Geri Dön

Silicon-photonic ring resonator with quality factor tuning mechanism

Kal ite faktörtl ayarlama mekanizmali silisyum-fotonik halka rezonatör

PDF İndir

  1. Tez No: 773633
  2. Yazar: MUSTAFA ORDU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. KAZUHİRO HANE
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2013
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Tohoku University
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 79

Özet

Dalga Boyu Bölmeli Çoğullama (WDM), son yirmi yıldır dikkatleri üzerine çekmektedir. Çeşitli verileri tek bir fibere ilettiği için, WDM veri iletimi için yüksek bir potansiyele sahiptir. Optik filtreler, modülatörler, anahtarlar, mikro rezonatörler gibi birçok bileşen incelenmiştir. Özellikle mikro-rezonatörlerin, WDM sistemlerinde ekle-bırak çoklayıcı olarak kullanılması kilit role sahiptir. Öte yandan, silikonun yüksek kırılma indeksi, mikron altı boyutta bile çok küçük dalga kılavuzunda güçlü ışık hapsedilmesine neden olur. Böylece mikron altı dalga kılavuzlarının kullanılması mümkün olmaktadır. Gün geçtikçe WDM sistemlerinin kapasitesi artmaktadır. Bu artış, kanal aralığının daraltılmasıyla sağlanır ve bu gelişmeyi karşılamak için hassas bileşenler gerekir. Mikro-rezonatörler arasında, mikro halkalı rezonatörler, tek modlu özellik ve basitlik avantajlarına sahiptir. Şimdiye kadar, rezonans dalga boyunu ayarlamak için silikonun kırılma indeksini değiştirmek için elektro-optik modülasyon ve termal modülasyon kullanılmıştır. Tam genişlikte yarı maksimum (FWHM) ayarı titiz bir şekilde çalışılmamıştır. Bu çalışmada, FWHM ayar mekanizmalı mikro halkalı rezonatörler önerilmiştir. Dalga boyu genişliğinin ayarlanması, elektrostatik tarak tahrikli aktüatör kullanılarak sağlanır. Her iki tasarım da FWHM'yi başarıyla ayarlayabilir. FWHM ayarı, WDM sistemlerinin gelecekteki taleplerini karşılamak için önemlidir. Kompakt bir cihaz imal etmek çok önemlidir. Ayrıca busline ve ring yapısı arasındaki farklı boşluk koşulları için, kritik bağlantı sağlanarak maksimum iletim ayarlanır. Böylece, mikro aktüatörler tarafından FWHM ayarlama özelliklerine sahip mikro halka rezonatörleri tanıtılmaktadır. Ayrıca kuplör uzunluğu, sonlu fark zaman alanı (FDTD) simülasyonu ile analiz edilir. Üretim için 340 nm'lik bir üst silikon katmana ve 2 μm gömülü oksit katmana (BOX) sahip İzolatör Üzerinde Silikon (SOI) gofret kullanılır. Tasarımlar elektron ışını (EB) litografi ile modellenir ve üst silikon katman hızlı atom ışını (FAB) ile dağlanır ve BOX katmanı hidroflorik asit (HF) buharla dağlama ile serbest bırakılır. Fabrikasyon mikro halkalı rezonatörlerin kalınlıkları 340 nm'dir ve bu, SOI gofretinin üst silikon tabakasına eşittir. Tek mod koşulunu korumak için 320 nm'lik genişlik seçilir. Ölçüm için TE benzeri tek modlu ışık kullanılır. TM modu, TE seçici tarafından ortadan kaldırılır. 1. tasarım 115 μm x 120 μm çip alanına sahiptir. çevresi III halka 104 μm'dir. FWHM'yi ayarlamak için kullanılan iki halka birleştirici vardır. Her kuplör 10 μm uzunluğa sahiptir. FSR 4.05nm olarak ölçülür. FWHM, 0,83 nm'den 0,34 nm'ye ayarlanmıştır. Genişlik ayarı sırasında 20.35dB maksimum sönme oranı elde edilir. 2. tasarım ise 125 μm x 130 μm talaş alanına sahiptir. 2. tasarım, 1. tasarımdan daha küçük olan 77 μm halka çevresine sahiptir. Bu daha küçük çevre, daha yüksek serbest spektral aralık (FSR) değerine neden olur. 5.6 nm'lik bir FSR değeri ile sonuçlanır. FWHM, 0,15 nm ile 0,75 nm arasında değişir. 17.3dB maksimum sönme oranı da 2. tasarımdan ölçülmüştür. Teorik hesaplamalar deneysel sonuçlarla karşılaştırılır. Simüle kuplörler, teorik hesaplama için boşluk değerlerini belirlemek için kullanılır. Her iki yolun FWHM değerleri çizilir ve farklılıklar tartışılır. Mikro halkalı rezonatörde olası iyileştirmeler ifade edildi. Sonuç olarak, FWHM ayarlanabilir mikro halka rezonatörleri başarıyla gösterildi. Akort mekanizmasının teorik açıklaması araştırılır. Bu tür mikro halkalı rezonatörler, gelecekteki ışık dalgası iletişimi için temel bileşenler olacaktır.

