Otimização estrutural de sensores ópticos baseados em moléculas fotônicas: mitigação da dependência térmica para aplicações de alta precisão

dc.contributor.advisor-co1Ferreira, Paulo Henrique Dias
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0108190685018320
dc.contributor.advisor1Barêa, Luís Alberto Mijam
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7929868663210908
dc.contributor.authorPires, Marcus Vinicius do Amaral
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/5072506108887205
dc.contributor.refereeJunior, André Luís Moras
dc.contributor.refereeGaleti, Helder Vinicius Avanço
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3266508444800163
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3876752605313288
dc.date.accessioned2026-05-26T12:19:42Z
dc.date.issued2026-03-20
dc.description.abstractOptical sensors based on resonant microcavities have gained prominence by combining high sensitivity with strong potential for integration on silicon photonic platforms. However, temperature variations can induce spectral shifts of the resonances, introducing uncertainties that degrade the repeatability and accuracy of refractive-index measurements. In this context, this dissertation investigates a passive approach to mitigate thermal dependence through structural optimization of a photonic-molecule-based sensor, with emphasis on the trade-off between sensitivity and thermal stability. The adopted methodology combines modeling and computational simulations to systematically assess how geometric modifications influence the device spectral response under controlled temperature variation and under different external-medium conditions. Resonances are identified across the spectrum, and thermal drift is quantified, enabling comparison of trends among configurations and the definition of consistent metrics for stability and detection performance. Beyond the physical analysis, practical aspects related to implementation feasibility and typical fabrication constraints in integrated photonics foundries are discussed, bringing the study closer to realistic deployment scenarios. The results show that structural modifications can reduce the thermal sensitivity without compromising refractive-index sensitivity, indicating that the thermal response is predominantly governed by the device geometry and the modal field distribution. It is also observed that specific geometric choices lead to distinct trade-off behaviors between stability and sensitivity, allowing the identification of configurations that perform better under each criterion and highlighting a potentially more balanced configuration.eng
dc.description.resumoSensores ópticos baseados em microcavidades ressonantes têm se destacado por reunir alta sensibilidade e potencial de integração em plataformas fotônicas em silício. Entretanto, variações de temperatura podem provocar deslocamentos espectrais das ressonâncias, introduzindo incertezas que degradam a repetibilidade e a precisão de medições de índice de refração. Nesse contexto, esta dissertação investiga uma estratégia passiva de mitigação da dependência térmica por meio de otimização estrutural de um sensor baseado em moléculas fotônicas, com foco no equilíbrio entre sensibilidade e estabilidade térmica. A abordagem empregada combina modelagem e simulações computacionais para avaliar, de forma sistemática, como alterações geométricas influenciam a resposta espectral do dispositivo sob variação controlada de temperatura e sob diferentes condições de meio externo. As ressonâncias são identificadas ao longo do espectro e o deslocamento térmico é quantificado, permitindo comparar tendências entre configurações e estabelecer métricas consistentes para estabilidade e desempenho de detecção. Além do estudo físico, são discutidos aspectos práticos relacionados à viabilidade de implementação e às limitações típicas de fabricação em foundries de fotônica integrada, de modo a aproximar a análise do cenário de aplicação. Os resultados mostram que modificações estruturais podem reduzir a sensibilidade térmica sem comprometer a sensibilidade ao índice de refração, indicando que a resposta térmica é predominantemente governada pela geometria do dispositivo e pela distribuição modal do campo. Verifica-se também que determinadas escolhas geométricas levam a comportamentos distintos de compromisso entre estabilidade e sensibilidade, permitindo a identificação de configurações com melhor desempenho relativo em cada critério e apontar uma configuração potencialmente mais equilibrada.
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationPIRES, Marcus Vinicius do Amaral. Otimização estrutural de sensores ópticos baseados em moléculas fotônicas: mitigação da dependência térmica para aplicações de alta precisão. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24170.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24170
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PPGEE
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectSensores ópticos
dc.subjectmicrocavidades ressonantes
dc.subjectestabilidade térmica
dc.subjectotimização estrutural
dc.subjectfotônica integrada
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::MATERIAIS ELETRICOS
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::MATERIAIS ELETRICOS::MATERIAIS E COMPONENTES SEMICONDUTORES
dc.subject.ods3. Saúde e Bem-Estar
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.subject.ods12. Consumo e Produção Responsáveis
dc.subject.ods13. Ação contra a Mudança Global do Clima
dc.titleOtimização estrutural de sensores ópticos baseados em moléculas fotônicas: mitigação da dependência térmica para aplicações de alta precisão
dc.title.alternativeStructural optimization of optical sensors based on photonic molecules: mitigating thermal dependence for high-precision applicationseng
dc.typeDissertação

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