Análise das Variações Geométricas de Fabricação de Moduladores Ópticos de Junção PN e seu
Impacto no Desempenho em Sistemas de Comunicação Óptica - Estudo de Caso
Nome: FELIPE ANTONIO MOREIRA SILVA
Data de publicação: 08/06/2026
Banca:
Nome |
Papel |
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| MARCELO EDUARDO VIEIRA SEGATTO | Presidente |
| MARIA JOSE PONTES | Examinador Interno |
| PABLO RAFAEL NEVES MARCIANO | Coorientador |
| REGINALDO BARBOSA NUNES | Examinador Externo |
Resumo: O crescimento exponencial do tráfego de dados impõe requisitos cada vez mais rigorosos aos sistemas ópticos, especialmente em termos de eficiência energética, largura de banda e escalabilidade, consolidando a fotônica em silício como uma plataforma estratégica para o desenvolvimento de circuitos fotônicos integrados (PICs). Nesse contexto, a padronização de bibliotecas de projeto (PDKs) e de dispositivos fundamentais, como moduladores ópticos, torna-
se essencial para garantir previsibilidade de desempenho e robustez fabril. Entre esses dispositivos base, o modulador Mach–Zehnder (MZM) integrado baseado em junção PN destaca-se pela compatibilidade CMOS e ampla aplicação em comunicações ópticas de alta velocidade. Esta dissertação apresenta um estudo de caso voltado ao mapeamento e à quantificação do impacto de variações geométricas inerentes ao processo de fabricação sobre o desempenho de um MZM
em silício, considerando desvios na largura e na altura do guia de onda. Foram extraídas e correlacionadas as principais figuras de mérito do dispositivo, incluindo perdas ópticas, perda de inserção, largura de banda eletro-óptica, amplitude de modulação óptica, perdas de modulação, além de métricas em nível de sistema, como diagrama de olho e taxa de erro de bits. Os resultados evidenciaram um compromisso direto entre eficiência de modulação e perdas ópticas, com variação de perda de inserção entre 7,4 dB e 20,7 dB, bem como alterações na largura de banda associadas ao produto RC e ao descasamento de velocidade entre as ondas óptica e elétrica.
Em nível de sistema, para operação em 1550 nm e taxa de 20 Gbit/s no formato NRZ, foram avaliados cenários back-to-back (B2B) e enlaces de até 100 km de fibra monomodo, observando-se que pequenas variações dimensionais podem degradar significativamente o desempenho, com BER variando de 1036 em condições ideais até valores entre 0,1 e 0,2 em configurações menos robustas. Como contribuição, o trabalho quantifica sistematicamente a sensibilidade do modulador às
tolerâncias geométricas, estabelecendo relações diretas entre desvios dimensionais e degradação de métricas elétricas, ópticas e sistêmicas, fornecendo subsídios para o desenvolvimento de diretrizes de projeto mais robustas e para a incorporação de margens de tolerância em PDKs de fotônica em silício.