Özet (Çeviri)

Wavelength Division Multiplexing (WDM) has drawn attention for the last two decades. Due to transmitting various data into a single fiber, WDM has a high potential for data transmission. Many components such as optical filters, modulators, switches, micro-resonators have been investigated. Especially micro-resonators have key role to be used as add-drop multiplexer in WDM systems. On the other hand, high refractive index of silicon causes strong light confinement into very small waveguide even submicron size. So it leads submicron waveguides to be possible for usage. Day by day, the capacity of WDM systems increases. This increase is achieved by narrowing the channel spacing, and precise components are required to meet this development. Among micro-resonators, micro-ring resonators have advantages of single mode property and simplicity. Up to now, electro-optic modulation and thermal modulation are utilized to change refractive index of silicon to tune resonant wavelength. Full-width at half maximum (FWHM) tuning has not studied rigorously. In this study, micro-ring resonators with FWHM tuning mechanism were proposed. Tuning of the wavelength width is achieved by using electrostatic comb-drive actuator. Both designs can successfully tune FWHM. FWHM tuning is important to meet future demands of WDM systems. It is crucial to fabricate compact device. Besides for different gap condition between busline and ring structure, maximum transmission is adjusted by obtaining critical coupling. Thereby micro-ring resonators with FWHM tuning properties by micro-actuators are introduced. Moreover coupler length is analyzed by finite-difference time domain (FDTD) simulation. Silicon-on-Insulator (SOI) wafer with a 340 nm top silicon layer and 2 μm buried oxide layer (BOX) is used for fabrication. Designs are patterned with electron beam (EB) lithography, and top silicon layer is etched by fast atom beam (FAB), and BOX layer is released by hydrofluoric acid (HF) vapor etching. Thicknesses of fabricated micro-ring resonators are 340 nm which is equal to top silicon layer of SOI wafer. The width of 320 nm is selected for maintaining single mode condition. For the measurement TE-like single mode light is used. TM mode is eliminated by TE-selector. 1st design has a chip area of 115 μm x 120 μm. The circumference of the iii ring is 104 μm. There are two ring couplers which are utilized for tuning FWHM. Each coupler has 10 μm length. FSR is measured as 4.05nm. FWHM is tuned from 0.83 nm to 0.34 nm. 20.35dB maximum extinction ratio is obtained during width-tuning. On the other hand, 2nd design has a chip area of 125 μm x 130 μm. 2nd design has a ring circumference of 77 μm which is smaller than the 1st design. This smaller circumference causes higher free spectral range (FSR) value. It results an FSR value of 5.6 nm. FWHM ranges from 0.15 nm to 0.75 nm. 17.3dB maximum extinction ratio is also measured from 2nd design. Theoretical calculations are compared with experimental results. Simulated couplers are used to determine gap values for theoretical calculation. FWHM values of both ways are plotted and the differences are discussed. Possible improvements on micro-ring resonator are expressed. In conclusion, FWHM tunable micro-ring resonators were successfully demonstrated. Theoretical explanation of tuning mechanism is investigated. This kind of micro-ring resonators will be essential components for future lightwave communication.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    825087

    Integrated silicon photonic meandering resonator add drop filters

    Tümleşik silisyum fotonik kıvrımlı çınlaç ekleme düşürme süzgeçleri

    SYED SULTAN SHAH BUKHARI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUHAMMET İRŞADİ AKSUN

    PROF. DR. ALİ SERPENGÜZEL

  2. Tez No

    198979

    Monolithic and hybrid silicon-on-insulator integrated optical devices

    Yekpare ve melez yalıtkan üstü silisyum tümleşik optik aygıtlar

    İSA KİYAT

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2005

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. ATİLLA AYDINLI

  3. Tez No

    349740

    Theoretical and experimental investigation of silicon nanowire waveguide displacement sensors

    Eşzamanlı silikon nanokablo dalgakılavuzu yer-değişim algılayıcılarının kuramsal ve deneysel olarak incelenmesi

    MUHAMMET MUSTAFA KAYKISIZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ERDAL BULĞAN

  4. Tez No

    594995

    Integrated photonic studies of silicon meandering distributed feedback structures: A model system for biological ligands

    Silisyum kıvrılan dağıtılmış geribildirimli yapıların tümleşik fotonik incelemeri: Biyolojik ligandlar için örnek bir düzen

    MUHAMMAD REHAN CHAUDHRY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. ALİ SERPENGÜZEL

  5. Tez No

    400465

    Semiconductor based nano-photonic structures for integrated quantum photonics

    Başlık çevirisi yok

    ERMAN ERGİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUniversity of Bristol

    PROF. DR. MARTIN J. CRYAN

Geri Dön