Diseño de elementos de acoplo vertical para la interrogación de chips fotónicos en el régimen visible

Abstract

[ES] Uno de los elementos esenciales a la hora de desarrollar chips fotónicos son los elementos de acoplo, que nos permiten acoplar la luz desde/hacia el exterior (e.g., un láser, una fibra, un fotodetector). Una de las principales soluciones consideradas para esto es el uso de grating couplers, redes periódicas superficiales que nos permiten redirigir en la dirección vertical (o con un determinado ángulo de inclinación) la luz guiada en el chip (o viceversa). Normalmente, se diseñan para trabajar en el rango infrarrojo del espectro, en 2ª y 3ª ventana de transmisión, ya que suelen estar pensados para implementar funcionalidades en esas redes de comunicación. No obstante, otras aplicaciones como los biosensores fotónicos en los que se utiliza la luz guiada en el chip para la detección de sustancias biológicas es más conveniente trabajar en el rango visible del espectro, ya que evitará el uso de equipos de medida bastante más costosos como aquellos pensados para trabajar en el infrarrojo. De esta forma, en este Trabajo Final de Grado se diseñan grating couplers que trabajan en el visible para estructuras de nitruro de silicio, considerando tanto configuraciones full-etch como shallowetch.

[CA] Un dels elements essencials a l'hora de desenvolupar xips fotònics són els elements d'acoblament, que ens permeten acoblar la llum des/cap a l'exterior (e.g., un làser, una fibra, un fotodetector). Una de les principals solucions considerades per això és l'ús de grating couplers, xarxes periòdiques superficials que ens permeten redirigir a la direcció vertical (o amb un determinat angle d'inclinació) la llum guiada al xip (o viceversa). Normalment, es dissenyen per treballar en el rang infraroig de l'espectre, en 2ª i 3ª finestra de transmissió, ja que solen estar pensats per implementar funcionalitats en aquestes xarxes de comunicació. No obstant, altres aplicacions com els biosensors fotònics en què s'utilitza la llum guiada al xip per a la detecció de substàncies biològiques és més convenient treballar en el rang visible de l'espectre, ja que evitarà l'ús d'equips de mesura molt més cars com aquells pensats per a treballar en l'infraroig. D'aquesta manera, en aquest Treball Final de Grau es dissenyen grating couplers que treballen en el visible per a estructures de nitrur de silici, considerant tant configuracions full-etch com shallow-etch.

[EN] One of the essential elements when developing photonic chips are coupling elements, which allow us to couple light from / to the outside (e.g., a laser, a fiber, a photodetector). One of the main solutions considered for this is the use of grating couplers, periodic surface networks that allow us to redirect in the vertical direction (or with a certain angle of inclination) the light guided on the chip (or vice versa). Normally, they are designed to work in the infrared range of the spectrum, in the 2nd and 3rd transmission window, since they are usually designed to implement functionalities in these communication networks. However, other applications such as photonic biosensors in which guided light is used on the chip for the detection of biological substances, it is more convenient to work in the visible range of the spectrum, since it will avoid the use of much more expensive measurement equipment such as those designed to work in the infrared. In this way, this Final Degree Project grating couplers that work in the visible are designed for silicon nitride structures, considering both full-etch and shallow-etch configurations