Nonlinear optical devices based on graphene atop waveguides

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dc.contributor.advisorSouza, Eunezio Antonio de
dc.contributor.authorGiraldo, Daniel Felipe Londoño
dc.date.accessioned2022-04-05T18:47:27Z
dc.date.available2022-04-05T18:47:27Z
dc.date.issued2022-02-09
dc.description.abstractNesta tese, apresentamos a modelagem e desenho de dispositivos ópticos não lin eares usando guias de onda com grafeno. Para simular adequadamente esses dis positivos, desenvolvemos um modelo altamente detalhado e computacionalmente eficiente para descrever a dinâmica da condutividade transitória do grafeno. Além disso, propomos novas equações de propagação para este tipo de guia de ondas, incluindo novos efeitos de propagação decorrentes da condutividade não linear do grafeno. Os dispositivos que consideramos neste trabalho foram o grafeno sobre fibra-D para a geração de pulsos ópticos ultracurtos em lasers de fibra e amplificadores ópticos integrados. O desenho de guia de onda otimizado é fundamental para explorar melhor as propriedades notáveis do grafeno. O grafeno sobre fibra-D é amplamente usados para desenvolver lasers de fibra de femtossegundos, e nosso trabalho oferece um avanço significativo na compreensão teórica do funciona mento desses dispositivos, que pode ser aplicado ao desenvolvimento de lasers com melhor desempenho. Por outro lado, guias de ondas integrados de nitreto de silício com grafeno podem ser uma plataforma promissora para amplificação óptica e chaveamento totalmente óptico. Nossos resultados prevêem que um guia de onda otimizado com comprimento moderado pode fornecer ganho óptico maior que 10 dB e profundidade de modulação maior que 40 dB.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nívelpt_BR
dc.description.sponsorshipFAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulopt_BR
dc.description.sponsorshipIPM - Instituto Presbiteriano Mackenziept_BR
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/28921
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.language.isoenpt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectgrafenopt_BR
dc.subjectmateriais bidimensionaispt_BR
dc.subjectguias de ondas ópticaspt_BR
dc.subjectfotônica integradapt_BR
dc.subjectóptica não linearpt_BR
dc.subjectabsorção saturávelpt_BR
dc.subjectlasers de fibrapt_BR
dc.subjectamplificadores ópticospt_BR
dc.titleNonlinear optical devices based on graphene atop waveguidespt_BR
dc.typeTesept_BR
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9756214150140645pt_BR
local.contributor.advisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-3867-7186pt_BR
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8329044914381792pt_BR
local.contributor.board1Saito, Lúcia Akemi Miyazato
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0915583034741895pt_BR
local.contributor.board1Orcidhttps://orcid.org/0000-0001-7157-1191pt_BR
local.contributor.board2Sun, Zhipei
local.contributor.board2Orcidhttps://orcid.org/0000-0002-9771-5293pt_BR
local.contributor.board3Wiederhecker, Gustavo Silva
local.contributor.board3Latteshttp://lattes.cnpq.br/7007415081537529pt_BR
local.contributor.board4Figueroa, Hugo Enrique Hernandez
local.contributor.board4Latteshttp://lattes.cnpq.br/4870907540258696pt_BR
local.contributor.coadvisorFragnito, Hugo Luis
local.contributor.coadvisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7425073948369069pt_BR
local.description.abstractenIn this thesis we present the modeling and design of nonlinear optical devices using graphene topped waveguides. To properly simulate these devices, we developed a highly detailed and computationally efficient model to describe the dynamics of the transient conductivity of graphene. Furthermore, we propose novel propagation equations for this kind of waveguide, including unreported propagation effects aris ing from the nonlinear conductivity of graphene. The devices that we considered in this work were graphene on D-fiber mode-lockers for the generation of ultra short optical pulses in fiber lasers, and integrated optical amplifiers. An optimized waveguide design is critical to better exploit the remarkable properties of graphene. Graphene-based mode-lockers are widely used to develop femtosecond fiber lasers, and our work offers a significant advance in the theoretical understanding of the operation of these devices, which can be applied to the development of lasers with improved performance. On the other hand, integrated silicon nitride waveguides with graphene may be a promising platform for optical amplification and all-optical switching. Our results predict than a optimized waveguide with moderate length may provide optical gain larger than 10 dB and modulation depth larger than 40 dB.pt_BR
local.keywordsgraphenept_BR
local.keywordstwo-dimensional materialspt_BR
local.keywordsoptical waveguidespt_BR
local.keywordsintegrated photonicspt_BR
local.keywordsnonlinear opticspt_BR
local.keywordssaturable absorptionpt_BR
local.keywordsfiber laserspt_BR
local.keywordsoptical amplifierspt_BR
local.publisher.departmentEscola de Engenharia Mackenzie (EE)pt_BR
local.publisher.programEngenharia Elétrica e Computaçãopt_BR
local.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
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