Design of multiplexing components and PIC-fiber interfaces for Si3N4 waveguide platform
Creators: name: Παπαδοβασιλάκης, Μάριος Σταύρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Φωτονική
Πολυπλεξία
Διεπαφή ίνας – κυματοδηγού
Photonics
Multiplexing
Fiber – waveguide interface

description: Η συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις για υψηλότερο εύρος ζώνης και ταχύτερη μετάδοση πληροφορίας στα κέντρα δεδομένων έχουν παρουσιάσει την ανάγκη για ταχύτατες και χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης διασυνδέσεις μεταξύ επεξεργαστών. Η ανάγκη αυτή απαντάται με τη χρήση της ολοκληρωμένης φωτονικής. Η πλατφόρμα υψηλής διαφοράς δείκτη διάθλασης SOI είναι η κυρίαρχη πλατφόρμα συμβατή με την τεχνολογία CMOS για φωτονική ολοκλήρωση. Η αυξανόμενη χρήση της όμως, έχει αποκαλύψει συγκεκριμένα μειονεκτήματα για τον συνεχώς αυξανόμενο αριθμό των εφαρμογών. Η πλατφόρμα νιτριδίου του πυριτίου (SiN) είναι μία πολλά υποσχόμενη εναλλακτική πλατφόρμα. Έχει σχετικά υψηλή διαφορά δείκτη διάθλασης και όπως η πλατφόρμα SOI, κατασκευάζεται μέσω τεχνολογίας CMOS, ενώ προσφέρει μεγαλύτερο εύρος ζώνης λειτουργίας και χαμηλότερες απώλειες διάδοσης, μεταξύ άλλων. Τα περιεχόμενα και τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια του ευρωπαϊκού προγράμματος Horizon2020 MOICANA. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζεται ένας SiN 4x1 πολυπλέκτης, ένας SiN συντονιστής δακτυλίου δεύτερης τάξης, και ένας SiN συζεύκτης φράγματος περίθλασης TE πόλωσης. Αρχικά γίνεται μία γενική περιγραφή των αρχών διάδοσης του φωτός και της θεωρίας κυματοδήγησης. Στη συνέχεια ακολουθεί μία λεπτομερής περιγραφή των αρχών λειτουργίας του κάθε στοιχείου που σχεδιάστηκε. Τέλος, παρουσιάζεται η διαδικασία σχεδιασμού των στοιχείων και τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων.
description: The rapidly increasing aggregate bandwidth requirements in data centers has presented the need for fast and low power consumption interconnects between processors. This need is answered with the use of integrated photonics. The high index contrast silicon-on-insulator (SOI) platform is the dominant CMOS-compatible platform for photonic integration. Its increasing popularity, however, has revealed certain drawbacks for the continuously increasing applications. Silicon nitride (SiN) is a very promising alternative platform. It has moderately high index contrast, and like SOI, it uses CMOS processes to manufacture photonic integrated circuits while offering higher range of operation bandwidth and lower propagation losses among others. The contents and results of this thesis were carried out in the context of the Research and Innovation Action (RIA) Horizon2020 program MOICANA. More specifically, we present a SiN 4x1 multiplexer (MUX) arrayed waveguide grating (AWG), a SiN second order racetrack resonator, and a SiN TE polarization grating coupler. We firstly go over an overall review of the principles of light propagation and waveguide theory, followed by the detailed analysis of the principles behind each one of the components designed. Finally, we present our design process in detail and the final results of the simulations of the designed components.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)