Programming Methodologies and Applications on a Multipurpose Reconfigurable Integrated Photonic Platform

[ES] El campo de la fotónica de silicio programable ha atraído una gran atención en los últimos años debido a su potencial para revolucionar diversos dominios tecnológicos. La capacidad de reconfigurar circuitos integrados fotónicos bajo demanda ofrece una flexibilidad y adaptabilidad sin precedente...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Sánchez Jácome, David Ricardo
Tipo de recurso: tesis doctoral
Fecha de publicación:2025
País:España
Institución:Universitat Politècnica de València (UPV)
Repositorio:RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:riunet.upv.es:10251/229346
Acceso en línea:https://riunet.upv.es/handle/10251/229346
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Programmable integrated photonics
Silicon photonics
General purpose programmable photonics
Photonic circuit synthesis
Microwave photonics
Topological photonic arrays
Optical circuit switching
Optical unitary operator
Software engineering
Technology stack
08.- Fomentar el crecimiento económico sostenido, inclusivo y sostenible, el empleo pleno y productivo, y el trabajo decente para todos
09.- Desarrollar infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible, y fomentar la innovación
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08.- Fomentar el crecimiento económico sostenido, inclusivo y sostenible, el empleo pleno y productivo, y el trabajo decente para todos
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Pérez López, Daniel
Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación
Departamento de Comunicaciones
Instituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones Multimedia
European Commission
Repositorio Institucional de la Universitat Politècnica de València Riunet
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09.- Desarrollar infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible, y fomentar la innovación
description [ES] El campo de la fotónica de silicio programable ha atraído una gran atención en los últimos años debido a su potencial para revolucionar diversos dominios tecnológicos. La capacidad de reconfigurar circuitos integrados fotónicos bajo demanda ofrece una flexibilidad y adaptabilidad sin precedentes para aplicaciones que abarcan desde las telecomunicaciones y el procesamiento de señales ópticas hasta la detección y el procesamiento de información cuántica. Este interés se debe a la promesa de crear plataformas fotónicas versátiles que puedan adaptarse a tareas específicas mediante control por software, de forma similar a sus contrapartes electrónicas. Este manuscrito ofrece una exploración exhaustiva de los fundamentos teóricos, el proceso de desarrollo y la validación experimental de las aplicaciones derivadas de esta investigación. El tema central gira en torno al diseño, la implementación y la aplicación de un circuito integrado fotónico programable (PIC) multipropósito basado en una arquitectura de malla recirculante. La tesis describe la necesidad crítica de una pila tecnológica robusta, con especial énfasis en la infraestructura de software necesaria para aprovechar al máximo el potencial de los circuitos integrados fotónicos. Una parte importante de este trabajo se dedica a la documentación exhaustiva de diversas aplicaciones demostradas en el procesador fotónico desarrollado, incluyendo avances en redes ópticas, líneas de retardo ajustables, procesamiento de señales ópticas y fotónica topológica, gracias a algoritmos específicamente desarrollados e instrucciones de alto nivel. Además, la tesis profundiza en las complejidades teóricas de los operadores ópticos de multiplicación matricial arbitraria, proponiendo un nuevo modelo teórico para interferómetros de Mach-Zehnder dentro de una matriz de malla recirculante. Este marco teórico se complementa con la implementación de software y la demostración experimental de operadores de multiplicación matricial paramétricos arbitrarios en el procesador fotónico fabricado. Finalmente, la tesis concluye analizando los hallazgos clave, los desafíos encontrados y abordados, y las perspectivas comerciales y de investigación de la tecnología desarrollada, a la vez que describe las futuras direcciones para impulsar el impacto y la accesibilidad de las plataformas fotónicas programables multipropósito.
