@unpublished{upm69142,
           title = {Estudio del comportamiento de dispositivos optoelectr{\'o}nicos mediante t{\'e}cnicas de elementos finitos},
           month = {February},
            year = {2021},
          author = {Pedro Enrique Brea Ruiz},
         address = {Madrid},
        keywords = {Optoelectr{\'o}nica},
        abstract = {La industria de las comunicaciones {\'o}pticas abarca un amplio campo de dispositivos con multitud de aplicaciones comerciales, las cuales se encuentran en constante desarrollo y evoluci{\'o}n. Centr{\'a}ndonos en el desarrollo de dispositivos de aplicaciones en comunicaciones {\'o}pticas, existen multitud de softwares con capacidad de dise{\~n}o y simulaci{\'o}n de componentes. El objetivo principal de este trabajo se centra en la aplicaci{\'o}n pr{\'a}ctica de un software comercial orientado al dise{\~n}o y simulaci{\'o}n de sistemas optoelectr{\'o}nicos para dise{\~n}ar componentes ampliamente extendidos en la industria de las comunicaciones {\'o}pticas y estudiar su comportamiento. Para ello nos centraremos en dos ejemplos pr{\'a}cticos de simulaci{\'o}n y an{\'a}lisis: resonador Fabry-Perot y fibra {\'o}ptica monomodo comercial. Previo a las simulaciones a llevar a cabo, se realiza un estudio te{\'o}rico para facilitar el entendimiento de los diferentes par{\'a}metros importantes a la hora de simular cualquier componente. De esta forma adoptaremos una base te{\'o}rica s{\'o}lida con el fin de poder aprovechar al m{\'a}ximo las posibilidades pr{\'a}cticas que nos ofrece el software en cuesti{\'o}n. Entre los diferentes softwares de dise{\~n}o y simulaci{\'o}n de componentes, se ha seleccionado un software intuitivo a la hora de dise{\~n}ar sistemas o elementos, y muy potente de cara a obtener resultados en las simulaciones llevadas a cabo, ya sea en el propio software o en diferentes formatos exportables. El software objeto de estudio en este trabajo fin de grado ser{\'a} Lumerical Solutions, el cual nos ofrece varios productos de dise{\~n}o de componentes dependiendo del tipo de an{\'a}lisis o dise{\~n}o a llevar a cabo. Lumerical es la empresa desarrolladora del software de simulaci{\'o}n. Recientemente ha sido adquirida por Ansys, principal fabricante de software de ingenier{\'i}a avanzada para la simulaci{\'o}n del comportamiento de productos manufacturados y procesos industriales. Se trata de una empresa puntera con desarrollo de software vanguardista y con presencia s{\'o}lida en el sector de software de simulaci{\'o}n involucrada en numerosas universidades de investigaci{\'o}n. Nos centraremos en dos paquetes de software dentro del cat{\'a}logo que ofrece la compa{\~n}{\'i}a, concretamente Lumerical INTERCONNECT Solutions y Lumerical MODE Solutions. El presente trabajo se encuentra dividido en dos cap{\'i}tulos diferenciados por el software empleado y por el tipo de estudio en cuesti{\'o}n llevado a cabo. Al inicio de cada cap{\'i}tulo se desarrollan te{\'o}ricamente los principales par{\'a}metros y conceptos involucrados a lo largo del mismo. De esta forma se pretende obtener un alto grado de profundizaci{\'o}n en los diversos conceptos te{\'o}rico-pr{\'a}cticos requeridos en un laboratorio de cara al dise{\~n}o o simulaci{\'o}n. En el primer cap{\'i}tulo se emplea el software de simulaci{\'o}n a nivel de sistemas, Lumerical INTERCONNECT Solutions el cual nos permite simular y optimizar el rendimiento de circuitos integrados fot{\'o}nicos de una manera muy intuitiva. Simularemos el comportamiento de un resonador Fabry-Perot para entender los diferentes resultados obtenidos variando los diferentes par{\'a}metros del sistema. El contenido de este primer cap{\'i}tulo tiene como finalidad la comprensi{\'o}n de uno de los elementos principales y m{\'a}s extendidos en el dise{\~n}o de l{\'a}seres empleados en comunicaciones {\'o}pticas en la actualidad.
