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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Simulações de optomecânica Brillouin em microcavidades e guias de onda
Title Alternative: Brillouin optomechanical simulations in microcavities and waveguides
Author: Valenzuela Espinel, Yovanny Alexander, 1981-
Advisor: Wiederhecker, Gustavo Silva, 1981-
Abstract: Resumo: O controle simultâneo das ondas ópticas e mecânicas tem permitido uma extensa variedade de avanços fundamentais e tecnológicos, desde a demonstração de dispositivos de referência de frequência estáveis até a exploração das fronteiras clássico-quânticas em experimentos optomecânicos de resfriamento laser. Mais recentemente, tal interação optomecânica tem sido observada em microcavidades e nanoguias de onda no regime Brillouin, no qual os modos mecânicos de comprimento de onda curto espalham a luz gerando desvios na frequência óptica da ordem dos GHz. Neste regime, microcavidades e nanoguias de onda são explorados nesta tese utilizando a técnica de simulação computacional dos elementos finitos. Usando esta técnica é feita engenharia de microcavidades ópticas acopladas para permitir a observação do retro-espalhamento Brillouin estimulado com baixo limiar de potência óptica. A ideia é maximizar o espalhamento gerado pelo sistema. Explorando o retro-espalhamento Brillouin são propostas microcavidades de silício, baseados em cavidades de dupla e simples camadas, acopladas lateralmente; as estruturas propostas permitem um acoplamento optomecânico com modos mecânicos de frequências muito altas (entre 11 e 25 GHz) e taxas de acoplamento optomecânico (g0/2¶) que vão de 50 kHz até 90 kHz. Finalmente, é calculado o ganho Brillouin equivalente das microcavidades propostas e comparados com ganhos de nanoguias de onda de referência. No caso de nanoguias de onda o foco estará dedicado à engenheira das dimensões transversais para minimizar o sinal espalhado pelo sistema. Aqui será investigada a influência dos principais modos vibracionais do nanoguia no sinal óptico retro-espalhado. Como resultado destes estudos é predito um fenômeno de interferência destrutiva entre as contribuições ao espalhamento Brillouin que se apresentam nesta escala, este fenômeno, conhecido como auto-cancelamento do espalhamento, é usado para minimizar o sinal espalhado

Abstract: The simultaneous control of optical and mechanical waves has enabled a range of fundamental and technological breakthroughs, from the demonstration of ultra-stable frequency reference devices, to the exploration of the quantum-classical boundaries in optomechanical laser-cooling experiments. More recently, such an optomechanical interaction has been observed in integrated nano-waveguides and microcavities in the Brillouin regime, where short-wavelength mechanical modes scatter light at several GHz. In this regime, microcavities and nano-waveguides are explored in this thesis using the finite element computational simulation technique. Using this technique we engineer coupled optical microcavities to permit the observation of stimulated Brillouin scattering with low power threshold excitation. Exploring the backward scattering we propose silicon microcavity designs based on laterally coupled single and double-layer cavities, the proposed structures enable optomechanical coupling with very high frequency modes (11 to 25 GHz) and large optomechanical coupling rates (g0/2¶) from 50 kHz to 90 kHz. Finally, the equivalent Brillouin gain to the proposed microcavities are calculated and compared with the gains to reference nano-waveguides. In nano-waveguides the focus will be dedicated to engineering the transverse dimensions in cylindrical waveguides to minimize the scattered signal by the system. Here the influence of the principal vibrational modes of the nano-waveguide in the back-scattering optical signal will be investigated. As a result, it is predicted a destructive interference effect among the contributions to the scattering, the phenomenon named Brillouin Scattering Self-Cancellation (BSC) is used to minimize the signal
Subject: Ótica não-linear
Nanofotônica
Espalhamento Brillouin
Optomecânica de cavidade
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2018
Appears in Collections:IFGW - Tese e Dissertação

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