Desenvolvimento de algoritmos numéricos e interface gráfica aplicados à análise de guias de ondas planos através da abordagem de domínio espectral
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Data
2020-02-27
Autores
Menezes, João Paulo Crivellaro de
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Sistemas ópticos operando em altas frequências utilizam modulação externa do laser, em especial através de moduladores baseados no efeito eletroóptico linear, onde se aplicam guias de ondas de dimensões reduzidas com eletrodos planares. Assim, é importante e conveniente determinar as propriedades e a distribuição do campo elétrico modulador de modo a conhecer outras características da estrutura, como resposta em frequência e potência de modulação. Neste trabalho, isto foi feito através do método de abordagem de domínio espectral. Contudo, este método apresenta imprecisões em estruturas com assimetria de eletrodos, aplicando-se então o método das imagens, clássico no eletromagnetismo, aliado à técnica de abordagem de domínio espectral. Esta nova abordagem permite a obtenção de funções de base adequadas à análise de parâmetros como o campo elétrico, assim como os demais parâmetros característicos dos guias de ondas planos. Este trabalho apresenta esta abordagem e seus resultados comparando-os à simples translação das funções de base para estruturas simétricas, validando a técnica proposta, bem como se propõe a desenvolver um conjunto de rotinas numéricas utilizando para isso o software Matlab. Através do processo de desenvolvimento das rotinas numéricas são apresentadas as dificuldades e metodologias de solução para implementação do método automatizado. Além de permitir a automatização de todo o processo de cálculo, minimizando a interferência humana, neste trabalho também é desenvolvida uma interface gráfica através de um aplicativo para Matlab, de modo que o usuário possa obter todos os dados desejados, sem a necessidade de conhecimento da programação e sem o acesso direto às rotinas numéricas. Tais rotinas permitem cálculos para estruturas de até três camadas, com substrato isotrópico ou anisotrópico e assimetria de eletrodos. São efetuados testes para diversas estruturas da literatura, observando-se boa conformidade. Verificou-se que, mesmo estruturas com assimetria de eletrodos e com dimensões típicas de óptica integrada apresentaram resultados adequados, comprovando a eficiência do aplicativo e do método implementado.
Optical systems operating at high frequencies use external laser modulation, especially through modulators based on linear electrooptic effect, where reduced-size waveguides with planar electrodes are applied. This way, it is importante and convenient to determine the electric modulating field properties and distribution in order to know other structure characteristics, such as frequency response and modulation power. In this work, this was done using the spectral domain approach method. However, this method presents inaccuracies in structures with asymmetric electrodes, then applying the method of images, classic in electromagnetism, combined with the spectral domain approach technique. This new approach allows the obtaining of basis functions suitable for the analysis os parameters such as the electric field, as well as other flat waveguides characteristic parameters. This work presents this approach and its results comparing them to the simple translation of the basis functions to symmetrical structures, validating the proposed technique, as well as proposing to develop a set of numerical routines using Matlab software. Through the numerical routines developing process, difficulties and solutions methodologies for implementing the automated method are presented. In addition to allowing the automation of the entire calculation process, minimizing human interference, this work also develops a graphical interface through an applictaion for Matlab, so that the user can obtain all the desired data, without the need for knowledge of programming and with no direct access to direct routines. These routines use calculations for structures of up to three layers, with isotropic and anisotropic substrate and electrode asymmetry. Tests are performed for several structures in the literature, with good compliance. It was found that even structures with asymmetric electrodes and typical dimensions of integrated optics show recommended results, proving the efficiency of the applictaion and the method implemented.
Optical systems operating at high frequencies use external laser modulation, especially through modulators based on linear electrooptic effect, where reduced-size waveguides with planar electrodes are applied. This way, it is importante and convenient to determine the electric modulating field properties and distribution in order to know other structure characteristics, such as frequency response and modulation power. In this work, this was done using the spectral domain approach method. However, this method presents inaccuracies in structures with asymmetric electrodes, then applying the method of images, classic in electromagnetism, combined with the spectral domain approach technique. This new approach allows the obtaining of basis functions suitable for the analysis os parameters such as the electric field, as well as other flat waveguides characteristic parameters. This work presents this approach and its results comparing them to the simple translation of the basis functions to symmetrical structures, validating the proposed technique, as well as proposing to develop a set of numerical routines using Matlab software. Through the numerical routines developing process, difficulties and solutions methodologies for implementing the automated method are presented. In addition to allowing the automation of the entire calculation process, minimizing human interference, this work also develops a graphical interface through an applictaion for Matlab, so that the user can obtain all the desired data, without the need for knowledge of programming and with no direct access to direct routines. These routines use calculations for structures of up to three layers, with isotropic and anisotropic substrate and electrode asymmetry. Tests are performed for several structures in the literature, with good compliance. It was found that even structures with asymmetric electrodes and typical dimensions of integrated optics show recommended results, proving the efficiency of the applictaion and the method implemented.
Descrição
Palavras-chave
Guias de onda planos, Moduladores eletroópticos, Abordagem de domínio espectral., Flat waveguide, Electrooptic modulators, Spectral domain approach