Interès de la investigació: Aquesta tesi tracta de resoldre el problema de la interconnexió (acoblament) entre un circuit integrat fotònic de silici (xip) y el món exterior, és dir, una fibra òptica monomode. Aquest és un del temes més importants als que s?enfronta hui en dia la comunitat científica en òptica integrada de silici. Tot i que es poden implementar circuits integrats fotònics de silici d?alta qualitat utilitzant ferramentes estàndard de fabricació CMOS, la interfície amb la fibra òptica continua sent la causa més important de pèrdues, degut a la gran diferència entre el tamany de la fibra òptica monomode i de les guies dels circuits integrats fotònics. El tractament del tema és, per tant, molt important per a la utilització dels circuits integrats fotònics en una aplicació pràctica.
Objetctius: L?objectiu d?aquest treball és fer front a aquest problema en el interf ície fibra-xip, emfatitzant l?ensamblament o empaquetament final dels circuits. Per tant, els objectius principals són: 1) estudi, modelat i optimització dels dissenys de tècniques eficients d?acoblament entre fibres òptiques i circuits integrats fotònics de silici, 2) fabricació i demostració experimental dels dissenys obtinguts, 3) ensamblament i empaquetament d?alguns dels prototips d?acoblament fabricats.
Metodologia: Aquest treball es desenvolupa al voltant de dos línies, corresponents a les dos estratègies principals d?acoblament existents a la literatura: acoblament de llum verticalment sobre la superfície del circuit (estructura ”grating coupler”) i horitzontalment per la seua vora (estructura ”inverted taper”). El manuscrit comença amb una introducció (capítol 1) que inclou la motivació i el context de la investigació, la definició del problema d?acoblament fibra-circuit en fotònica de silici i els objectius i organització del treball. L?estat de l?art de les dos estratègies d?acoblament s?inclou al capítol 2. Cadascuna de les estratègies (acoblador ”grating” i ”inverted taper”) s?analitza àmpliament de manera separada als capítols 3 i 4 respectivament, incloent els principis de funcionament dels dispositius, fabricació, i els resultats de les proves experimentals de dissenys fabricats amb la finalitat de comprovar la seua validesa. Al capítol 5 s?estudien les solucions d?empaquetament per a les dos tècniques d?acoblament fibra-xip desenvolupades i s?examina l?estat de l?art d?empaquetament de circuits fotònics de silici. A tals efectes, l?objectiu principal és l?empaquetament de circuits integrats fotònics de silici multiport basat en components disponibles comercialmet. A l’úlltim capítol, s?inclou un resum del resultats obtinguts, així com les perspectives de treball futur.
Resultats: Tant per al cas de ”grating” com per a les estructures ”inverted taper”, són importants els avanços produïts sobre l?estat de l?art. Respecte al ”grating”, s?han demostrat dos tipus d?estructures. D?una banda, s?han demostrat ”gratings” adequats per a l?acoblament a guies de silici convencionals. D?altra banda, s?ha demostrat per primera vegada el funcionament dels ”gratings” per a guies de silici tipus ”slot” horitzontal, que son guies molt prometedores per a aplicacions d?òptica no lineal. Respecte a l?acoblament amb ”inverted taper”, s?ha demostrat una estructura innovadora basada en aquest tipus d?acoblament. Amb aquesta estructura són importants els avanços aconseguits en relació amb l?empaquetament de fibres òptiques amb el circuit de silici. La integració amb estructures de tipus ”V-groove” es presenta com una solució per a alinear passivament conjunts de míltiples fibres a un mateix circuit integrat fotònic. També s’estudia l?empaquetament de conjunts de múltiples fibres amb acobladors ”grating”, resultant un prototipus d?empaquetament de reduït tamany.


Resum de la Tesis Doctoral “Addressing Fiber-to-Chip Coupling Issues in Silicon Photonics” 
de D. Jose Vicente Galán Conejos
_____________________________________________________________________________