Resumo: Nesta tese, dois dos meus trabalhos serão discutidos com maior profundidade, que são aqueles que envolvem niobato de lítio sobre isolante (LNOI), que foram justamente os trabalhos que escolhi para a minha defesa. Nesses trabalhos demonstramos, inicialmente, por meio de simulações numéricas, que guias de onda em LNOI podem suportar ondas acústicas de superfície de comprimento de onda curto e confinadas, que interagem fortemente com campos ópticos por meio do retroespalhamento Brillouin estimulado (BSBS) nas orientações $Z$ e $X$. Nossas simulações totalmente anisotrópicas consideramos não apenas os efeitos de fronteira e o efeito fotoelástico, mas também as forças roto-ópticas envolvidas na interação Brillouin. Com base nessas simulações, fabricamos os dispositivos e realizamos uma demonstração experimental do retroespalhamento Brillouin estimulado com polarizações ópticas ortogonais em guias de onda de LNOI. Observamos tanto o espalhamento intra- quanto intermodal entre modos ópticos fundamentais TE e TM que se propagam em direções opostas e o ganho Brillouin com polarizações ortogonais alcançou valores de SBS superiores a $G_{B}=\SI{80}{\m^{-1}\W^{-1}}$, um resultado que não apenas amplia o papel da polarização em SBS, mas também abre novas possibilidades para dispositivos de alto desempenho, incluindo lasers ultrafinos, dispositivos não recíprocos robustos, filtros RF e conversores de micro-ondas para óptico. Também discutiremos meu primeiro projeto de doutorado, no qual demonstramos experimentalmente o sincronismo de um oscilador optomecânico de nitreto de silício, acionado até a quarta harmônica de sua frequência fundamental de $\SI{32}{\mega\hertz}$. Explorando esse efeito, também demonstramos experimentalmente um divisor de frequência de RF puramente optomecânico, realizando divisão de frequência com razão de até 4:1, isto é, de $\SI{128}{\mega\hertz}$ para $\SI{32}{\mega\hertz}$. Desenvolvimentos futuros podem explorar esses efeitos para a implementação de sintetizadores de frequência, amplificação sensível à fase e detecção não linear Ver menos

Abstract: In this thesis, two particular works of mine will be discussed in more depth, those involving lithium niobate on insulator (LNOI), which are precisely the works I chose to present for my defense. In these works, we demonstrate through numerical simulations that LNOI waveguides can support confined, short-wavelength surface acoustic waves that strongly interact with optical fields via backward stimulated Brillouin scattering (BSBS) in both $Z$ and $X$-cut orientations. Our fully anisotropic simulations account for not only the moving boundary and photoelastic effects but also roto-optic forces involved in the Brillouin interaction. Following these simulations, we conducted an experimental demonstration of cross-polarization backward stimulated Brillouin scattering in LNOI waveguides. Using polarization-sensitive pump and probe measurements, we observed both intra- and intermodal scattering between counterpropagating fundamental TE and TM optical modes. Remarkably, cross-polarization scattering achieved SBS gains exceeding $G_{B}=\SI{80}{\m^{-1}\W^{-1}}$, a result that not only expands the role of polarization in SBS, but also opens up possibilities for high-performance devices, including ultra-narrowband lasers, robust broadband nonreciprocal devices, RF filters, and microwave-to-optical converters. We will also discuss my first Ph.D. project, where we experimentally demonstrate entrainment of a silicon-nitride optomechanical oscillator driven up to the fourth harmonic of its $\SI{32}{\mega\hertz}$ fundamental frequency. Exploring this effect, we also experimentally demonstrate a purely optomechanical RF frequency divider, where we performed frequency division up to a 4:1 ratio, i.e., from $\SI{128}{\mega\hertz}$ to $\SI{32}{\mega\hertz}$. Further developments could harness these effects towards frequency synthesizers, phase-sensitive amplification and nonlinear sensing Ver menos