Tesis por compendio / [ES] La fotónica de silicio es una tecnología emergente clave en redes de comunicación e
interconexiones de centros de datos de nueva generación, entre otros. Su éxito se basa
en la utilización de plataformas compatibles con la tecnología CMOS para la integración
de circuitos ópticos en dispositivos pequeños para una producción a gran escala a
bajo coste. Dentro de este campo, los interferómetros integrados juegan un papel
crucial en el desarrollo de diversas aplicaciones fotónicas en un chip como sensores
biológicos, moduladores electro-ópticos, conmutadores totalmente ópticos, circuitos
programables o sistemas LiDAR, entre otros. Sin embargo, es bien sabido que la
interferometría óptica suele requerir caminos de interacción muy largos, lo que dificulta
su integración en espacios muy compactos. Para mitigar algunas de estas limitaciones de
tamaño, surgieron varios enfoques, incluyendo materiales sofisticados o estructuras más
complejas, que, en principio, redujeron el área de diseño pero a expensas de aumentar
los pasos del proceso de fabricación y el coste.
Esta tesis tiene como objetivo proporcionar soluciones generales al problema de
tamaño típico de los interferómetros ópticos integrados, con el fin de permitir la
integración densa de dispositivos basados en silicio. Para ello, aunamos los beneficios
tanto de las guías de onda bimodales como de las estructuras periódicas, en términos
de la mejora del rendimiento y la posibilidad para diseñar interferómetros monocanal
en áreas muy reducidas. Más específicamente, investigamos los efectos dispersivos
que aparecen en estructuras menores a la longitud de onda y en las de cristal fotónico,
para su implementación en diferentes configuraciones interferométricas bimodales.
Además, demostramos varias aplicaciones potenciales como sensores, moduladores y
conmutadores en tamaños ultra compactos de unas pocas micras cuadradas. En general,
esta tesis propone un nuevo concepto de interferómetro integrado que aborda los
requisitos de tamaño de la fotónica actual y abre nuevas vías para futuros dispositivos
basados en funcionamiento bimodal. / [CA] La fotònica de silici és una tecnologia emergent clau en xarxes de comunicació i
interconnexions de centres de dades de nova generació, entre altres. El seu èxit es basa
en la utilització de plataformes compatibles amb la tecnologia CMOS per a la integració
de circuits òptics en dispositius diminuts per a una producció a gran escala a baix
cost. Dins d'aquest camp, els interferòmetres integrats juguen un paper crucial en el
desenvolupament de diverses aplicacions fotòniques en un xip com a sensors biològics,
moduladors electro-òptics, commutadors totalment òptics, circuits programables o
sistemes LiDAR, entre altres. No obstant això, és ben sabut que la interferometría òptica
sol requerir camins d'interacció molt llargs, la qual cosa dificulta la seua integració en
espais molt compactes. Per a mitigar algunes d'aquestes limitacions de grandària, van
sorgir diversos enfocaments, incloent materials sofisticats o estructures més complexes,
que, en principi, van reduir l'àrea de disseny però a costa d'augmentar els processos de
fabricació i el cost.
Aquesta tesi té com a objectiu proporcionar solucions generals al problema de
grandària típica dels interferòmetres òptics integrats, amb la finalitat de permetre la
integració densa de dispositius basats en silici. Per a això, combinem els beneficis tant de
les guies d'ones bimodals com de les estructures periòdiques, en termes de funcionament
d'alt rendiment per a dissenyar interferòmetres monocanal compactes en àrees molt
reduïdes. Més específicament, investiguem els efectes dispersius que apareixen en
estructures menors a la longitud d'ona i en les de cristall fotònic, per a la seua
implementació en diferents configuracions interferomètriques bimodals. A més, vam
demostrar diverses aplicacions potencials com a sensors, moduladors i commutadors en
grandàries ultres compactes d'unes poques micres cuadrades. En general, aquesta tesi
proposa un nou concepte d'interferòmetre integrat que aborda els requisits de grandària
de la fotònica actual i obri noves vies per a futurs dispositius basats en funcionament
bimodal. / [EN] Silicon photonics is a key emerging technology in next-generation communication
networks and data centers interconnects, among others. Its success relies on the
ability of using CMOS-compatible platforms for the integration of optical circuits
into small devices for a large-scale production at low-cost. Within this field,
integrated interferometers play a crucial role in the development of several on-chip
photonic applications such as biological sensors, electro-optic modulators, all-optical
switches, programmable circuits or LiDAR systems, among others. However, it is well
known that optical interferometry usually requires very long interaction paths, which
hinders its integration in highly compact footprints. To mitigate some of these size
limitations, several approaches emerged including sophisticated materials or more
complex structures, which, in principle, reduced the design area but at the expense of
increasing fabrication process steps and cost.
This thesis aims at providing general solutions to the long-standing size problem
typical of optical integrated interferometers, in order to enable the densely integration
of silicon-based devices. To this end, we combine the benefits from both bimodal
waveguides and periodic structures, in terms of high-performance operation and
compactness to design single-channel interferometers in very reduced areas. More
specifically, we investigate the dispersive effects that arise from subwavelength
grating and photonic crystal structures for their implementation in different bimodal
interferometric configurations. Furthermore, we demonstrate various potential
applications such as sensors, modulators and switches in ultra-compact footprints of
a few square microns. In general, this thesis proposes a new concept of integrated
interferometer that addresses the size requirements of current photonics and open up
new avenues for future bimodal-operation-based devices. / Financial support is also gratefully acknowledged through postdoctoral FPI grants from Universitat Politècnica de València (PAID-01-18). European Commission through the Horizon 2020 Programme (PHC-634013 PHOCNOSIS project).
The authors acknowledge funding from the Generalitat Valenciana through the AVANTI/2019/123, ACIF/2019/009 and PPC/2020/037 grants and from the European
Union through the operational program of the European Regional Development Fund (FEDER) of the Valencia Regional Government 2014–2020. / Torrijos Morán, L. (2021). Photonic Applications Based on Bimodal Interferometry in Periodic Integrated Waveguides [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172163 / Compendio
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/172163 |
| Date | 02 September 2021 |
| Creators | Torrijos Morán, Luis |
| Contributors | García Rupérez, Jaime, Universitat Politècnica de València. Departamento de Comunicaciones - Departament de Comunicacions, European Commission, Generalitat Valenciana, Universitat Politècnica de València |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | info:eu-repo/grantAgreement/EC/H2020/634013/EU/Advanced nanophotonic point-of-care analysis device for fast and early diagnosis of cardiovascular diseases/, info:eu-repo/grantAgreement/Generalitat Valenciana//PPC%2F2020%2F037/ES/, info:eu-repo/grantAgreement/Generalitat Valenciana//AVANTI%2F2019%2F123/ES/, info:eu-repo/grantAgreement/Generalitat Valenciana//ACIF%2F2019%2F009/ES/ |
Page generated in 0.0027 seconds