La fotónica de silicio es una de las tecnologías con más auge en las últimas dos décadas. Es por ello que el estudio y desarrollo de circuitos integrados fotónicos ha tenido una importante presencia en la investigación de nuevos componentes y dispositivos para la mejora de prestaciones en sistemas de comunicaciones ópticos. Una de las principales ventajas de la fotónica de silicio es su compatibilidad con la tecnología electrónica CMOS, la cual la convierte en una plataforma prometedora para la fabricación en masa a bajo coste. El tamaño reducido de las estructuras fotónicas y las bajas pérdidas alcanzadas en guías de onda nanométricas ha permitido el desarrollo de dispositivos con una alta densidad de integración. De igual manera, se han demostrado moduladores ópticos de alta velocidad y fotodetectores altamente eficientes. Sin embargo, el desarrollo de la fuente de luz o láser, elemento indispensable en cualquier sistema de comunicaciones óptico, no es posible debido al "bandgap" indirecto del silicio. Por lo cual, otros materiales de "bandgap" directo se han estudiado y propuesto para conseguir integrar un láser sobre el chip de silicio con emisión en las bandas O y C. El principal desafío radica en alcanzar el régimen de emisión estimulada coherente por medio de un bombeo eléctrico y de forma eficiente. Para ello se han propuesto varios esquemas de integración. La integración monolítica aborda la fabricación del láser directamente en el chip. Por otra parte, la integración híbrida consiste en la fabricación del láser por separado para luego ser integrado en el chip, siendo este esquema con el que mejores resultados se han conseguido. De esta manera, el principal objetivo de la tesis ha sido el desarrollo de un láser de cavidad externa por medio de un esquema de integración híbrida y con funcionamiento en la banda O. Los distintos bloques básicos se han analizado, diseñado, fabricado y demostrado experimentalmente. Finalmente, se ha llevado a cabo la integración con el medio de ganancia demostrándose satisfactoriamente emisión estimulada y funcionamiento monomodo. Además, en la tesis se ha abordado también el acoplamiento a estructuras de guiado tipo ranura, las cuales han sido propuestas en esquemas de integración monolítica. / La fotònica de silici és una de les tecnologies amb més auge en les últimes dues dècades. És per això que l'estudi i desenvolupament de circuits integrats fotònics ha tingut una important presència a la investigació de nous components i dispositius per a la millora de prestacions en sistemes de comunicacions òptics. Una de les principals avantatges de la fotònica de silici és la seva compatibilitat amb la tecnologia electrònica CMOS, la qual la converteix en una plataforma prometedora per a la fabricació en massa a baix cost. La mida reduïda de les estructures fotòniques i les baixes pèrdues assolides en guies d'ona nanomètriques ha permès el desenvolupament de dispositius amb una alta densitat d'integració. De la mateixa manera, s'han demostrat moduladors òptics d'alta velocitat i fotodetectors altament eficients. No obstant això, el desenvolupament de la font de llum o làser, element indispensable en qualsevol sistema de comunicacions òptic, no és possible a causa del "bandgap" indirecte del silici. Per la qual cosa, altres materials de "bandgap" directe s'han estudiat i proposat per aconseguir integrar un làser sobre el xip de silici amb emissió en les bandes O i C. El principal desafiament rau a aconseguir el règim d'emissió estimulada coherent per mitjà de un bombament elèctric i de forma eficient. Per a això s'han proposat diversos esquemes d'integració. La integració monolítica aborda la fabricació del làser directament en el xip. D'altra banda, la integració híbrida consisteix en la fabricació del làser per separat per després ser integrat en el xip, sent aquest esquema amb el que millors resultats s'han aconseguit. D'aquesta manera, el principal objectiu de la tesi ha sigut el desenvolupament d'un làser de cavitat externa per mitjà d'un esquema d'integració híbrida i amb funcionament a la banda O. Els diferents blocs bàsics s'han analitzat, dissenyat, fabricat i demostrat experimentalment. Finalment, s'ha dut a terme la integració amb el medi de guany demostrant satisfactòriament emissió estimulada i funcionament monomode. A més, en la tesi s'ha abordat també l'acoblament a estructures de guiatge tipus ranura, les quals han estat proposades en esquemes d'integració monolítica. / Silicon photonics is one of the technologies that has raised a higher interest during the last two decades. Therefore, the development of photonic integrated circuits has had an important presence in the research of new components and devices for the improvement of performance in optical communication systems. One of the main advantages of silicon photonics is its compatibility with CMOS electronic technology, which makes it a promising platform for mass production at low cost. The reduced size of photonic structures and the low propagation losses achieved in nanometric photonic waveguides has allowed the development of devices with a high density of integration. Similarly, high-speed optical modulators and highly efficient photodetectors have been demonstrated. However, the development of the light source or laser, an indispensable element in any optical communication system, is not possible due to the indirect bandgap of silicon. Therefore, other direct bandgap materials have been studied and proposed to integrate a laser on the silicon chip with emission in the O and C bands. The main challenge lies in reaching the coherent stimulated emission regime by means of an electric pump and in an efficient way. For this, several integration schemes have been proposed. Monolithic integration deals with the fabrication of the laser directly on the chip. On the other hand, hybrid integration consists in the fabrication of the laser separately to later be integrated into the chip. The best results have been achieved by means of this approach. Therefore, the main goal of the thesis has been the development of an external cavity laser by means of a hybrid integration scheme and with operation in the O-band. The different basic building blocks have been analyzed, designed, fabricated and experimentally demonstrated. Finally, the integration with the active material has been carried out, successfully demonstrating stimulated emission and single-mode operation. In addition, the thesis has also addressed the coupling to slow waveguide guidance structures, which have been proposed in monolithic integration schemes. / Larrea Luzuriaga, RA. (2018). Dispositivos emisores de luz para transmisión óptica de alta velocidad [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/114827

