Οπτικοί συζεύκτες φράγματος περίθλασης για διεπαφές ολοκληρωμένων οπτικών κυκλωμάτων πυριτίου:
Creators: name: Ντάμπος, Γεώργιος Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2014
Subjects: περιθλαστικός συζεύκτης
πλήρως κάθετη σύζευξη
τεχνολογία πυριτίου
grating coupler
perfectly vertical coupling
silicon photonics technology

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη σχεδίαση, τη προσομοίωση και την πειραματική μελέτητης αρχής λειτουργιάς φωτονικών συζευκτών εισόδου/εξόδου ,περιοδικών περιθλαστικών φραγμάτων κυματοδηγού, για φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα τεχνολογίας πυριτίου σε μονωτή (SOI-Silicon on Insulator). Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των συζευκτών αυτών είναι η συνθήκη λειτουργίας τους, υπο πλήρως κάθετη γωνία πρόσπτωσης και περίθλασης του φωτός. Αρχικά, παρατίθενται οι λόγοι που επιτάσσουν πλέον πλήρως κάθετη σύζευξη καθώς και οι προδιαγραφές κάτω από τις οποίες καθίσταται εφικτή τόσο η κατασκευή όσο και η λειτουργία των συζευκτών περιοδικών περιθλαστικών φραγμάτων κυματοδηγού πεπερασμένου αριθμού. Στην συνέχεια, παρουσιάζεται το πρόβλημα της σύζευξης του φωτός από μία οπτική ίνα σε κυματοδηγούς νανοδιαστάσεων καθώς και εναλλακτικές μέθοδοι σύζευξης . Οι φυσικές αρχές που διέπουν τη λειτουργία των συζευκτών παρουσιάζονται συνοπτικά όπως επίσης και μερικές από τις «state-of-the-art» φωτονικές διατάξεις αυτής της κατηγορίας. Οι προδιαγραφές κατασκευής τέτοιων φωτονικών διατάξεων αποτελούν βαρόμετρο για την αποδοτική λειτουργία και τη σχεδίαση τους, ενώ τις περισσότερες φορές περιορίζουν αισθητά τη σχεδίασή τους. Παρουσιάζονται και προτείνονται, λοιπόν, δύο αρχιτεκτονικές συζευκτών για την σύζευξη οπτικής γκαουσιανής δέσμης φωτός , πολωμένη κάθετα στο επίπεδο διάδοσης-TM (Τransverse Magnetic), διερχόμενη από μία μονότροπη ίνα σε έναν οπτικό κυματοδηγό νανοδιαστάσεων που υποστηρίζει εγκάρσιο μαγνητικό - ΤΜ τρόπο διάδοσης. H πρώτη αρχιτεκτονική αναφέρεται σε ένα συζεύκτη ομαλής περιοδικότητας και η δεύτερη σε ένα συζεύκτη γραμμικά μεταβαλλόμενης περιοδικότητας με σκοπό είτε την διεύρυνση του φασματικού εύρους ημίσειας ισχύος είτε την μείωση των εισαγόμενων οπτικών απωλειών ισχύος. Η λειτουργία των προτεινόμενων διατάξεων αξιολογήθηκε και χαρακτηρίστηκε πειραματικά με τη χρήση ενός σταθμού ινών και ακίδων.Tέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα αυτής της μελέτης καθώς και οι επερχόμενες ερευνητικές κατευθύνσεις.
description: The objectives of this thesis are the design, the simulation and the experimental characterization of SOI TM-mode grating couplers for integrated silicon photonics circuits. In particular, the presented grating couplers are primarily intended to be used for perfectly vertical in and out of plane coupling. First of all, the reasons and the arising trends that are imposing perfectly vertical schemes are discussed, as well as, the related fabrication requirements. In addition, the fiber-to-chip coupling issue is discussed and current state-of-the art grating couplers are presented. The design constraints and the fabrication specifications are also extensively presented, as well as, two novel designs driven from those specifications. The first design refers to a uniform TM-mode grating coupler and the second to a linearly chirped grating. Finally, experimental results for the presented SOI gratings are also demonstrated in conjunction with future research plans, relevant to the grating couplers design.