Por otra parte, en el segundo cap{\'i}tulo nos centraremos en el empleo del software Lumerical MODE Solutions para simular el comportamiento de uno de los elementos indispensables en comunicaciones {\'o}pticas, la fibra {\'o}ptica. La principal aplicaci{\'o}n del software Lumerical MODE Solutions ser{\'i}a la optimizaci{\'o}n del dise{\~n}o de gu{\'i}as onda, acopladores y fibras {\'o}pticas. Se lleva a cabo un estudio del comportamiento de una secci{\'o}n de fibra {\'o}ptica comercial monomodo, utilizada en comunicaciones {\'o}pticas de grandes distancias. El trabajo finaliza con las conclusiones de las simulaciones y an{\'a}lisis de software resultantes realizados a lo largo del mismo y con las futuras l{\'i}neas de trabajo de cara a ampliar el conocimiento y el desarrollo pr{\'a}ctico con diferentes componentes. Como principales conclusiones se podr{\'i}an destacar las amplias posibilidades de dise{\~n}o que nos ofrece el software elegido, as{\'i} como la claridad en la obtenci{\'o}n de resultados en los diferentes par{\'a}metros estudiados. Con el desarrollo del dise{\~n}o de varios elementos de comunicaciones {\'o}pticas, extraemos una visi{\'o}n clara de c{\'o}mo dise{\~n}ar un componente y cu{\'a}les son sus principales par{\'a}metros. Tras estudiar te{\'o}ricamente las caracter{\'i}sticas y comportamiento de las ondas electromagn{\'e}ticas, se aplica dicho conocimiento a casos pr{\'a}cticos de dise{\~n}o, facilitando el aprendizaje en su aplicaci{\'o}n en un entorno acad{\'e}mico. 
Abstract:
Optical communications industry encompasses a broad field of devices with multitude of commercial applications, which are constantly evolving. Focusing on the development of application devices in optical communications, there are many softwares with the ability to design and simulate components. The main objective of this project is focused on practical application of commercial software directed to design and simulate optoelectronic systems and components widely used in the optical communications industry and study their behavior. We will focus on two practical simulation and analysis examples: Fabry-Perot resonator and commercial single-mode fiber optics.
First of all it is necessary to carry out a theoretical study in order to facilitate the knowledge of different parameters to simulate any component. In this way we will adopt a solid theoretical base in order to take full advantage of practical possibilities offered by the software. Among the different component design and simulation softwares, we have been selected an intuitive software to design systems. This software is very powerful in order to obtain simulations results, either in software itself or in different exportable formats. The software will be Lumerical Solutions, which offers different component design products depending on the type of analysis or design to be carried out. Lumerical is the developer of this software. It has been acquired recently by Ansys, a leading manufacturer of advanced engineering. It is a leading company with cutting-edge software development and a strong presence in simulation software sector, involved in numerous research universities. We will focus on two software packages within the list offered, specifically Lumerical INTERCONNECT Solutions and Lumerical MODE Solutions. This project is divided in two chapters differentiated by software and the study in carried out. At the beginning of each chapter we develop theoretically main parameters used in this project. In the first chapter, we are going to use Lumerical INTERCONNECT Solutions software. This software is a system-level simulation which allows us to simulate and optimize the performance of photonic integrated circuits. We will simulate the behavior of Fabry-Perot resonator to understanding different results obtained by changing different parameters of system. The content of this chapter is intended to understand one of the most widespread elements in the design of lasers that is used in optical communications today. In the second chapter we will focus on Lumerical MODE Solutions software to simulate the behavior of a typical fiber optic used in long distance optical  communications. The main application of Lumerical MODE Solutions software would be the optimization of the design of waveguides, couplers and optical fibers. We will carry out a study of the behavior of a single-mode commercial fiber optic section, used in long-distance optical communications. The project ends with conclusions of the software?s results simulations and analysis and adding new lines of works in order to expand knowledge and practical development with different components. As main conclusions, we can stand out the great design possibilities offered by this software and the facility to obtain results in different parameters of many components.
With the design of diferents optical communication elements, we extract a clear vision of how to design a component and what are its main parameters. After theoretically studying of characteristics and behavior of electromagnetic waves, this knowledge is applied to practical design cases. In this way, learning is facilitated in its application in an academic way.},
             url = {https://oa.upm.es/69142/}
}