an outer ring with 20m radius and inner rings with equal radius of 9.4375m. The coupling distances between the inner rings and the outer ring must be equal to 150nm and the coupling distances between the outer ring and the waveguide buses must be equal to 200nm. This architecture will guarantee the generation of a spectrum that allows light to travel both clockwise and counterclockwise within the chip, increasing the possibilities of spectral control. As for application, detection windows opened over some specific regions of the PM will be used to guarantee displacements of resonances when light interacts with any target analyte positioned in these windows.Dispositivos fotônicos baseados em cavidades ressonantes na forma de anéis são capazes de confinar energia na forma de luz, gerando inúmeras aplicações, tais como sensores ópticos compactos e com alta sensibilidade. Essas cavidades podem ser acopladas formando uma arquitetura com dois ou mais anéis, chamada de Molécula Fotônica (Photonic Molecule (PM)), capaz de sintonizar as ressonâncias presentes na resposta espectral dos dispositivos compostos por essas PMs. Dessa forma, esses dispositivos não dependem mais das características de uma única cavidade, quebrando a dependência intrínseca entre os raios das cavidades, o espaçamento espectral livre e o fator de qualidade total, garantindo aos dispositivos redução de dimensões e robustez. Alinhado com a necessidade imediata de gerar inovações científicas e tecnológicas para dispositivos capazes de garantir alta sensibilidade, com baixo consumo de energia e mais compactos, este trabalho visa demonstrar as propriedades únicas de PMs que empregam o acoplamento de três cavidades, sendo duas delas acopladas no interior de uma cavidade externa, que por sua vez está acoplada a um guia de onda. Essa PM será simulada, fabricada e caracterizada em uma plataforma de silício sobre isolante (Silicon-on-insulator (SOI)), empregando guias de onda de dimensões padrões (450nm x 220nm), um anel externo com raio 20m e anéis internos com raios iguais de 9,4375m. As distâncias de acoplamento entre os anéis internos e anel externo deverão ser iguais a 150nm e as distâncias de acoplamento entre o anel externo e os barramentos guia de onda iguais a 200nm. A proposta é provar que essa arquitetura garante a geração de um espectro que permite a luz viajar tanto no sentido horário quanto anti-horário dentro do chip, incrementando as possibilidades de controle espectral e sensoriamento em dispositivos fotônicos compactos. Por fim, com o objetivo de demonstrar aplicações dessa nova arquitetura, serão empregadas janelas de detecção abertas sobre algumas regiões específicas da PM para garantir deslocamentos de ressonâncias quando a luz interage com algum analito alvo posicionado nessas janelas.porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PPGEEUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessOptical sensorsPhotonic moleculeWaveguideResonant cavitiesENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::MATERIAIS ELETRICOSSensores ópticosMolécula fotônicaGuia de ondaCavidades ressonantesProjeto e caracterização de molécula fotônica com três anéis acoplados para aplicações em sensoriamentoDesign and characterization of photonic molecule with three coupled rings for applications in sensinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8905https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/baf9de35-54bf-4934-bced-45be7b6da609/download57e258e544f104f04afb1d5e5b4e53c0MD52falseAnonymousREADORIGINALDissertacao_NathanGonzagaSaraiva.pdfDissertacao_NathanGonzagaSaraiva.pdfapplication/pdf8931177https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/edb30ebf-c458-4dde-830f-f9fceae61ac8/download4603b50f72d6d6118c17167a2f782ea1MD51trueAnonymousREADTEXTDissertacao_NathanGonzagaSaraiva.pdf.txtDissertacao_NathanGonzagaSaraiva.pdf.txtExtracted texttext/plain108307https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/48ccbb66-51b8-4807-8205-e03665df8916/download3c095690350e31bf5284edf37f24e98dMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertacao_NathanGonzagaSaraiva.pdf.jpgDissertacao_NathanGonzagaSaraiva.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3928https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/aaedb691-2e63-4acb-b0d1-61a31fd950e5/downloade871da9d1efa5ea877a63c3ff1224bd1MD54falseAnonymousREAD20.500.14289/214312025-02-22 00:08:38.111http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21431https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-22T03:08:38Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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