Optimization of a free space setup for imaging the field from a photonic integrated circuit to an LCOS device
Creators: name: Κυριακού-Τζιαμτζή, Χριστίνα Κυριάκου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Υγρός Κρύσταλλος σε Πυρίτιο
Επιλεκτική Μεταγωγή Μηκών Κύματος
Φωτονικό Ολοκληρωμένο Κύκλωμα
Liquid Crystal on Silicon
Wavelength Selective Switching
Photonic Integrated Circuit

description: Οι υγροί κρύσταλλοι είναι δομές που παρουσιάζουν συμπεριφορά, τόσο στερεού όσο και υγρού. Οι συσκευές LCoS (Liquid Crystal on Silicon, Υγρός Κρύσταλλος πάνω σε Πυρίτιο ), που ως επί το πλείστον αποτελούνται από ένα στρώμα υγρού κρυστάλλου τοποθετημένο πάνω σε ένα επίπεδο CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor, Συμπληρωματικός Ημιαγωγός Μεταλλικού Οξειδίου), χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία επιλεκτικής μεταγωγής μήκους κύματος WSS (Wavelength Selective Switching ). Η διπλοθλαστικότητα που επιδεικνύουν οι υγροί κρύσταλλοι, είναι η ιδιότητα που καθιστά τις διατάξεις LCoS ως τις καταλληλότερες για τη διαμόρφωση μόνο της φάσης μιας πολυχρωματικής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας , που ταξιδεύει σε ένα οπτικό κανάλι και εισέρχεται σε μια συσκευή WSS. Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται η σχεδίαση και βελτιστοποίηση μιας διάταξης 1 x N WSS, μέσω του λογισμικού της Zemax. Η καινοτομία της υπό μελέτης διάταξης σχετίζεται με το σποτ της εισερχόμενης δέσμης, που παρουσιάζει τις ίδιες ιδιότητες στις διαστάσεις με αυτό που προέρχεται από ένα φωτονικό ολοκληρωμένο κύκλωμα που στοχεύει στη δημιουργία επίπεδου μετώπου κύματος κατά τον ένα άξονα. Ένα οπτικό κανάλι που περιέχει μήκη κύματος από τη ζώνη συχνοτήτων C, και κυμαίνονται από 1540 nm μέχρι 1560 nm με βήμα Δλ = 2nm, περνά μέσα από ένα κυλινδρικό φακό, ο οποίος ακολουθείται από ένα φράγμα περίθλασης που πραγματοποιεί γωνιακή διασπορά των διαφορετικών μηκών κύματος της εισερχόμενης δέσμης. Η δέσμη, που έχει υποστεί διασπορά, διαπερνά ένα ζευγάρι κυλινδρικών φακών με παράλληλα διασταυρωμένα επίπεδα, μέχρι που τελικά προβάλλεται πάνω σε ένα καθρέφτη, που εξομοιώνει μια συσκευή LCoS. Μετά την ανάκλαση, η δέσμη περνά μέσα από τα ίδια οπτικά στοιχεία κατά την προς τα πίσω διάδοση, όπου πραγματοποιείται ανάλυση του μεγέθους της δέσμης για διάφορες κλίσεις του καθρέφτη στο επίπεδο από το οποίο ξεκίνησε η δέσμη. Όλη η ανάλυση πραγματοποιείται για 3 διαφορετικές διαμορφώσεις που σχετίζονται με το φακό που χρησιμοποιείται για τον παραλληλισμό της αρχικής δέσμης. Για κάθε διάταξη, το σποτ της δέσμης χαρακτηρίζεται για γωνία ± 2 μοιρών του καθρέφτη που εξομοιώνει τη μέγιστη παραμόρφωση της δέσμης πραγματικών συσκευών LCOS. Κάθε διάταξη περιλαμβάνει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που περιγράφονται λεπτομερώς στα επόμενα κεφάλαια
description: Liquid crystals are structures that exhibit both a solid-like, as well as a liquid like behavior. LCoS devices, which in general include a liquid crystal layer, lying on a CMOS backplane, are continuously exploited in wavelength selective switching (WSS) technology. Their birefringence is the property that defines them as the most suitable for phase-only modulation of the multi-wavelength optic channel, entering a WSS. In the present Thesis the free space setup of an LCOS based-WSS is designed and optimized through Zemax software. The novelty in the investigated setup is lying on the input spot that features the same dimension properties as the one coming from a beam transforming Photonic Integrated Circuit targeting to planarize the wavefront in one axis. An optical channel containing wavelengths from the C-Band, ranging from 1540nm to 1560nm with Δλ=2nm, passes through a collimating lens followed by a diffraction grating that is performing wavelength angular dispersion. The dispersed beam propagates through a couple of crossed parallel cylindrical lenses, until it is finally projected to a mirror, emulating an LCOS device. After reflection, the beam passes through the same optical components in the backwards propagation, where beam size analysis is performed for different tilts of the mirror at the plane emulating the beam injection from the PIC. The whole analysis is carried out for three distinct configurations related to the lens used for collimating the initial beam spot. For each setup the beam spot is characterized for ±2 degrees angle of the mirror emulating the maximum beam deflection of real LCOS devices. Each setup features pros and cons that are described in detail in the following chapters
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)