[ES] La presente tesis doctoral tiene como objetivo principal el estudio, desarrollo, diseño y fabricación de nuevos componentes pasivos de microondas, tales como filtros y multiplexores que operen en las bandas de alta frecuencia de los actuales y futuros satélites de telecomunicación (bandas Ku, K y Ka) entre 12 y 40 GHz. Dichos componentes deben ser capaces de ofrecer tanto respuestas clásicas sencillas como avanzadas (elípticas), y presentar una capacidad de resintonización (tanto en términos de frecuencia central como de ancho de banda). Estos componentes darán solución a las necesidades actuales de los sistemas de comunicaciones espaciales, que requieren de mayores tasas de transmisión de datos (señales de mayor ancho de banda), así como de mayor flexibilidad en las frecuencias de operación, para ofrecer con un mismo dispositivo distintos servicios y prestaciones. Para ello, se proponen tanto modificaciones a las estructuras de filtros clásicos de microondas actuales, como la introducción de nuevas estructuras. Asimismo, también se investigará el uso de los tornillos de ajuste post-fabricación de los filtros como tornillos de sintonía metálicos, así como la posible introducción de tornillos de sintonía realizados con distintos materiales dieléctricos. Se pretende, de esta forma, mejorar las respuestas de los dispositivos actuales; reduciendo su tamaño y costes de producción (debido a la relajación de las tolerancias de fabricación), abaratando de esta forma la fabricación y futura operación de los mismos. Aprovechando estos nuevos dispositivos, se abordará también el diseño, fabricación y medida de componentes más complejos, como pueden ser los los diplexores de canal o los conmutadores con respuesta selectiva en frecuencia, todos ellos necesarios en los sistemas de comunicaciones espaciales y en íntima relación con los filtros previamente mencionados. Por último, el desarrollo de todos estos nuevos dispositivos vendrá acompañado de una metodología de diseño basado en el uso del Mapeo Espacial Agresivo (Aggressive Space Mapping, ASM) especialmente adaptado a los filtros en guía de onda. / [CA] La present tesis doctoral té com a objectiu el estudi, desenvolupament, diseny i fabricació de nous components pasius de microones, tals com els filtres i multiplexors que operen en les bandes d'alta freqüencia dels actuals i futurs satèl.lits de telecomunicació (bandes Ku, K i Ka) entre 12 i 40 GHz, Aquests components han de ser capaços d'oferir tant, respostes clàsiques sencilles com avançades (eliptiques), i que a més a més presenten una capacitat de resintonització (tant en termes de freqüència central com d'amplada de banda). Aquestos nous components pasius donaràn solució a les necesitats dels actuals sistemes espacials, que requereixen de majors taxes de transmissió de dades (senyals de major amplada de banda), així com de major flexibilitat en les frequencies de operació, per oferir en un mateix dispositiu distints serveis i prestacions. Per aquesta raó, es proposen tant modificacions a les estructures del filtres clàsics de microones actuals, com la introducció de noves estructures. Així mateix, també s'investigarà l'us dels tornells d'ajustament post-fabricació dels filtres com a tornells de sintonía metàl.lica i la introducció de tornells de sintonía realitzats amb diferents materials dielèctrics Es pretén, d'aquesta forma, la millora de les respostes del dispositius actuals; reduint la envergadura i els costos de producció (gràcies a la relaxació de les toleràncies de fabricació), abaratint d'aquesta forma la fabricació i futura operació dels filtres mateixos. Aprofitant aquestos nous dispositius es treballarà també en el disseny, fabricaçió i mesura de components més complexes, com poden ser els multiplexors de canal i els commutadors amb resposta selectiva en freqüencia, tots ells necessaris en els sistemes de comunicacions espacials i en íntima relació amb els filtres abans esmenats. Per analitzar, el desenvolupament de tots aquestos dispositius vindrà acompanyat d'una metodologia de disseny basada en l'us del Mapatge Espacial Agressiu (Aggressive Space Mapping, ASM), especialment adaptat als filtres en guia d'ona. / [EN] The main objective of this doctoral thesis is the study, development, design and manufacture of new passive microwave components in waveguide technology, such as filters and multiplexers, that operate in the high frequency bands of current and future telecommunication satellite payloads between 12 and 40 GHz (Ku, K and Ka bands). The new solutions developed must other both classic and advanced (elliptical) responses, as well as the possibility of being reconfigured both in terms of center frequency and bandwidth. The motivation for this research is to address the current and future needs of space communication systems which require higher data rate transmission (that is larger bandwidths), as well as flexibility with respect to the operating frequency to dynamic adaptation to possible changes in user demands. In this context, we propose in this thesis alternative microwave filter structures in metallic waveguide, as well as novel solutions. We explore different approaches to adjust the filter performance, using both traditional metallic tuning screws as well as tuning elements made with dierent dielectric materials. We also advance the state-of-the-art by developing more performing Space Mapping procedures for the design, optimization and tuning of the filter structures that we propose. The objective is to improve the response of the devices and reduce, at the same time, their manufacturing time and costs. As a fundamental element of our work, in addition to theoretical developments, we also apply the findings of our research to the design, manufacture and measurement of a number of more complex components, such as diplexers and integrated switches and filters. They are practical devices to demonstrate the ability of the novel filters that we propose to satisfy the requirements of current and future advanced satellite payloads. / Ossorio García, J. (2021). Development of New Tunable Passive Microwave Components in Waveguide Technology [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/166100