Photonic biosensors have gained much attention recently due to their high sensitivity, low energy consumption and miniaturization capability; in the near future, these sensors will form the basis of the so-called Lab on a Chip: a device capable of performing accurate clinical analyzes in a single chip and in any location, being of great help in countries with few resources for disease detection. There are several configurations for biophotonic sensors ranging from fiber-optic based systems, waveguides, resonators, to nanoparticles and photonic crystals, to name a few. In spite of this great diversity, constituted by dielectric or metallic media, these devices can be classified in two broad categories: those that require previous mode coupling and those that do not. The purpose of this dissertation is to study the devices of the second category, focusing on the so-called quasi-guided modes, presenting the physical phenomena involved and the main tools used to evaluate their performances. Therefore, using numerical simulations, present a comparative study between dielectric and metallic systems. Finally, a dielectric based biosensor is proposed, aiming on obtaining the similar performances of devices based on metal.

Biosensores fotônicos tem ganhado muita atenção recentemente devido a sua alta sensitividade, baixo consumo de energia e capacidade de miniaturização; em um futuro próximo, esses sensores formarão a base do chamado Laboratório em um chip: um dispositivo capaz de executar com acurácia análises clínicas em um único chip e em qualquer local, sendo de grande ajuda a países com recursos escassos na detecção de doenças. Existem diversas configurações de sensores biofotônicos, variando desde sistemas baseados em fibras-óticas, guias de onda, ressonadores, até nanopartículas e cristais fotônicos, para nomear alguns. Apesar de sua grande diversidade, constituindo-se por meios dielétricos ou metálicos, esses dispositivos podem ser classificados, de modo geral, em duas categorias: os que requerem acoplamento prévio do modo e aquelas de não requerem. O intuito dessa dissertação é estudar esses dispositivos da segunda categoria, focando nos chamados modos quase-guiados, apresentando os fenômenos físicos envolvidos e as principais ferramentas de avaliação da sua performance. Portanto, utilizando de simulações numéricas, apresentar um estudo comparativo entre os sistemas dielétricos e metálicos. Por fim, propor um biosensor baseado em meio dielétrico, com objetivo de atingir rendimento similar aos dispositivos baseados em metais.