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SILVA, José. Simulação por elementos finitos da propagação de feixes ópticos em estruturas fotônicas. 99fTese (Pós-graduação em Engenharia Elétrica) - Escola de Engenharia, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2003.
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Dados do autor na base InfoHab:
Número de Trabalhos: 2 (Nenhum com arquivo PDF disponível)
Citações: 3
Índice h: 1  
Co-autores: 8

Resumo

Uma nova e eficiente formulação vetorial baseada no método dos elementos finitos, para simular a propagação de feixes ópticos em guias de onda dielétricos, é apresentada. Essa formulação é expressa em termos das componentes transversais do campo magnético, incluindo camadas perfeitamente casadas (PML-Perfectly Matched Layers) e aproximação nãoo-paraxial do tipo Padé. A aplicação de PMLs diminui consideralvemente o esforço computacional, uma vez que as dimensões da estrutura podem ser drasticamente reduzidas sem que reflexões nas paredes do contorno sejam observadas. Os modos espúrios não estão presentes, devido à inclusão implícita da condição de divergente nulo do campo magnético. O método aqui empregado, leva em conta a natureza vetorial dos campos eletromagnéticos, o que possibilita o seu emprego para modelar a dependência da polarização e o acoplamento mútuo entre as componentes do campo devido ao material e à estrutura. A formulação foi desenvolvida para incluir dielétricos anisotrópicos uniaxiais, biaxiais e com elementos do tensor permissividade fora da diagonal, considerando o perfil de índice de refração variando arbitrariamente na seção transversal do guia de onda. Os materiais anisotrópicos uniaxiais tem dois, dos três elementos da diagonal do tensor permissividade elétrica, iguais, os biaxiais tem os três elementos da diagonal do tensor diferentes e para o caso elementos fora da diagonal, considera-se apenas anisotropia transversal. Para validar a eficiência da formulação, são apresentados vários exemplos de propagação em guias de onda isotrópicos e anisotrópicos, tais como: análise do guia magneto óptico, fibra óptica com alta birrefrigência, fibra óptica tipo D e estruturas com eixos ópticos deslocados. Os resultados obtidos apresentam uma boa concordância com os obtidos através de outros métodos, e com dados experimentais disponíveis na literatura.

Abstract

A new and efficient vectorial formulation based on the Finite Element Method, to simulate the optical beam propagation method in anisotropic dielectric waveguides, is thoroughly presented. This formulation is expressed in terms of the magnetic field ’s transverse components and includes perfectly matched layers (PML) and the wide angle Pad´e Approach. The aplication of PMLs reduce considerably the computational effort, because the structures dimensions can be drastically reduced without that reflections on the boundary walls being observed. Spurious modes are suppressed due to the implicit inclusion of the divergence of the magnetic field equal to zero. The method used here takes into account the vectorial nature of the electromagnetic fields and can be used to model the polarization and mutual coupling between field’s omponents. The formulation was developed to include uniaxially dielectrics, biaxially dielectrics and dielectrics with transverse anisotropy, considering arbitrary refractive index profiles over the waveguide cross section. The permittivity of such materials is a tensor. If the three elements of diagonal are different, the material is biaxially anisotropic. On the other hand, if two of the three elements have the same value, the material is uniaxially anisotropic. To validate the formulation, various examples are presented. The results agree with those available from other methods and from experimental published data.
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