La denominada sociedad de la información en la que nos encontramos actualmente ha sido posible gracias a la revolución tecnológica derivada del desarrollo espectacular de la microelectrónica desde hace poco más de medio siglo. Desde la aparición del transistor como componente básico la evolución tecnológica ha seguido una trayectoria de miniaturización considerable. El número de componentes que pueden ser insertados en un chip se ha doblado cada 18 meses según las predicciones que en los años setenta realizó G. Moore. En la actualidad se ha llegado a una frontera tecnológica de escala nanométrica donde se han originado graves problemas, derivados de la alta integración, que han frenado este ritmo de evolución.
Con vistas a la superación de los problemas surgidos en la microelectrónica se ha venido proponiendo el empleo de los fotones, más rápidos y con menos disipación de energía, para continuar el desarrollo tecnológico. Avances en esta dirección favorecerían el desarrollo de las redes ópticas dentro del campo de las telecomunicaciones al dotarlas de funcionalidades que permitan eliminar los “cuellos de botella” generados en los conversores optoelectrónicos. Además hay otros campos de investigación que se verían beneficiados como por ejemplo la computación o los sensores fotónicos. Surge un complejo y vasto campo conocido como la Nanofotónica.
En esta tesis se estudian los cristales fotónicos planares como una de las tecnologías incluidas dentro del campo de la Nanofotónica. Concretamente se estudia la implementación de un acoplador direccional en cristales fotónicos. Esta estructura es básica en todo tipo de aplicaciones ya que permite la implementación de funcionalidades básicas tan importantes como son los divisores de potencia, multiplexores y demultiplexores, interferómetros Mach-Zehnder o incluso conmutadores. A lo largo de toda la tesis se abordan temas que van desde el modelado de las estructuras de cristal fotónico y el diseño teórico del acoplador direccional para distintas aplicaciones hasta la verificación experimental que se realiza tanto en frecuencias ópticas como en modelos a escala en frecuencias de microondas.
Los cristales fotónicos presentan la ventaja de permitir unos niveles de integración altos, con un gran control de la luz. Se obtienen, teóricamente, longitudes de acoplo del orden de 1µm, por debajo de las longitudes de acoplo que presentan otras tecnologías integradas de alto contraste. Se analiza también, dentro de la tesis, la implementación de un conmutador aprovechando la alta capacidad de confinamiento de la luz y las bajas velocidades de grupo que presentan los cristales fotónicos, lo que permite conseguir dispositivos integrables con un bajo consumo de potencia.
Los grandes inconvenientes que presentan los cristales fotónicos son las tolerancias de fabricación que perjudican en gran medida su funcionamiento y la dificultad en la inserción y extracción de la luz. Abordar estas tareas requiere de una gran labor de investigación. Se pretende, con los resultados presentados en esta tesis, motivar la realización de futuras investigaciones en el campo de los cristales fotónicos.