Análise numérica de estruturas planares baseadas em cristais fotônicos para aplicações em circuitos integra

dc.contributor.advisor1COSTA, Marcos Benedito Caldas
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7636226766852440
dc.contributor.advisor1ORCID******
dc.contributor.memberCOSTA, Karlo Queiroz da
dc.contributor.memberSILVA, Rômulo Luiz Oliveira da
dc.contributor.memberSOUSA, Fábio Barros de
dc.contributor.memberOLIVEIRA, Lélis Araújo de
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7932708321834647
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8265719000886842
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3498127081933118
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9001133154793053
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-4393-3217
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0001-6255-8016
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-4170-5261
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0001-6577-2800
dc.creatorALMEIDA, Léo César Parente de
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4081029452825767
dc.creator.ORCID******
dc.date.accessioned2026-02-06T20:11:42Z
dc.date.available2026-02-06T20:11:42Z
dc.date.issued2025-02-10
dc.description.abstractIn this work, the concept of two-dimensional photonic crystals was used for the design, numerical simulations and analysis of the proposed planar structures for applications in photonic integrated circuits. The proposed devices consist of: an all-optical logic gate (NAND gate), in addition to two graphene-based wavelength routers, of the type 2 × 2 (2 ×2 λ-router) and 4 × 4 (4 ×4 λ-router). These all-optical structures are composed of photonic crystal ring resonators, consisting of silicon dielectric rods in air. The plane wave expansion method and the finite-difference time-domain method are used to analyze the structures. The plane wave expansion method is used to calculate the photonic band gap for the structures, which is 0.320267−0.3924 (a/λ) for the all-optical logic gate, and 0.330944−0.396419 (a/λ) for the all-optical routers. The two proposed periodic structures are implemented using operating wavelengths spanning the C, L and U bands. The performance of the proposed structures is analyzed by means of the following parameters: footprint, output power, contrast ratio, insertion loss, quality factor, response time, bit rate and crosstalk. The numerical results of the simulations show that the proposed structures are suitable for the design of ultrafast digital optical circuits, featuring high transmission power, low power consumption, a clear operating principle and a simple design. Furthermore, the proposed structures have a smaller size when compared to other structures, presenting a footprint of approximately 119.58 µm2, thus contributing to increase the integration density of miniaturized and high-performance components for various applications in photonic integrated circuits.
dc.description.affiliationUFOPA - Universidade Federal do Oeste do Pará
dc.description.resumoNeste trabalho, utilizou-se o conceito de cristais fotônicos bidimensionais para o design, as simulações numéricas e para a análise das estruturas planares propostas para aplicações em circuitos integrados fotônicos. Os dispositivos propostos consistem em: uma porta lógica totalmente óptica (NAND gate), além dos dois roteadores de comprimento de onda baseados em grafeno, do tipo 2 × 2 (2×2 λ-router) e 4×4 (4×4 λ-router). Estas estruturas totalmente ópticas são compostas por anéis ressoadores de cristais fotônicos, constituídos de hastes dielétricas de silício em ar. O método da expansão em ondas planas e o método das diferenças finitas no domínio do tempo são utilizados para analisar as estruturas. O método da expansão em ondas planas é utilizado para calcular o intervalo de banda fotônica para as estruturas, que é de 0,320267−0,3924 (a/λ) para a porta lógica totalmente óptica, e de 0,330944−0,396419 (a/λ) para os roteadores totalmente ópticos. As duas estruturas periódicas propostas são implementadas utilizando-se de comprimentos de onda operacionais abrangendo as bandas C, L e U. A performance das estruturas propostas é analisada por meio dos seguintes parâmetros: footprint, potência de saída, razão de contraste, perda de inserção, fator de qualidade, tempo de resposta, taxa de bits e diafonia. Os resultados numéricos das simulações evidenciam que as estruturas propostas são adequadas para a concepção de circuitos ópticos digitais ultrarrápidos, apresentando uma alta potência de transmissão, um consumo de energia reduzido, um claro princípio de funcionamento e um simples design. Além do mais, as estruturas propostas possuem um tamanho menor quando comparadas com outras estruturas, apresentando um footprint de cerca de 119,58 µm2, contribuindo assim para aumentar a densidade de integração de componentes miniaturizados e de alto desempenho para diversas aplicações em circuitos integrados fotônicos.
dc.identifier.citationALMEIDA, Léo César Parente de. Análise numérica de estruturas planares baseadas em cristais fotônicos para aplicações em circuitos integra. Orientador: Marcos Benedito Caldas Costa. 2025. 120 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, , Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17975. Acesso em:.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17975
dc.languageporpt_BR
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Parápt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Tecnologiapt_BR
dc.publisher.initialsUFPApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.source.uriDisponível via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
dc.subjectPorta lógica totalmente óptica
dc.subjectRoteador de comprimento de onda
dc.subjectExpansão em ondas planas
dc.subjectDiferenças finitas no domínio do tempo
dc.subjectGrafeno
dc.subjectAll-optical logic gate
dc.subjectWavelength router
dc.subjectPlane wave expansion
dc.subjectFinite-difference time-domain
dc.subjectGraphene
dc.subject.areadeconcentracaoTELECOMUNICAÇÕES
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES
dc.subject.linhadepesquisaELETROMAGNETISMO APLICADO
dc.titleAnálise numérica de estruturas planares baseadas em cristais fotônicos para aplicações em circuitos integra
dc.typeTesept_BR

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