Integrated optics technology on silicon (2005)

El camp de l'optica integrada es presenta com un dels mes prometedors a curt-mig plac degut als clars avantatges que presenta amb respecte de l'electronica tradicional. El fet d'utilitzar la llum com a medi vehicular, la qual no es veu afectada per les possibles pertorbacions electromagnetiques, entre altres propietats, fan que aquest camp sigui una de les sortides mes viables als greus problemes de congestio de les vies de telecomunicacions que es preveuen en un futur proper. Per altra part, l'us de l'optica integrada per a la realitzacio de sensors ofereix unes prestacions superiors a la majoria de transductors actuals: La resistencia a condicions hostils, la mesura sense contacte directe i la seguretat en ambients perillosos, fan que aquests siguin de gran interes pel mon industrial. Dels diferents materials aptes per a la realitzacio de components optics integrats, unicament el silici, amb l'ampli bagatge de processos altament desenvolupats, derivats de la micromecanitzacio i la microelectronica, permet la fabricacio de grans series a preus reduits. Tot i que les propietats optiques d'aquest element son limitades, la seva abundancia, baix preu, elevada puresa, estabilitat quimica i rigidesa mecanica, fan d'aquest el substrat ideal per a la realitzacio d'estructures hibrides, on les diferents funcions, optiques i electroniques es combinen sobre el silici, utilitzant tecniques de muntatge superficial amb interconnexio optica, a traves de guies d'ona, dels diferents elements. El confinament optic amb estructures ARROW es basa en la reflexio total interna a l'interfase amb l'aire i l'elevada reflectivitat que provoquen les capes subjacents al nucli. L'index de refraccio i el gruix d'aquestes capes es sintonitza de manera que el mode fonamental presenti un minim de perdues, mentre que els modes superiors pateixen una elevada atenuacio. D'aquesta manera, es possible obtenir guies d'ona monomode amb tamany similar a la fibra optica, encarregades d'injectar la llum, minimitzant les perdues d'insercio. Aquesta propietat fa que aquest tipus de guies siguin les candidates optimes per a la fabricacio de transductors optics, els quals es basen en la idea que qualsevol alteracio d'una propietat fisica o quimica produida a un medi pot detectar-se a partir del canvi que produeix a las caracteristiques de propagacio de la llum a traves d'ell. En aquest treball s'han desenvolupat les eines necessaries per a la caracteritzacio dels transductors optics integrats: s'ha posat a punt els programes de simulacio de diferencies finites amb xarxa no-uniforme (NU-FDM) i el Metode de propagacio del feix (BPM), que permeten analitzar el comportament tridimensional de tota l'estructura. La tecnologia de Sala Blanca ha estat acondicionada per tal d'aconseguir els requeriments que necessitava l'Optica Integrada. A aquest fet, l'obtencio de capes per PECVD amb diferents indexs de refraccio, aixi com l'optimitzacio de les tecniques de gravat RIE, han permes realitzar tota una serie de transductors optics amb unes caracteristiques notables. Les guies d'ona han estat mesurades en potencia i longitud d'ona. Aixi, s'ha pogut comprovar com la configuracio ARROW es trobava ben sintonitzada, a la longitud d'ona de treball (633nm) tant en gruix com en index de refraccio, validant la tecnologia emprada. Gracies als punts anteriors, s'han pogut realitzar tres tipus de transductors. El primer d'ells consisteix en un interferometre Mach-Zehnder (MZI), el qual basa el seu principi de funcionament en la modificacio del cami optic a una de les seves branques, obtenint un patro interferometric. A partir d'aquest, es possible determinar la variacio en la part real de l'index de refraccio. El segon transductor es basa en la modificacio de la part imaginaria de l'index de refraccio. Entremig de dues guies es situa una membrana selectiva, la qual te com a caracteristica principal la modificacio de la seva transmissio, a una certa longitud d'ona, a mesura que absorbeix un determinat io. A partir de l'atenuacio mesurada al final del dispositiu, es possible coneixer la quantitat d'ions absorbits. Finalment, el tercer transductor es basa en l'obstruccio del cami optic amb un material absorbent mobil. La posicio d'aquest absorbent ha estat dissenyada per variar amb l'acceleracio, obtenint un accelerometre optic.