Integrated silicon photonic meandering resonator add drop filters
Tümleşik silisyum fotonik kıvrımlı çınlaç ekleme düşürme süzgeçleri
- Tez No: 825087
- Danışmanlar: PROF. DR. MUHAMMET İRŞADİ AKSUN, PROF. DR. ALİ SERPENGÜZEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 221
Özet
Yeni dağıtılmış kıvrımlı dalga kılavuzu (DMW) yapılarının, izgelerinde kip ayrımı olması önerilmişti. Bu DWM yapıları, sensörler, anahtarlar, kipleyiciler, dalgaboyu çoklama (WDM) süzgeçleri ve veri ağları gibi olası uygulamalar için umut veriyor. Yalıtkan üzerinde silisyum (SOI) silisyum fotonik tümleşik devreler (Si-PIC) teknolojisi kullanılarak 1500 nm'den 1580 nm'ye kadar telekomünikasyon bandında daha da yeni yapılar öneriyoruz. Yapılarımızın taban bileşenleri, IC tipi yönlü bağlaştırıcı kullanılarak tasarlanmış kıvrımlı döngü yansıtıcıları (MLM) ve yönlü bağlaştırıcı (DC) kullanılarak tasarlanmış mikrohalkalı çınlaçlardır (MRR). Hem IC hem de DC bağlaştırıcı, enine elektriksel (TE) kutuplu kipi taşımak için 500 nm eninde x 220 nm yüksekliğinde silisyum tabanlı optik dalgakılavuzu kullanılarak tasarlandı. Bu MLMler kip ayrımı oluşturmak için enlemesine veya boylamasına bağlanan çınlaçlar üretmek üzere değişik yönlerde bağlandı. Bağlama uzunlukları (LC) 15 µm - 20 µm arasında değişen, bağlama katsayısı C 0.44 - 0.64 at arasında değişen ekleme-düşürme süzgeçleri (ADF), iki ek çıkış için bu yapılardan çıkan ışığı birleştirmek için kullanıldı. Ortadan sıkıştırılmış bir halka çınlaca benzer bir kum saati biçimi üretmek için bir halka çınlacın ortasına bağlaşmasıyla kendine bağlaşmış çınlaç (SCR) oluşturuldu. Kıvrımlı çınlaç ADF süzgeçleri (MR-ADF), enine bağlaştırılmış kıvrımlı çınlaç ADF (Lat CMR-ADF), boylamasına bağlaşmış kıvrımlı çınlaç (Long-CMR), kendine bağlaşmış çınlaç ADF (SCR-ADF), iki ADFli (SCR-ADF2) kendine bağlaşmış çınlaç, bir ADFli (CSCR-ADF) kendine ve birbirine bağlaşmış çınlaç ve iki ADFli kendine ve birbirine bağlaşmış çınlaç (CSCR-ADF2) kip çoklama yapıları üretmek için tasarlanmıştır. Bir kıvrımlı çınlaç (MR) üretmek için iki MLM bağlandı ve aynı yapıdan iki çıkış daha almak için iki MLM arasında bir ADF olarak bir IC kullanıldı. Bağlaştırma uzunluğu LC = 0 µm, 16 µm - 17 µm arasında değiştirildi, bunun çıkışlar üzerindeki etkisini incelemek için C = 0.01, 0.48 - 0.52 arasında değiştirildi. Çınlamalarda Lorentz çizgi biçimi gözlendi ve bağlaşma çıkış şiddeti artan C ile arttı. Lat CMR ADF üretmek için iki MR bir ADF olarak kullanılan bir IC yoluyla enlemesine bağlaştı. Bağlaşma uzunluğu LC = 15 µm - 17 µm arasında değişti, bunun çıkış üzerindeki etkisini incelemek için C değeri 0.44 - 0.52 arasında değiştirildi. Çınlamalarda bölünmüş Lorentz çizgi biçimi gözlendi ve ADFnin artan C'si ADFlerden gelen çıktıların şiddetini arttırdı. Long-CMR üretmek için iki MR bir DC ile uzunlamasına birbirine bağlaştırıldı. MRler içindeki ve MRler arasındaki LCler 15 µm – 17 µm arasında değişti ve C değeri DC için 0.40 - 0.45, IC için 0.44 - 0.52 arasında değiştirildi. İzgelerde bölünmüş Lorentz çizgi biçimi ve Fano çizgi biçimi gözlendi. SCR-ADF, yani kum saati biçiminde bir çınlaç, üretmek için bir DC kullanıldı, ve IC bağlaştırıcı kullanılarak bir ADF üretildi. İletim izgesinde çınlamalar düşüşler ve bölünmüş Lorentz çizgi biçimleri olarak gözlendi. SCR-ADF2yi tasarlayarak iki çıkış daha almak için SCR-ADFnin altına bir IC bağlaştırıcı ile bir ADF süzgeci eklendi. İzgede bölünmüş Lorentz çizgi biçimi gözlendi. İletimde daha fazla kip ayırma olması