Resumen de Development of III-nitride-based waveguides for application in all-optical integrated circuits at 1.55 [my]m
- español
El desarrollo de una nueva tecnología todo-óptica para el procesado de datos en las futuras redes de telecomunicación está generando un gran interés desde hace una década. Esta tecnología está encaminada al total aprovechamiento del gran ancho de banda que proporciona la fibra óptica, evitando la conversión entre los dominios óptico y eléctrico necesaria en cada nodo de las redes de comunicaciones actuales. Esta nueva tecnología todo-óptica requiere de diferentes componentes ópticos que puedan ser controlados ópticamente. Estos dispositivos se obtienen a partir de distintos materiales semiconductores y se implementan de forma miniaturizada en un circuito todo-óptico integrado operando a 1.55 [my]m, mejorando de esta forma la fiabilidad del sistema y reduciendo su coste.
Teniendo en cuenta que los nitruros del grupo III son materiales que han demostrado un gran potencial para aplicaciones en comunicaciones ópticas a 1.55 [my]m, el objetivo de este trabajo es el desarrollo de nuevos dispositivos todo-ópticos basados en éstos para su futura implementación en circuitos fotónicos integrados ultrarrápidos operando a longitudes de onda de telecomunicación. Durante esta Tesis se han desarrollado varios dispositivos de guía de onda basados en diferentes estructuras de nitruros del grupo III sobre substratos de zafiro y funcionando a 1.55 [my]m. En primer lugar, se han optimizado diferentes guías de onda ópticas basadas en pozos y puntos cuánticos de GaN/AlN para trabajar como absorbentes saturables a través de sus transiciones intersubbanda. Estas guías de onda podrían utilizarse en procesos de conmutación todo-óptica. En segundo lugar, se ha optimizado el crecimiento de AlN por sputtering de radiofrecuencia permitiendo su uso para la fabricación de guías de onda pasivas. El comportamiento óptico lineal de las guías de AlN por sputtering muestra su idoneidad para actuar como interconectores pasivos de bajo coste en un circuito todo-óptico integrado. Por último, se han optimizado dos tipos de guías de onda basadas en InN por sputtering para funcionar como absorbentes saturables inversos mediante procesos de absorción de dos fotones. La respuesta óptica no lineal de ambas guías abre la posibilidad de utilizar estos dispositivos para aplicaciones en limitación todo-óptica a longitudes de onda de telecomunicación.
- English
The development of new all-optical technology for data processing in future telecommunication networks has attracted a great interest since the last decade. This technology is aimed at the full exploitation of the large bandwidth of the optical fiber, avoiding the optical-electrical-optical conversion at each node of the traditional communication networks. This new all-optical technology requires different optical components which must be optically controlled. These devices are obtained by different semiconductor materials and are implemented in a miniaturized size within an all-optical integrated circuit operating at 1.55 µm, improving the reliability of the system while reducing costs.
Since III-nitride materials have demonstrated a great potential for optical communication applications at 1.55 µm, the purpose of this work is the development of novel all-optical devices based on III-nitrides for their further integration in an ultrafast photonic integrated circuit operating at telecom wavelengths. Several all-optical waveguide devices based on different III-nitride structures on sapphire substrates and working at 1.55 µm have been developed during this Thesis. Firstly, different optical waveguides based on GaN/AlN quantum wells and quantum dots are optimized to act as saturable absorbers via their intersubband transitions. These waveguides could be used in all-optical switching processes. Secondly, the growth of AlN material by RF sputtering is optimized. The use of this material for fabricating passive optical waveguides is demonstrated. The linear optical behavior of the sputtered-AlN waveguides shows their suitability to act as low-cost passive interconnections within the all-optical integrated circuit. Finally, two sputtered-InN-based optical waveguides are optimized to operate as reverse saturable absorbers via two photon absorption processes. The obtained nonlinear optical response of both waveguides opens the possibility of using them for all-optical limitation applications at telecom wavelengths.
