Análisis de conmutación fotónica mediante tecnología de Si/GST

Abstract

[ES] El objetivo del trabajo fin de máster es caracterizar experimentalmente y analizar las prestaciones de conmutación fotónica que es posible alcanzar mediante estructuras guiadas basadas en la combinación de silicio y GST (germanio-antimonio-telurio o GeSbTe). La integración del material GST en estructuras de silicio permite la conmutación de forma no-volátil entre dos estados al aplicar un determinado tipo de excitación. Esta conmutación se origina debido a la transición del material GST entre un estado amorfo y cristalino el cual permite variar la absorción y fase de la señal óptica que se propaga a través de guías híbridas de Si/GST. Sin embargo, la forma de excitación necesaria para conmutar el material no es sencilla y suelen surgir discrepancias con respecto al comportamiento esperado en simulación. Todos estos temas serán tratado y analizados en detalle en este trabajo.

[EN] The integration of the GST (germanium-antimony-tellurium or GeSbTe) material into silicon structures enables non-volatile switching between two states upon application of an optical excitation. This switching originates from the transition of the GST material between an amorphous and crystalline state which allows varying the absorption and phase of the optical signal propagating through hybrid Si/GST guides. The aim of this master's thesis is to experimentally demonstrate and analyse the photonic switching performance achievable by guided structures based on the combination of silicon and GST. To this end, silicon waveguides and ring resonators with GST are fabricated and characterized. Our results show high performance in ultra-compact footprints. Both large extinction ratios and phase shifts of around 5 dB/¿m and ¿/2 rad/¿m, respectively, have been measured. On the other hand, on-chip all-optical switching is achieved by using nanosecond optical pulses and switching energies as low as sub-nanojoules. Our devices may find applications in a wide range of fields, such as optical memories, ultra-low power switching or neuromorphic computing.