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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Nonlinear optics in waveguides : optical fibers and silicon nano-waveguides = Óptica não linear em guias de onda: fibras ópticas e nano-guias de onda de silicio
Title Alternative: Óptica não linear em guias de onda : fibras ópticas e nano-guias de onda de silicio
Author: Gil Molina, Andres, 1986-
Advisor: Gabrielli, Lucas Heitzmann, 1982-
Abstract: Resumo: Nesta tese apresentamos estudos de óptica não linear em guias de onda, particularmente fibras ópticas e nano-guias de silício. Em fibras ópticas, estudamos as capacidades da Mistura de Quatro Ondas (FWM) bombeada por uma fonte incoerente na caracterização do comprimento de onda de zero-dispersão (ZDW) e dispersão de alta ordem. Por meio deste método baseado em FWM, conseguimos obter mapas de dispersão de uma fibra longa com boa resolução espacial. Nossos experimentos de mapeamento de dispersão revelam que a dispersão de alta ordem apresenta uma maior flutuação do que aquela do ZDW. Além disso, ao aprimorar nossos experimentos, conseguimos aplicar nosso método de medição num segmento curto de fibra. Isso nos permitiu estudar a mudança induzida por flexão na dispersão e explicar nossas observações em termos de modificações do confinamento de modo e a geometria da fibra. Estes estudos, não apresentados antes, são fundamentais no desenvolvimento de dispositivos paramétricos baseados em FWM e foram alcançados graças a um extenso trabalho experimental, modelagem numérica de dispersão da fibra e propagação não-linear, e uma boa compreensão da condição de casamento de fase do processo de FWM utilizado. Dada a possibilidade de caracterizar a dispersão em fibras curtas, exploramos numericamente a possibilidade de aplicar o nosso método de medição baseado em FWM em nano-guias de silício. Obtivemos resultados promissores, embora negligenciando efeitos induzidos por portadores livres. Portanto, em nano-guias de silício, estudamos os mecanismos ópticos de geração de portadores e identificamos, pela primeira vez, a contribuição individual da absorção de um e dois fótons nos comprimentos de onda das telecomunicações. Além disso, nossos experimentos de bombeio e prova resolvidos no tempo também revelam uma complexa dinâmica de recombinação dos portadores, que explicamos em termos de recombinação assistida por armadilhas. Esta explicação não foi dada antes no contexto de nano-guias de onda ópticos, e é fundamentada pela boa concordância qualitativa obtida entre um modelo teórico implementado e a dinâmica observada. Nossas observações principais são de importância crucial para vários estudos de fenômenos de propagação linear e não-linear e aplicações em fotônica de silício

Abstract: In this thesis we present studies of nonlinear optics in waveguides, particularly, optical fibers and silicon nano-waveguides. In optical fibers we studied the capabilities of Four-Wave Mixing (FWM) pumped by an incoherent source in the characterization of the zero-dispersion wavelength (ZDW) and high-order dispersion. By means of this FWM-based method we were able to obtain dispersion-maps of a long fiber with a good spatial resolution. Our dispersion-mapping experiments reveal that high-order dispersion presents a higher fluctuation than that of the ZDW. In addition, by improving our experiments we were able to apply our measuring method in a short segment of fiber. This allowed us to study the bending-induced change on dispersion and explain our observations in terms of modifications of the mode confinement and fiber geometry. These studies, not reported before, are fundamental in the development of FWM-based parametric devices and were achieved thanks to an extensive experimental work, numerical modeling of fiber dispersion and nonlinear propagation, and a good understanding of the phase-matching condition of the used FWM process. Given the possibility to characterize dispersion in short fibers, we numerically explored the application of our FWM-based measuring method in silicon nano-waveguides. We obtained promising results, although neglecting single and two-photon absorption and the effects induced by the generated free carriers. Therefore, we found that the understanding free-carriers effects and their dynamics in silicon nano-waveguides is of crucial importance, not only for the application of our method but also for several studies of nonlinear optical propagation phenomena and applications of all-control of light. Initially, by means of time-resolved pump-and-probe experiments we studied optical carrier generation mechanisms and identified, for the first time, the individual contribution of single and two-photon absorption at telecommunications wavelengths. In addition, our experiments also revealed a complex carrier recombination dynamics, which we explained in terms of trap-assisted recombination. This explanation was not given before in the context of optical nano-waveguides, and is founded by the good qualitative agreement obtained between an implemented theoretical model and the observed dynamics. Our main observations are of crucial importance for several studies of linear and nonlinear propagation phenomena and applications in silicon photonics
Subject: Fibras óticas
Ótica não-linear
Guias de ondas
Silício
Fotônica
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: GIL MOLINA, Andres. Nonlinear optics in waveguides: optical fibers and silicon nano-waveguides = Óptica não linear em guias de onda: fibras ópticas e nano-guias de onda de silicio. 2018. 1 recurso online (135 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/333127>. Acesso em: 3 mai. 2019.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

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