Study and development of ARROW waveguides with a-SiC:H e TiOx anti-resonant layers for integrated optics applications.

Neste trabalho, foram fabricados guias de onda ARROW (Anti-Resonant Reflecting optical waveguides), através da utilização de filmes finos, de materiais amorfos, obtidos pelas técnicas de Deposição Química a vapor assistida por plasma (PECVD) e Sputtering. Pelo fato de o funcionamento destes guias ser bastante dependente da geometria e das propriedades ópticas dos materiais, foram realizadas simulações utilizando o Método de Matrizes de Transferência (TMM) e o Método de Diferenças Finitas com Reticulado Não Uniforme (NU-FDM) para a determinação dos parâmetros geométricos destas estruturas. Na fabricação, foram utilizados filmes de oxinitreto de silício (SiOxNy) e carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-SiC:H), depositados por PECVD, à temperatura de 320°C, e filmes de TiOx depositados por Sputtering, para a fabricação das camadas que compõem os guias de onda. Os filmes de a-SiC:H e TiOx foram utilizados como primeira camada anti-ressonante, possuindo espessuras de 0,322 µm e 86,3 nm, respectivamente. A definição das paredes laterais dessas estruturas foi feita através da Corrosão por Plasma Reativo (RIE) utilizando técnicas fotolitográficas convencionais. Os guias de onda ARROW foram caracterizados em termos de perdas por propagação, para o comprimento de onda de 633 nm, utilizando a técnica de clivagem e a técnica de vista superior. As perdas em função do comprimento de onda para a faixa que vai desde o ultravioleta até o infravermelho próximo (200 nm a 1100 nm) também foram medidas utilizando fonte de luz branca, monocromador e medidor de potência óptica. Além disso, a análise modal dos guias de onda foi feita através de imagens obtidas através de uma objetiva de microscópio e de uma câmera CCD (Charge Coupled Device). Os resultados mostram que é possível obter guias monomodo, com baixas atenuações, tendo se conseguido valores entre 0,8 e 3 dB/cm, para o comprimento de onda de 633 nm. Isso possibilita, no futuro, a fabricação de diversos dispositivos, como sensores interferométricos, sensores químicos baseados em absorção óptica, redes de Bragg, entre outros.In this work, Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguides (ARROW) were fabricated using thin amorphous films, obtained by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) and Sputtering techniques. Since these waveguides are highly dependent on its geometry and on the optical properties of the materials used, simulations using the Transfer Matrix Method (TMM), and the Non-Uniform Finite Difference Method (NU-FDM), were necessary, for the determination of the geometric parameters of these structures. Silicon oxynitride films (SiOxNy), amorphous hydrogenated silicon carbide films (a-SiC:H), both deposited at a temperature of 320°C, and TiOx films, deposited by Sputtering technique, were used in the fabrication of the layers of the waveguides. The a-SiC:H and the TiOx films were used as first ARROW layer, having thicknesses of 0,322 µm and 86,3 nm, respectively. Also, the definition of the sidewalls of the waveguide was achieved using Reactive Ion Etching (RIE) and conventional lithographic techniques. The waveguides were characterized in terms of propagation losses, for working wavelength of 633 nm, by using the cut-back and the top view techniques. The losses as a function of working wavelength, for the ultraviolet, visible and near infrared regions (200 nm to 1100 nm), were also measured using a white light source, a monocromator and an optical power meter. Furthermore, modal analysis was achieved by using images captured by a Charge Coupled Device (CCD) camera, using a microscope objetctive. Results proved the possibility of obtaining single-mode waveguides with relatively low losses, with values around 0.8 and 3 dB/cm, for working wavelength of 633 nm. This are promising results which indicate the possibility of using these waveguides for the fabrication of many devices such as interferometric sensors, chemical sensors based on optical absorption, Bragg gratings, among others