O curso tem como objetivo formar estudantes de graduação e pós-graduação na análise eficiente e no design de dispositivos eletromagnéticos para frequências ópticas e de micro-ondas. Ao longo do curso, são discutidos os fundamentos da propagação eletromagnética em dispositivos como guias de onda, acopladores, grades de difração, sensores e moduladores. O currículo também abrange estruturas metamateriais e metassuperfícies em frequências ópticas (estruturas plasmônicas) e de micro-ondas, incluindo meios estratificados (multicamadas), óptica difrativa e micro-ondas (lentes e hologramas). As técnicas ensinadas em sala de aula são baseadas no eletromagnetismo clássico, especificamente nas soluções das equações de Maxwell sujeitas a condições de contorno apropriadas. Para alcançar as competências listadas acima, o aluno deverá desenvolver as seguintes habilidades: 1. Compreensão dos fundamentos da teoria eletromagnética, incluindo as equações de Maxwell e suas aplicações. 2. Análise eficiente de dispositivos eletromagnéticos considerando as propriedades físicas dos materiais e as condições de contorno. 3. Projeto de dispositivos eletromagnéticos como guias de onda, acopladores, moduladores e sensores. 4. Domínio de técnicas de modelagem e simulação computacional na análise e projeto de dispositivos eletromagnéticos. 5. Conhecimento em estruturas metamateriais e metassuperfícies em frequências ópticas e de micro-ondas. 6. Capacidade de implementar computacionalmente os conceitos e técnicas discutidos no curso, utilizando ferramentas de simulação e análise. 7. Compreensão dos princípios da teoria de modos acoplados e redes de difração, e sua aplicação no design de dispositivos eletromagnéticos. 8. Habilidade para analisar propriedades de guias dielétricos e metálicos, incluindo modos guiados e radiados. 9. Compreensão dos princípios de propagação de ondas em diferentes meios dielétricos, incluindo meios anisotrópicos, e sua aplicação no projeto de dispositivos eletromagnéticos.
O programa deste curso abrange uma ampla gama de tópicos fundamentais e avançados relacionados à análise e projeto de dispositivos eletromagnéticos para frequências ópticas e de micro- ondas. Os alunos serão familiarizados com a teoria eletromagnética, desde as equações de Maxwell até suas aplicações práticas em dispositivos complexos. Ao longo do curso, os alunos desenvolverão uma compreensão sólida dos fundamentos da propagação eletromagnética em diversos meios, incluindo a análise de propriedades de guias de onda dielétricos e metálicos, além de abordar questões relacionadas à reflexão, transmissão e modos de propagação. Neste curso, os alunos poderão explorar a análise e projeto de dispositivos como guias de onda, acopladores, moduladores e sensores, utilizando técnicas avançadas de modelagem e simulação computacional. Serão também apresentados aos conceitos de estruturas metamateriais e metassuperfícies, com aplicações tanto em frequências ópticas quanto de micro-ondas. Os alunos serão encorajados a implementar computacionalmente os conceitos aprendidos, utilizando ferramentas de simulação e análise para aprofundar sua compreensão e aplicação dos princípios eletromagnéticos abordados. Adicionalmente, serão explorados temas avançados como teoria de modos acoplados e redes de difração, ampliando ainda mais o conjunto de habilidades dos participantes. Este curso é essencial para estudantes de graduação e pós-graduação, especialmente aqueles interessados na área de Telecomunicações, proporcionando uma base sólida para o desenvolvimento de soluções inovadoras em dispositivos eletromagnéticos e suas aplicações em diversas áreas da engenharia e da ciência.
− Teoria eletromagnética Equações de Maxwell Condições de contorno − Propagação em meios estratificados Reflexão e transmissão em meios dielétricos multicamadas Meios isotrópicos e anisotrópicos − Guias de ondas dielétricos Planares e tridimensionais Modos guiados, radiados e vazantes Fibras ópticas de diferentes geometrias − Guias de ondas metálicos Retangulares e cilíndricos − Linhas de transmissão Formalismo e aplicações avançadas − Teoria de modos acoplados Formalismo e aplicações − Teoria de redes de difração Formalismo e aplicações − Meios metamateriais Conceitos básicos, análise de estruturas para aplicações em frequências de micro-ondas e frequências ópticas
Os formalismos abordados em sala de aula são, majoritariamente, das notas de aula do Prof. Ben-Hur Viana Borges. Complementar: 1. Gerd Keiser, Optical Fiber Communications, Third Edition, McGraw-Hill, 2000. 2. MARCUSE, D. Theory of dielectric optical waveguides. NY, EUA: Academic Press, 1974. (livro clássico) 3. HAUS, H.A. Waves and fields in optoelectronics. New Jersey, EUA: Prentice Hall, 1974. (livro clássico) 4. KOSHIBA, M. Optical Waveguide Analysis. NY, EUA: McGraw Hill, 1992. TAMIR, T. Guided-wave optoelectronics (Springer Series in Electronics and Photonics, v. 26), Springer Verlag, 1990. 5. KEISER, G.E. Optical fiber communications. NY, EUA: McGraw Hill, 1991. 6. PETERSON, A.F.; RAY, S.L.; MITTRA, R. Computational Methods for electromagnetics (Series on Electromagnetic Waves), 1997. 7. SNIDER, A.W.; LOVE, J. Optical Waveguide Theory. NY, EUA: Chapman and Hall, 1991. Artigos científicos, principalmente das revistas especializadas do IEEE e IEE. 8. Saïd Zouhdi, Ari Sihvola and Mohamed Arsalane, "Advances in electromagnetics of complex media and metamaterials". 9. Eleftheriades, G. V. and Balmain, K. G , "Negative-refraction metamaterials : fundamental properties and applications". Hoboken, NJ : J. Wiley, 2005. 10. HAUS, H. A. Waves and Fields in Optoelectronics. Prentice-Hal Series in Solid State Physical Electronics, 1984. 11. HUANG, W.; HONG, J. A Transfer Matrix Approach Based on Local Normal Modes for Coupled Waveguides with Periodic Perturbations. IEEE J. Lightwave Technol., v. 10, n. 10, p. 1367-1375, out./1992. 12. MARCUSE, D. Directional Couplers Made of Nonidentical Asymmetric Slabs. Part II: Grating Assisted Couplers. IEEE J. Lightwave Technol., v. LT-5, n. 2, p. 268-273, fev./1987. MARCUSE, D. Theory of Dielectric Optical Waveguides. 2 ed. Academic Press, 1991. 13. CHUANG, S.L. A Coupled Mode Formulation by Reciprocity and a Variational Principle. J. Lightwave Technol., v. LT-5, n. 1, p. 5-15, jan., 1987. 14. SCHLERETH, K.-H.; TACKE , M. The Complex Propagation Constant of Multilayer Waveguides: An Algorithm for a Personal Computer. IEEE J. Quantum Electron., v. 26, n. 4, p. 627-630, abr./1990.
