Desarrollo de aplicaciones basadas en la guía nanofotónica de silicio tipo ranura

Abstract

En los últimos años y debido a la Sociedad de la Información en la que vivimos, la cantidad de información que se transmite por las redes de comunicaciones aumenta de forma exponencial. Esto se debe a un aumento en el número de usuarios y a la aparición de nuevas aplicaciones que demandan un gran ancho de banda. Esta necesidad de mayores anchos de banda provoca que el procesado electrónico en los nodos de comunicaciones esté llegando a su límite y se necesitan nuevas tecnologías que realicen dichas funciones en el dominio óptico por su mayor ancho de banda y evitar la conversión opto-electrónica. Un primer paso para poder realizar procesado fotónico es el desarrollo de puertas lógicas todo ópticas. El objetivo de esta tesis doctoral es el estudio y caracterización de una puerta lógica XOR como primer paso para el procesado fotónico. La fabricación se realiza mediante tecnología CMOS de fabricación en masa. Para ello se ha estudiado un nuevo tipo de guía llamado guía ranurada (slot-waveguide) en la que el campo óptico se confina en una región nanométrica aumentando su intensidad. Se han optimizado sus dimensiones para maximizar los efectos no lineales y se han investigado técnicas de acoplo para disminuir las pérdidas de inserción. Para los efectos no lineales se ha empleado un novedoso material basado en nanocristales de silicio en SiO2. Se han estudiado estructuras de anillos resonantes e interferómetros Mach-Zehnder para la realización de un conmutador todo óptico y una puerta lógica XOR respectivamente. También se ha analizado un desfasador de 90º basado en un anillo resonante para integrarlo en un modulador vectorial fotónico. Todas estas estructuras se han podido fabricar y caracterizar experimentalmente. Se han obtenido las pérdidas de propagación de las guías ranuradas. Se ha caracterizado la respuesta de estructuras de anillos resonantes e interferómetros Mach-Zehnder obteniendo sus parámetros óptimos.