için, CSCR-ADF tasarlamak için iki SCR-ADF iki DC ile bağlaştırıldı. Daha sonra IC tabanlı bir ADF ile dalgakılavuzuna giriş çıkış için bağlandı. İletim izgesinde çınlamalar düşüşler ve daha da bölünmüş Lorentz çizgi biçimleri olarak gözlendi. İki çıkış daha almak için CSCR-ADF2 tasarlamak üzere CSCR-ADFin altına bir IC tabanlı bir ADF daha bağlandı. Çınlamalar iletim izgesinde düşüşler, diğer çıkışlarda ise tepeler, ve bölünmüş Lorentz çizgi biçimleri olarak gözlendi. Özet olarak, 3 çıkışlı Si-PIC yapıların tasarımı, üretimi ve incelemesi gerçekleştirildi. 0.01 nm to 0.995 nm düzeyinde kip ayırma iki veya daha fazla çınlacın bağlaşmasıyla sağlandı. 1.05 nm to 1.65 düzeyinde boş izge aralıkları (FSR) gözlendi. 2000 to 76000 düzeyinde Q katsayıları gözlendi. 46 dBm düzeyinde sönme oranları (ER) gözlendi. 22 dBm düzeyinde toplam ekleme yitimi (IL) gözlendi. 299 dBm/nm düzeyinde eğim oranları (SR) gözlendi. Bu tür çınlamalı yapıların, algılama, fotonik çok noktaya yayın, anahtarlama, ve WDM uygulamaları olabilir.
Özet (Çeviri)
Novel distributed meandering waveguide (DMW) structures were proposed to have mode split in their spectral response. These DWM structures show promise for possible applications as sensors in optical diagnostics, switches, modulators, filters in wavelength division multiplexing (WDM) and data networks. We propose further novel structures in telecommunication band from 1500 nm to 1580 nm, using silicon on insulator (SOI) silicon photonics integrated circuits (Si-PIC) technology. The basic components of our structures are meandering loop mirrors (MLMs) designed using IC type directional couplers and microring resonators (MRRs) designed using directional couplers (DCs). Both the IC and DC couplers were designed using silicon optical strip waveguide of the dimensions 500 nm wide by 220 nm high to carry a transverse electrically (TE) polarized mode. These MLMs were connected in different orientations to form resonators, which were then laterally or longitudinally connected to obtain mode splitting. Add-drop filters (ADF) of coupling lengths (LC) varying from 15 µm - 17 µm, varying the coupling coefficient C from 0.44 - 0.52 at 1550 nm were used to couple light out of these structures for two additional outputs. Self-coupled resonators (SCRs) were formed by connecting a ring resonator in the middle to achieve an hourglass shape, similar to a ring resonator squeezed from the middle. Novel structures such as meandering resonator ADF (MR-ADF), laterally CMR-ADF (Lat-CMR-ADF), longitudinally CMR (Long-CMR), self-coupled resonator with one ADF (SCR-ADF), self-coupled resonator with two ADF (SCR ADF2), coupled self-coupled resonator with one ADF (CSCR-ADF), and coupled self-coupled resonator with two ADF (CSCR ADF2) were designed to obtain mode splitting. Two MLMs, were connected to fabricate a meandering resonator (MR), and an IC was used as the ADF, between the two MLMs to obtain two more outputs from the same structure. Coupling length LC of the IC coupler was varied from 0 µm and 16 µm - 17 µm, in turn varying C = 0.01, 0.48 - 0.52 to analyze its effect on the outputs. Lorentzian lineshape was observed in the resonances and the coupled output intensity increased with increasing C. Two MRs were laterally connected through an IC used as an ADF, to achieve a Lat CMR ADF. Coupling length LC was varied 15 µm - 17 µm, in turn varying C from 0.44 - 0.52 to analyze its effect on the output. Split Lorentzian lineshape was observed in the resonances