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La capacidad de reconfigurar circuitos integrados fotónicos bajo demanda ofrece una flexibilidad y adaptabilidad sin precedentes para aplicaciones que abarcan desde las telecomunicaciones y el procesamiento de señales ópticas hasta la detección y el procesamiento de información cuántica. Este interés se debe a la promesa de crear plataformas fotónicas versátiles que puedan adaptarse a tareas específicas mediante control por software, de forma similar a sus contrapartes electrónicas. Este manuscrito ofrece una exploración exhaustiva de los fundamentos teóricos, el proceso de desarrollo y la validación experimental de las aplicaciones derivadas de esta investigación. El tema central gira en torno al diseño, la implementación y la aplicación de un circuito integrado fotónico programable (PIC) multipropósito basado en una arquitectura de malla recirculante. La tesis describe la necesidad crítica de una pila tecnológica robusta, con especial énfasis en la infraestructura de software necesaria para aprovechar al máximo el potencial de los circuitos integrados fotónicos. Una parte importante de este trabajo se dedica a la documentación exhaustiva de diversas aplicaciones demostradas en el procesador fotónico desarrollado, incluyendo avances en redes ópticas, líneas de retardo ajustables, procesamiento de señales ópticas y fotónica topológica, gracias a algoritmos específicamente desarrollados e instrucciones de alto nivel. Además, la tesis profundiza en las complejidades teóricas de los operadores ópticos de multiplicación matricial arbitraria, proponiendo un nuevo modelo teórico para interferómetros de Mach-Zehnder dentro de una matriz de malla recirculante. Este marco teórico se complementa con la implementación de software y la demostración experimental de operadores de multiplicación matricial paramétricos arbitrarios en el procesador fotónico fabricado. Finalmente, la tesis concluye analizando los hallazgos clave, los desafíos encontrados y abordados, y las perspectivas comerciales y de investigación de la tecnología desarrollada, a la vez que describe las futuras direcciones para impulsar el impacto y la accesibilidad de las plataformas fotónicas programables multipropósito.[CA] El camp de la fotònica de silici programable ha atret una gran atenció en els darrers anys a causa del seu potencial per revolucionar diversos dominis tecnològics. La capacitat de reconfigurar circuits integrats fotònics sota demanda ofereix una flexibilitat i adaptabilitat sense precedents per a aplicacions que abasten des de les telecomunicacions i el processament de senyals òptics fins a la detecció i processament d'informació quàntica. Aquest interès es deu a la promesa de crear plataformes fotòniques versàtils que puguin adaptar-se a tasques específiques mitjançant control per programari, de manera similar a les contraparts electròniques. Aquest manuscrit ofereix una exploració exhaustiva dels fonaments teòrics, el procés de desenvolupament i la validació experimental de les aplicacions derivades daquesta investigació. El tema central gira al voltant del disseny, implementació i aplicació d'un circuit integrat fotònic programable (PIC) multipropòsit basat en una arquitectura de malla recirculant. La tesi descriu la necessitat crítica d'una pila tecnològica robusta, amb un èmfasi especial en la infraestructura de programari necessària per aprofitar al màxim el potencial dels circuits integrats fotònics. Una part important d'aquest treball es dedica a la documentació exhaustiva de diverses aplicacions demostrades al processador fotònic desenvolupat, incloent avenços en xarxes òptiques, línies de retard ajustables, processament de senyals òptics i fotònica topològica, gràcies a algorismes específicament desenvolupats i instruccions d'alt nivell. A més, la tesi aprofundeix en les complexitats teòriques dels operadors òptics de multiplicació matricial arbitrària, proposant un nou model teòric per a interferòmetres de Mach-Zehnder dins una matriu de malla recirculant. Aquest marc teòric es complementa amb la implementació de programari i la demostració experimental d'operadors de multiplicació matricial paramètrics arbitraris al processador fotònic fabricat. Finalment, la tesi conclou analitzant les troballes clau, els desafiaments trobats i abordats, i les perspectives comercials i de recerca de la tecnologia desenvolupada, alhora que descriu les adreces futures per impulsar l'impacte i l'accessibilitat de les plataformes fotòniques programables multipropòsit.[EN] The field of programmable silicon photonics has garnered significant attention in recent years due to its potential to revolutionize various technological domains. The ability to reconfigure photonic integrated circuits on demand offers unprecedented flexibility and adaptability for applications ranging from telecommunications and optical signal processing to sensing and quantum information processing. This interest is driven by the promise of creating versatile photonic platforms that can be tailored to specific tasks through software control, much like their electronic counterparts. This manuscript provides a comprehensive exploration of the theoretical underpinnings, the developmental journey, and the experimental validation of applications stemming from this research. The central theme revolves around the design, implementation, and application of a multipurpose programmable photonic integrated circuit (PIC) based on a recirculating mesh architecture. The thesis outlines the critical need for a robust technology stack, with a particular emphasis on the software infrastructure required to harness the full potential of photonic integrated circuits. A significant portion of this work is dedicated to the in-depth documentation of various applications demonstrated on the developed photonic processor, including advancements in optical networking, tunable delay lines, optical signal processing, and topological photonics, enabled by specifically developed algorithms and high-level instructions. Furthermore, the thesis delves into the theoretical intricacies of optical arbitrary matrix-multiply operators, proposing a novel theoretical model for Mach-Zehnder interferometers within a recirculating mesh array. This theoretical framework is complemented by the software implementation and experimental demonstration of arbitrary parametric matrix-multiply operators on the fabricated photonic processor. Finally, the thesis concludes by discussing the key findings, the challenges encountered and addressed, and the commercial and research prospects of the developed technology, while also outlining future directions to further the impact and accessibility of multipurpose programmable photonic platforms.I express my sincere gratitude to the European Union (EU) Erasmus Mundus Joint Master’s Degree (EMJMD) scholarship for funding my studies and expenses at the Europhotonics program.Universitat Politècnica de ValènciaCapmany Francoy, JoséPérez López, DanielEscuela Técnica Superior de Ingeniería de TelecomunicaciónDepartamento de ComunicacionesInstituto Universitario de Telecomunicación y Aplicaciones MultimediaEuropean CommissionRepositorio Institucional de la Universitat Politècnica de València Riunet20252025-10-2720252025-09-19doctoral thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06AMhttp://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aainfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttps://riunet.upv.es/handle/10251/229346reponame:RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valénciainstname:Universitat Politècnica de València (UPV)InglésengEuropean Commission https://doi.org/10.13039/501100000780 Erasmus+ 101128124open accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Reserva de todos los derechoshttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:riunet.upv.es:10251/2293462026-06-13T07:49:27Z
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