Análise e projeto de acopladores de guia de onda plasmônico

Abstract

Neste trabalho, acopladores direcionais híbridos, compostos por guias de ondas dielétricos e metálicos, foram analisados em detalhes por simulações computacionais utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF). A resposta dos guias simulados apresentaram dependência com variações do comprimento de onda utilizado, das dimensões dos acopladores, do índice de refração do dielétrico e do metal usado. Também foram considerados guias de onda segmentados (Periodically Segmented Waveguide - PSW). Os resultados mostram que a relação entre a distância de acoplamento e o comprimento de onda é diretamente proporcional, ou seja, quanto maior o comprimento de onda, maior a distância de acoplamento e a intensidade do campo elétrico no guia plasmônico. Com o aumento do espaçamento entre os guias, a distância de acoplamento também aumenta e consequentemente, o campo acoplado diminui. Ao comparar os resultados entre os guias segmentados e o equivalente contínuo, percebe-se que no PSW os comprimentos de acoplamento são menores, chegando a variações de 1 a 16% dependendo do metal e comprimento de onda utilizados. O esquema que apresentou menor distância de acoplamento (𝐿𝑐 = 2,185𝜇𝑚) era composto por um guia metálico de cobre com 15nm de espessura e por um guia dielétrico de largura de 400nm e índice de refração igual a 1,87, afastados de 400nm e operando a 𝜆 = 1,50𝜇𝑚. Enquanto que a configuração com guia de prata com 20nm de espessura e guia dielétrico de largura de 500nm e índice de refração igual a 1,87, afastados de 400nm e operando a 𝜆 = 1,55𝜇𝑚 apresentou maior intensidade de campo (|𝐸| = 6,9972).