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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-07022020-122016
Document
Author
Full name
Julian Humberto Sierra Perez
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Chávez, Marco Isaías Alayo (President)
Melo, Emerson Gonçalves de
Torres, Katia Franklin Albertin
Title in Portuguese
Desenvolvimento de guias de onda em estrutura pedestal para aplicações em óptica não-linear.
Keywords in Portuguese
Auto modulação de fase
Guias de onda
Microeletrônica (Processos)
Novos materiais
Óptica integrada
Óptica não-linear
Oxinitreto de silício
Pentóxido de tântalo
Abstract in Portuguese
Neste trabalho foram fabricados guias de onda ópticos em estrutura pedestal para realizar a medição do índice de refração não-linear em cinco diferentes materiais: Nitreto de Alumínio (AlN), Oxinitreto de Titânio (TiOxNy), Oxido de Titânio (TiO2), Oxinitreto de Silício (SiOxNy) e Pentóxido de Tântalo (Ta2O5). A escolha desses materiais se baseou em estudos realizados da literatura e nas características promissoras que eles apresentam em aplicações ópticas nãolineares. A técnica pedestal foi usada na fabricação dos guias de onda estudados neste trabalho, a mesma permite usar qualquer material como núcleo. Foi usado o óxido de silício (SiO2), com n de ~1,46, como cladding inferior, e ar, com n de 1 como cladding superior. As caracterizações ópticas consistiram nas medições de atenuação óptica usando a técnica de vista superior e nas medidas e cálculos de índice refração não-linear usando o alargamento espectral de pulsos ultracurtos, através do fenômeno não-linear da Auto Modulação de Fase (SPM). Os resultados mostraram que as atenuações ópticas nos guias de onda variaram de 1,8 dB/cm a 3,69 dB/cm para os guias com núcleo de SiOxNy, e de 0,1 dB/cm a 2,39 dB/cm para os guias com núcleo de Ta2O5. As medidas de índice de refração não-linear foram realizadas só nos guias que apresentaram menores atenuações ópticas obtendo valores de 4,02?10-20 m2/W para o SiOxNy e de 5,164?10-19 m2/W para o Ta2O5. Esses resultados mostram que os dois materiais, especialmente o Ta2O5, sejam considerados altamente promissores para sua utilização na fabricação de dispositivos ópticos com características ópticas não-lineares.
Title in English
Development of pedestal waveguides for nonlinear optics applications.
Keywords in English
Integrated optics
Nonlinear optics
Novel materials
Self-phase modulation
Silicon oxynitride
Tantalum pentoxide
Waveguides
Abstract in English
In this work, optical waveguides were manufactured in pedestal structure to measure the nonlinear refractive index in five different materials: Aluminum Nitride (AlN), Titanium Oxynitride (TiOxNy), Titanium Oxide (TiO2), Silicon Oxynitride (SiOxNy) and Tantalum Pentoxide (Ta2O5). The choice of these materials was based on the results found in the literature and the promising characteristics that these had for nonlinear optical applications. The pedestal technique was used in the fabrication of the waveguides studied in this work, which allows using any material as a core of devices. Silicon oxide (SiO2) with n of ~1.46 was used as bottom cladding and air with n of 1 as top cladding. Optical characterizations were done as optical attenuation measurements using the top view technique and nonlinear refractive index measurements using ultrashort pulse spectral broadening, through the nonlinear phenomenon of Self-Phase Modulation (SPM). The results showed that optical attenuation in waveguides ranged from 1.8 dB/cm to 3.69 dB/cm for SiOxNy core waveguides, and from 0.1 dB/cm to 2.39 dB/cm for waveguides with core of Ta2O5. Measurements of nonlinear refractive index were performed only in the guides that presented lower optical attenuations obtaining values of 4.02·10-20 m2/W for SiOxNy and of 5.164·10-19 m2/W for Ta2O5. These results show that both materials, especially Ta2O5, are considered highly promising for it use in the fabrication of optical devices with nonlinear optical characteristics.
 
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Publishing Date
2020-02-07
 
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