Análise Numérica de Filtros Ópticos Através do Método dos

Análise Numérica de Filtros Ópticos Através do Método dos Elementos
Finitos e Algoritmo Genético
Marcos Sergio Gonçalves (PQ), João Victor Marangoni (IC)
Resumo
Este trabalho tem por finalidade o desenvolvimento de filtros ópticos integrados a serem utilizados em
sistemas de transmissão óptica utilizando a Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda - WDM. Os
filtros projetados foram com o auxílio do Método dos Elementos Finitos - MEF e o Algoritmo Genético - AG e
apresentaram um elevado fator de qualidade, fácil sintonia e baixa perda de inserção.
Palavras Chave: Método dos Elementos Finitos, Algoritmo Genético, Dispositivos Fotônicos, Filtros Ópticos.
Introdução
Filtros ópticos são elementos essenciais em
sistemas de comunicação ópticas utilizando
WDM, sendo estes, os responsáveis pela seleção
de cada canal óptico. Neste contexto, filtros com
alto fator de qualidade passam a ser alvo de
grande interesse em Fotônica [1]. Para atingir
este intento, desenvolveu-se cavidades feitas a
partir de CF que, além da alta seletividade
requerida, apresentam uma variação linear da
frequência de ressonância em função de seu
comprimento. Por fim e para a integração com
outros dispositivos fotônicos, projetou-se dois
acopladores para guias de onda contínuos. O
projeto dos filtros foram realizados utilizando-se o
MEF associado ao AG [2]. Através do MEF, é
possível analisar a distribuição do campo
eletromagnético na estrutura. Com o AG,
realizou-se a otimização dos acopladores
variando-se os índices de refração dos materiais
que o formam.
de refração das colunas é 3,4. Porém, dentro
desta região são alterados pelo AG de forma a
obter-se a máxima transferência de potência, o
núcleo tem índice 1,5 e o substrato índice 1. A
Fig. 2 mostra a transmissividade do filtro. Para
este exemplo, o comprimento de onda de
ressonância foi de 1,5509 m, para x = 1.6365
4
m. O fator de qualidade obtido foi de 1,3.10 e a
perda de inserção total de 0.94 dB.
Figura 2. Transmissividade do filtro óptico.
Resultados e Discussão
Conclusões
A Fig.1 mostra o filtro óptico desenvolvido.
Figura 1. Geometria do filtro óptico desenvolvido.
A micro cavidade foi formada inserindo dois pares
de três colunas dielétricas no interior do guia de
onda. A sintonia do comprimento de onda de
ressonância é realizada variando-se a distância
entre os dois pares de colunas, sendo dada pela
expressão empírica λr(x) = 2,4623x-2,4787, onde
x a distância que separa os pares de colunas e λ r
o comprimento de onda de ressonância, ambos
dados em m. Os acopladores correspondem às
regiões dentro das linhas vermelhas. Os índices
Através do uso do MEF integrado ao AG foi
possível desenvolver um filtro óptico com boa
resposta para aplicação em sistemas ópticos.
Ressalta-se que o filtro pode ser ajustado para
qualquer canal padronizado pela ITU e acoplado
a outros dispositivos, como fotodetectores, devido
aos acopladores ópticos projetados.
Agradecimentos
FUNTELL e CNPQ pelo auxílio financeiro.
Professor e orientador Marcos Sergio Gonçalves
pelo apoio e conhecimentos cedidos.
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1
Yaw-Dong Wu, Tien-Tsorng Shih, and Jian-Jang Lee, Applied
Optics, Vol. 48, No. 25, September, 2009.
2
M.S. Gonçalves, H.E.H. Figueroa, C.H.S. Santos, IEEE Photon.
Technol. Letters, Vol. 22, No. 15, August, 2010.
XXIII Congresso de Iniciação Científica da UNICAMP