Studies of silicon nanostructures for integrated ¿-photonics applications
- Autores: Youcef Lebour
- Directores de la Tesis: Blas Garrido Fernández (dir. tes.), Paolo Pellegrino (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2009
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Alejandro Pérez Rodríguez (presid.), Nicola Daldosso (secret.), Fabrice Gourbilleau (voc.)
- Materias:
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- Resumen
El principal objetivo de esta tesis ha sido asentar una plataforma tecnológica compatible con la tecnología de silicio y que permite el desarrollo de varias aplicaciones en el campo de la fotónica integrada. Hemos estudiado las características de varios materiales basados en nano-cristales de silico (cristales de silicio de unos pocos nano-metros de tamaño), especialmente: 1) La interacción de estos nanocristales con erbio ofrece la posibilidad de la consecución de un amplificador óptico o una fuente de luz integrada con emisión en la estratégica ventana espectral utilizada en telecomunicaciones (1.54 micras). Hemos analizado el mecanismo de transferencia de energía entre los nanocristales de silicio y los iones de erbio en diferentes vidrios de silicatos. nuestro estudio reveló que las obleas de aluminosilicatos pueden ser la mejor matriz para demostrar un amplificador de erbio integrado en guía de onda.
2) Los notables efectos ópticos no lineales (efecto Kerr) de estos nanocristales en la dicha ventana a 1.54 micras permiten la implementación de funciones fotónicas avanzadas tales como una puerta lógica todo-óptica. Hemos realizado un análisis exhaustivo de las propiedades estructurales y ópticas de diferentes capas finas de nanocristales de silicio incorporados en óxido (Si-nc/SiO2), conel fin de llenar guías de onodas de silicio de tipo ranura (verticales o sándwich). Guías de tipo ranura sándwich de alta calidad óptica han sido fabricadas mediante un proceso estándard de micro-electrónica. Además, hemos fabricado y analizado varios elementos fotónicos básicos incluyendo guías de onda, divisores, curvas y anillos resonadores. El comportamiento no lineal del sistema Si-nc/SiO2 combinado con las bajas pérdidas de propagación en las guías de onda tipo ranura sándwich se han usado para demostrar un switch óptico basada en un anillo resonador.
The ability of silicon nanoclusters (silicon of few nm size) based materials, especially, i) to act as efficient sensitizers to erbium ions and ii) to instantly respond to ultrafast pulsed lasers excitations through a large nonlinear optical Kerr effect, have been explored for integrated µ-photonics applications in the C-band window (¿=1550 nm). Towards an integrated erbium doped waveguide amplifier for the former, and an integrated ultrafast all-optical logic gate for the latter. We analyzed the energy transfer mechanism from silicon nanoclusters to erbium ions in different silicates glasses, whereby we revealed that aluminosilicate wafers may be the best choice to demostrate an erbium doped waveguide amplifier. On the other hand, we performed an exhaustive structural and optical analysis of different silicon nanoclusters embedded in silicon oxide (Si-nc/SiO2) layers, aimed to fill vertical and sandwich silicon slot waveguides. A good quality sandwich slot waveguides have been fabricated in a standard µ-electronics facility. Several building blocks including straifht waveguides, splitters, bends and ring resonators have been fabricated and analyzed. The nonlinear effects of the Si-nc/SiO2 system and the low propagation losses in the fabricated sandwich slot waveguides have been combined in a ring resonator device for the demostration of a compact all-optical switch fabricated entirely with CMOS tools.
