Título
Diseño y fabricación de acopladores ópticos integrados para aplicaciones de procesamiento de información
Design and fabrication of integrated optical couplers for information processing applications
Autor
Ferney Castro Simanca
Colaborador
FRANCISCO ANTONIO DOMINGUEZ SERNA (Asesor de tesis)
Wencel José de la Cruz Hernández (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Acoplador direccional, Nitruro de Silicio, Circuito fotónico integrado - (AUTOR) Directional Coupler, Silicon Nitride, Photonic Integrated Circuit - (AUTOR) INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA - (CTI) CIENCIAS TECNOLÓGICAS - (CTI) TECNOLOGÍA DE LA INSTRUMENTACIÓN - (CTI) DISPOSITIVOS ELECTROÓPTICOS - (CTI) DISPOSITIVOS ELECTROÓPTICOS - (CTI)
Resumen o descripción
En este trabajo se estudian acopladores ópticos integrados de Nitruro de Silicio (S i3N4) sobre dióxido de Silicio (S iO2) y en un sustrato de Silicio (S i) que pueden ser utilizados como divisores de potencia y separadores o mezcladores de frecuencia. Se desarrollan módulos de diseño utilizando herramientas de cómputo basadas en diferencias finitas y con estos, se estudia el efecto de las dimensiones geométricas de las guías, la longitud de onda y el contraste dieléctrico en los diseños de los acopladores. Los resultados de estos estudios muestran que son necesarias dimensiones submicrométricas de las guías de onda y la separación entre las guías, para que los acopladores puedan ser empleados en aplicaciones de fotónica integrada. Con ayuda de los módulos de diseño, se definen condiciones geométricas para las cuales las guías de onda son monomodales, bimodales y multimodales. Además, se estudian las pérdidas de potencia por propagación debidas a la curvatura de los brazos del acoplador y al acoplamiento entre modos espaciales y de polarización. De este estudio, se demuestra que se pueden escoger radios de curvatura de los brazos, para los cuales, se garantice que el modo de interés llegue a la parte central del acoplador y al mismo tiempo se generen bajas pérdidas de potencia. Adicionalmente, se diseñan dos divisores de potencia 50 : 50 para una longitud de onda de 0.826 µm y un separador (mezclador) de frecuencias para las longitudes de onda 0.826 µm y 1.550 µm y se demuestra su funcionamiento propagando luz por los acopladores con ayuda de paqueterías de Lumerical. En cuanto a la parte experimental, se desarrolla una metodología que permite fabricar estructuras de guías de onda con dimensiones submicrométricas en el Laboratorio Nacional de Nanofabricación (LaNNaFab) del Centro de Nanociencias y Nanofabricación (CNyN) que pertenece a la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Por último, se fabrican acopladores ópticos integrados en fotoresina y se caracteriza su morfología con microscopía óptica y microscopía de fuerza atómica (AFM por sus siglas en inglés). Esta caracterización muestra, que los acopladores fabricados, tienen dimensiones submicrométricas.
In this work, we study integrated optical couplers of Silicon Nitride (S i3N4) on silicon dioxide (S iO2) and on a Silicon substrate (S i) that can be used as power splitters and frequency demultiplexor o multiplexor. Design modules are developed using finite difference-based computational tools and with these, the effect of guide geometrical dimensions, wavelength, and dielectric contrast on the coupler designs are studied. The results of these studies show that submicrometer dimensions of the waveguides and the spacing between the waveguides are necessary for couplers to be used in integrated photonics applications. With the help of the design modules, geometrical conditions are defined for which the waveguides are single-mode, bimode, and multimode. In addition, propagation power losses due to the curvature of the coupler arms and the coupling between spatial and polarization modes are studied. From this study, it is shown that it is possible to choose arm curvature radii that guarantee that the mode of interest reaches the central part of the coupler and at the same time generates low power losses. Additionally, two 50 : 50 power splitters are designed at a 0.826 µm wavelength and a frequency demultiplexor (multiplexor) for 0.826 µm and 1.555 µm wavelengths and their operation is demonstrated by propagating light through the couplers with the help of Lumerical packages. As for the experimental part, a methodology is developed to fabricate waveguide structures with submicrometer dimensions in the Laboratorio Nacional de Nanofabricación (LaNNaFab) of the Centro de Nanociencias y Nanofabricación (CNyN) that belongs to the Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Finally, photoresistintegrated optical couplers are fabricated and their morphology is characterized by optical microscopy and Atomic Force Microscopy (AFM). This characterization shows that the fabricated couplers have submicrometer dimensions.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2021
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Castro Simanca, F. 2021. Diseño y fabricación de acopladores ópticos integrados para aplicaciones de procesamiento de información. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 63 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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