Stimulated Brillouin scattering in lithium niobate waveguides

Autor(es)

Caique Conde Rodrigues

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin
• Data de defesa: 2025-02-27

Membros da banca

Gustavo Silva Wiederhecker; Newton Cesário Frateschi; Felippe Alexandre Silva Barbosa; Paulo Clóvis Dainese Júnior; Alexandre de Almeida Prado Pohl

• Orientador: Gustavo Silva Wiederhecker; Thiago Pedro Mayer Alegre

Resumo

Nesta tese, dois dos meus trabalhos serão discutidos com maior profundidade, que são aqueles que envolvem niobato de lítio sobre isolante (LNOI), que foram justamente os trabalhos que escolhi para a minha defesa. Nesses trabalhos demonstramos, inicialmente, por meio de simulações numéricas, que guias de onda em LNOI podem suportar ondas acústicas de superfície de comprimento de onda curto e confinadas, que interagem fortemente com campos ópticos por meio do retroespalhamento Brillouin estimulado (BSBS) nas orientações $Z$ e $X$. Nossas simulações totalmente anisotrópicas consideramos não apenas os efeitos de fronteira e o efeito fotoelástico, mas também as forças roto-ópticas envolvidas na interação Brillouin. Com base nessas simulações, fabricamos os dispositivos e realizamos uma demonstração experimental do retroespalhamento Brillouin estimulado com polarizações ópticas ortogonais em guias de onda de LNOI. Observamos tanto o espalhamento intra- quanto intermodal entre modos ópticos fundamentais TE e TM que se propagam em direções opostas e o ganho Brillouin com polarizações ortogonais alcançou valores de SBS superiores a $G_{B}=\SI{80}{\m^{-1}\W^{-1}}$, um resultado que não apenas amplia o papel da polarização em SBS, mas também abre novas possibilidades para dispositivos de alto desempenho, incluindo lasers ultrafinos, dispositivos não recíprocos robustos, filtros RF e conversores de micro-ondas para óptico. Também discutiremos meu primeiro projeto de doutorado, no qual demonstramos experimentalmente o sincronismo de um oscilador optomecânico de nitreto de silício, acionado até a quarta harmônica de sua frequência fundamental de $\SI{32}{\mega\hertz}$. Explorando esse efeito, também demonstramos experimentalmente um divisor de frequência de RF puramente optomecânico, realizando divisão de frequência com razão de até 4:1, isto é, de $\SI{128}{\mega\hertz}$ para $\SI{32}{\mega\hertz}$. Desenvolvimentos futuros podem explorar esses efeitos para a implementação de sintetizadores de frequência, amplificação sensível à fase e detecção não linear (AU)

• Processo FAPESP: 19/14377-5 - Opto-elétro-mecânica em niobato de lítio
• Beneficiário: Caique Conde Rodrigues
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto