Guias de onda pedestal dopados com íons de Nd3+ e nanopartículas de ouro para aplicações na região do infravermelho próximo: processos de fabricação e caracterização óptica (2025)
- Authors:
- Autor USP: KUMADA, DANIEL KENDJI - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PSI
- Subjects: FOTÔNICA; NEODÍMIO; NANOPARTÍCULAS; VOLTAMETRIA
- Agências de fomento:
- Language: Português
- Abstract: Nesta tese, foram investigados guias de onda do tipo pedestal retilíneos (larguras de 4- 40 μm) e curvos ou S-bends, (larguras de 2- 10 μm), com núcleo TeO2-ZnO (TZ) dopado com Nd3+, com e sem nanopartículas de ouro ( NPs de Au), utilizando tecnologia de Si em sala limpa. Também são mostrados resultados de eletrodos modificados com filmes finos de TeO2- ZnO e óxido de grafeno reduzido (OGr). As análises morfológicas revelaram espessuras de 500-540 nm para o núcleo, 600-650 nm para o pedestal de SiO2 e ~1,8 μm para a camada de SiO2, além de rugosidade superficial inferior a 1 nm, confirmando a boa qualidade dos filmes. As medidas de perdas por propagação, realizadas pela técnica cut-back, mostraram que guias retilíneos e curvos mais estreitos apresentam maiores perdas ópticas (2.2 dB/cm para largura de 40 μm para os retilíneos e 0,7 dB/cm para 10 μm para os curvos). Guias retilíneos com menor concentração de Nd³⁺ apresentaram os maiores ganhos. A presença de nanopartículas (NPs) de Au depositadas por sputtering sobre os guias aumentou de forma expressiva o ganho relativo (GR) em 1064 nm: guias retilíneos aumentaram em até 75 % atingindo 12,0 dB/cm (para 8 μm) e os curvos, com raio de 1000 μm e largura de 2 μm, atingiram ~ 4 dB/cm, ou seja aumento de 100 %; para o primeiro caso foram obtidos ganhos internos positivos para guias com larguras a partir de 8 μm e, para o segundo caso para aqueles a partir de 4 μm. Em contrapartida, para guias de raio 500 μm, o GR não foi beneficiado pela presença de NPs de Au; também apresentaram maiores perdas em relação aos de maior raio de curvatura. Nos sistemas híbridos com Au e OGr o ganho foi significativamente reduzido pela incorporação de OGr, mesmo em baixas concentrações. No estudo eletroquímico, a modificação de eletrodos com filmes finos de TeO2-ZnO eOGr resultou em maior área eletroativa e melhora da transferência de carga, com incremento das correntes de pico em filmes mais finos (~25 nm). Esses resultados demonstram a versatilidade dos filmes em aplicações optoeletrônicas, combinando fotônica integrada e sensores eletroquímicos. A combinação de geometria otimizada, dopagem com Nd3+ e incorporação de NPs de Au constituem a estratégia mais eficiente para maximizar o ganho óptico em guias de onda com estrutura pedestal. Do ponto de vista aplicado, os resultados indicam a viabilidade de amplificadores ópticos em 1064 nm e de sensores eletroquímicos baseados em filmes TZ + OGr, compatíveis com plataformas fotônicas integradas e dispositivos compactos. Além disso, os guias S-bends demonstraram viabilidade para aplicações compactas em circuitos fotônicos integrados, conciliando miniaturização e desempenho.
- Imprenta:
- Data da defesa: 25.11.2025
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ABNT
KUMADA, Daniel Kendji. Guias de onda pedestal dopados com íons de Nd3+ e nanopartículas de ouro para aplicações na região do infravermelho próximo: processos de fabricação e caracterização óptica. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2025. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-29012026-101329/. Acesso em: 08 abr. 2026. -
APA
Kumada, D. K. (2025). Guias de onda pedestal dopados com íons de Nd3+ e nanopartículas de ouro para aplicações na região do infravermelho próximo: processos de fabricação e caracterização óptica (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-29012026-101329/ -
NLM
Kumada DK. Guias de onda pedestal dopados com íons de Nd3+ e nanopartículas de ouro para aplicações na região do infravermelho próximo: processos de fabricação e caracterização óptica [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 08 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-29012026-101329/ -
Vancouver
Kumada DK. Guias de onda pedestal dopados com íons de Nd3+ e nanopartículas de ouro para aplicações na região do infravermelho próximo: processos de fabricação e caracterização óptica [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 08 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-29012026-101329/ - Compósitos metal-dielétrico a partir de sistemas vítreos de germanato codopados com íons de Yb3+/Er3+ com nanopartículas metálicas para produção de dispositivos fotônicos.
- Pedestal architecture to manufacture TeO2-ZnO waveguides for the development of photonic devices to operate in the infrared region
- Enhanced optical gain assisted by the plasmonic effects of Au nanoparticles in Nd³⁺ doped TeO2-ZnO waveguides produced with the pedestal architecture
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