Aplicação do método de Galerkin descontínuo para a análise de guias fotônicos

Orientador: Hugo Enrique Hernández FigueroaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Um novo método de onda completo para realizar a análise modal em guias de onda é introduzido nesta dissertação. A ideia central por trás do método é baseada na discretização da equação de onda vetorial com o Método de Galerkin Descontínuo com Penalidade Interior (IPDG, do inglês Interior Penalty Discontinuous Galerkin). Com uma função de penalidade apropriada, um método de alta precisão e sem modos espúrios é obtido. A eficiência do método proposto é provada em vários guias de onda, incluindo complicados guias de ondas ópticos com modos vazantes e também em guias de onda plasmônicos. Os resultados foram comparados com os métodos do estado-da-arte descritos na literatura. Também é discutida a importância dessa nova abordagem. Além disso, os resultados indicam que o método é mais preciso do que abordagens anteriores baseadas em Elementos Finitos. As principais contribuições deste trabalho são: foi desenvolvido um novo método robusto e de alta precisão para a análise de guias de ondas arbitrários, uma nova função de penalidade para o IPDG foi proposta e aplicações práticas do método proposto são apresentadas. Adicionalmente, no apêndice é apresentado uma aplicação da análise modal em simulação eletromagnética 3D com um método de Galerkin DescontínuoAbstract: A novel full-wave method to perform mode analysis on waveguides is introduced in this dissertation. The core of the method is based on an Interior Penalty Discontinuous Galerkin (IPDG) discretization of the vector wave equation. With an appropriate penalty function a spurious-free and high accuracy method is achieved. The efficiency of the proposed method was proved in several waveguides, including intricate optical waveguides with leaky modes and also on plasmonic waveguides. The obtained results were compared with the state-of-the-art mode solvers described in the literature. Also, a discussion on the importance of this new approach is presented. Moreover, the results indicate that the proposed method is more accurate than the previous approaches based on Finite Elements Methods. The main contributions of this work are: the development of a novel robust and accurate method for the analysis of arbitrary waveguides, a new penalty function for the IPDG was proposed and practical applications of the methods are discussed. In addition, in the appendix an application of modal analysis on 3D electromagnetic simulations with a Discontinuous Galerkin method is detailedMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestre em Engenharia ElétricaCAPE