Extensão do método das diferenças finitas para o projeto e modelagem de dispositivos ópticos utilizando meios com propriedades diversas

• Ano de defesa: 2004
• Autor(a) principal: Alcantara, Licinius Dimitri Sá de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Anisotropic materials; Dispositivos ópticos integrados; FD-BPM method; FDTD method; Guided optics; Integrated optical devices; Meios anisotrópicos; Meios não-lineares; Método FD-BPM; Método FDTD; Nonlinear materials; Óptica guiada
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18133/tde-08102015-110001/

Este trabalho tem por objetivo a extensão de métodos numéricos baseados em diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) e no domínio da freqüência (FD-BPM) para a simulação da propagação de ondas eletromagnéticas em materiais com propriedades ópticas diversas, por exemplo, isotrópicos, anisotrópicos, lineares, não-lineares, bem como a combinação destes em uma mesma estrutura. Inicialmente foram elaborados formalismos bidimensionais (FDTD e FD-BPM), dos quais foram investigados modos com polarização TM (Magnético Transversal) que se propagam em estruturas planares magnetoópticas/não-lineares/lineares. Esta polarização foi escolhida tendo em vista o campo magnetostático dc adotado, o qual possibilitou a observação do fenômeno não-recíproco associado ao não-linear simultaneamente. Por outro lado, é bem sabido que o método FDTD é computacionalmente muito intensivo. Portanto, um grande esforço foi dedicado aos formalismos no domínio da freqüência, os quais foram implementados em duas e três dimensões. Este último foi estendido para um formalismo totalmente vetorial, capaz de simular modos híbridos ou até mesmo a transferência de energia entre modos de polarizações ortogonais. Isto nos permitiu investigar geometrias ainda mais complexas, tais como um isolador óptico baseado em um guia de onda tip rib utilizando material magnetooptico. Adicionalmente, fenômenos de natureza complexa, tais como a dinâmica dos condensados de luz em materiais com não-lineares do tipo Kerr com saturação, também conhecidos como meios não-lineares cúbico-qüínticos, foram investigados pela primeira vez com um formalismo vetorial. Finalmente, métodos numéricos capazes de considerar qualquer combinação de materiais com propriedades ópticas distintas (linear e/ou não-linear e/ou magnetoóptico) são uma ferramenta extraordinária para a comunidade científica para o projeto de novos dispositivos ópticos, bem como a investigação de novos efeitos físicos com vistas à aplicações em computação óptica, que podem resultar em um menor e mais eficiente número de componentes para sistemas de comunicações ópticos.