Integrated optics technology on silicon
El camp de l'òptica integrada es presenta com un dels mes prometedors a curt-mig plaç degut als clars avantatges que presenta amb respecte de l'electrònica tradicional. El fet d'utilitzar la llum com a medi vehicular, la qual no es veu afectada per les possibles pertorbacions electrom...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2005 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:37358 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/37358 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Òptica integrada Transductors òptics Silici |
| Sumario: | El camp de l'òptica integrada es presenta com un dels mes prometedors a curt-mig plaç degut als clars avantatges que presenta amb respecte de l'electrònica tradicional. El fet d'utilitzar la llum com a medi vehicular, la qual no es veu afectada per les possibles pertorbacions electromagnètiques, entre altres propietats, fan que aquest camp sigui una de les sortides mes viables als greus problemes de congestió de les vies de telecomunicacions que es preveuen en un futur proper. Per altra part, l'ús de l'òptica integrada per a la realització de sensors ofereix unes prestacions superiors a la majoria de transductors actuals: La resistència a condicions hostils, la mesura sense contacte directe i la seguretat en ambients perillosos, fan que aquests siguin de gran interès pel mon industrial. Dels diferents materials aptes per a la realització de components òptics integrats, únicament el silici, amb l'ampli bagatge de processos altament desenvolupats, derivats de la micromecanització i la microelectrònica, permet la fabricació de grans sèries a preus reduïts. Tot i que les propietats òptiques d'aquest element son limitades, la seva abundància, baix preu, elevada puresa, estabilitat química i rigidesa mecànica, fan d'aquest el substrat ideal per a la realització d'estructures híbrides, on les diferents funcions, òptiques i electròniques es combinen sobre el silici, utilitzant tècniques de muntatge superficial amb interconnexió òptica, a través de guies d'ona, dels diferents elements. El confinament òptic amb estructures ARROW es basa en la reflexió total interna a l'interfase amb l'aire i l'elevada reflectivitat que provoquen les capes subjacents al nucli. L'índex de refracció i el gruix d'aquestes capes es sintonitza de manera que el mode fonamental presenti un mínim de pèrdues, mentre que els modes superiors pateixen una elevada atenuació. D'aquesta manera, és possible obtenir guies d'ona monomode amb tamany similar a la fibra òptica, encarregades d'injectar la llum, minimitzant les pèrdues d'inserció. Aquesta propietat fa que aquest tipus de guies siguin les candidates òptimes per a la fabricació de transductors òptics, els quals es basen en la idea que qualsevol alteració d'una propietat física o química produïda a un medi pot detectar-se a partir del canvi que produeix a las característiques de propagació de la llum a través d'ell. En aquest treball s'han desenvolupat les eines necessàries per a la caracterització dels transductors òptics integrats: s'ha posat a punt els programes de simulació de diferències finites amb xarxa no-uniforme (NU-FDM) i el Mètode de propagació del feix (BPM), que permeten analitzar el comportament tridimensional de tota l'estructura. La tecnologia de Sala Blanca ha estat acondicionada per tal d'aconseguir els requeriments que necessitava l'Òptica Integrada. A aquest fet, l'obtenció de capes per PECVD amb diferents índexs de refracció, així com l'optimització de les tècniques de gravat RIE, han permès realitzar tota una sèrie de transductors òptics amb unes característiques notables. Les guies d'ona han estat mesurades en potència i longitud d'ona. Així, s'ha pogut comprovar com la configuració ARROW es trobava ben sintonitzada, a la longitud d'ona de treball (633nm) tant en gruix com en índex de refracció, validant la tecnologia emprada. Gràcies als punts anteriors, s'han pogut realitzar tres tipus de transductors. El primer d'ells consisteix en un interferòmetre Mach-Zehnder (MZI), el qual basa el seu principi de funcionament en la modificació del camí òptic a una de les seves branques, obtenint un patró interferomètric. A partir d'aquest, és possible determinar la variació en la part real de l'índex de refracció. El segon transductor es basa en la modificació de la part imaginaria de l'índex de refracció. Entremig de dues guies es situa una membrana selectiva, la qual té com a característica principal la modificació de la seva transmissió, a una certa longitud d'ona, a mesura que absorbeix un determinat ió. A partir de l'atenuació mesurada al final del dispositiu, és possible conèixer la quantitat d'ions absorbits. Finalment, el tercer transductor es basa en l'obstrucció del camí òptic amb un material absorbent mòbil. La posició d'aquest absorbent ha estat dissenyada per variar amb l'acceleració, obtenint un accelerómetre òptic. |
|---|