and increasing C of the ADF increased the intensity of the outputs from ADFs. Two MRs were longitudinally coupled together through a DC, so that MRs can be coupled together from the middle, to achieve a Long-CMR. LCs for the MRs and between the MRs were varied together from 15 µm - 17 µm changing C from 0.40 - 0.45 for DC coupler, and 0.44 - 0.52 for IC coupler. Split Lorentzian lineshapes and Fano lineshapes were observed in the spectra. SCR-ADF was fabricated using a DC to achieve an hourglass shaped resonator, it was coupled to a strip waveguide through an ADF using an IC coupler, and split Lorentzian lineshapes were observed in the transmission as dips for resonances. A further ADF using an IC coupler was added at the bottom of the SCR-ADF to design SCR-ADF2 to obtain further two outputs, split Lorentzian lineshapes were observed in the spectrum. Two SCR-ADF were longitudinally coupled together through two DCs to design a CSCR ADF, to achieve further mode splitting in the transmission. Then an IC based ADF was used to couple it to a strip waveguide for input output coupling. Split Lorentzian lineshapes and a further split in the mode was observed in the transmission spectra, where resonances were observed as dips. One more ADF using an IC coupler was connected at the bottom of the CSCR-ADF to design a CSCR-ADF2 to obtain further two outputs. Split Lorentzian lineshapes were observed as dips in the transmission and peaks in the other output spectra. In summary, design, fabrication, and characterization from 1500 nm to 1580 nm of Si PIC structures with 3 outputs was performed. For measurements, mode splitting on the order of 0.01 nm to 0.995 nm was achieved by coupling two or more resonators. Free spectral ranges (FSRs) on the order of 1.05 nm to 1.65 nm are observed. Quality factors (Q-factors) on the order of 2000 to 76000 are observed. Extinction ratios (ERs) on the order of 46 dBm are observed. Total insertion losses (ILs) on the order of 22 dBm are observed. Slope ratios (SRs) on the order of 299 dBm/nm are observed. Such resonant structures can have applications in sensing, photonic multicasting, switching, and WDM.
Benzer Tezler
- Distributed meandering resonator add-drop filters in silicon photonic integrated circuits design, fabrication and analysis
Silisyum tümleşik fotonik devrelerde dağıtılmış kıvrımlı çınlaç ekleme-düşürme süzgeçleri tasarım, üretim ile inceleme
SUAT KURT
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER KİRAZ
PROF. DR. ALİ SERPENGÜZEL
- Meandering loop mirrors and resonators in silicon photonic integrated circuits: Design, fabrication, and analysis
Silisyum fotonik tümleşik devrelerde kıvrımlı halka yansıtıcıları ve çınlaçları: Tasarım, üretim, ve inceleme
MUHAMMAD ZAKWAN
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET İRŞADİ AKSUN
PROF. DR. ALİ SERPENGÜZEL
- 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
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. ALİ SERPENGÜZEL
- Waveguide-integrated germanium photodetector design and optimization for sensing and telecom applications
Dalgakılavuzu ile tümleşik germanyum fotodedektörlerin sensör ve telekom uygulamaları için tasarım ve optimizasyonu
HASAN FIRAT YILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET CENGİZ ONBAŞLI
- Design and optimization of broadband silicon photonic devices
Geniş bantlı silisyum fotonik aygıtların tasarımı ve optimizasyonu
KAZİM GÖRGÜLÜ
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİR SALİH MAĞDEN