Τίτλος: «Μελέτη και προσομοίωση οπτικής διάταξης, για υλοποίηση οπτικής διεπαφής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων κατασκευασμένων σε πλατφόρμα ολοκλήρωσης πυριτίου»
Ερευνητικό πεδίο διπλωματικής εργασίας
Η τεχνολογία φωτονικής ολοκλήρωσης πυριτίου σε πλατφόρμα SOI, θα επιτρέψει την υλοποίηση φωτονικών διατάξεων για χρήση σε αισθητήρες νέας γενιάς. Η μεγάλη πυκνότητα ολοκλήρωσης, η χαμηλή κατανάλωση ισχύος, και το χαμηλό κόστος κατασκευής, καθιστά την φωτονική ολοκλήρωση πυριτίου ικανή για τη δημιουργία όλων αυτών των βασικών δομών και την ενσωμάτωση τους, με σκοπό την αντικατάσταση των υπάρχοντων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων αισθητήρων. Ωστόσο η μη προτυποποιημένη οπτική διεπαφή του του πλακιδίου του πυριτίου, με άλλα πλακίδια, με οπτικά καρτών και τελικά με τις οπτικές ίνες καθώς και η αυξημένη πολυπλοκότητα της ηλεκτροοπτικής ολοκλήρωσης παραμένει ένα μεγάλο εμπόδιο στην ενσωμάτωσή τους.
Θα μελετηθεί οπτική διάταξη συζεύκτη οπτικής ισχύος, από ολοκληρωμένο κύκλωμα κατασκευασμένο σε πλατφόρμα ολοκλήρωσης πυριτίου με οπτική ίνα SMF. Η σύζευξη επιτυγχάνεται με οδοντωτή περιοδική περιθλαστική δομή τύπου Grating Coupler, η οποία επιτρέπει την έξοδο του φωτός από το ολοκληρωμένο κύκλωμα με συγκεκριμένη γωνία εξόδου και συγκεκριμένο προφίλ πεδιακής κατανομής. Σκοπός της μελέτης αυτής είναι η αύξηση της απόδοσης σύζευξης ισχύος αλλά και το χαλάρωμα των απαιτήσεων ευθυγράμμισης κατά το στάδιο της συναρμολόγησης, και δύναται να επιτευχθεί με δύο τρόπους. Προσθέτοντας κάποιο επιπλέον ανακλαστικό στρώμα με σκοπό την αύξηση της κατευθυντικότητας του grating coupler, και δια της χρήσης κάποιων οπτικών στοιχείων ελεύθερου χώρου (free space optics). Σε μια ενδεικτική τέτοια διάταξη γίνεται χρήση σφαιρικού φακού (ball-lens), ο οποίος τοποθετείται πάνω από διάταξη του Grating Coupler, σε συγκεκριμένη απόσταση. Η χρησιμότητα αυτού του φακού έγκειται στην επανεστίαση του οπτικού παλμού που έχει εξέλθει δια του φαινομένου της περίθλασης από τον grating coupler. Θα εξεταστεί η συνολική τιμή των απωλειών της οπτικής διασύνδεσης, καθώς και τα όρια ευθυγράμμισης ώστε να διατηρηθούν οι απώλειες οπτικής ισχύος κάτω από προσδιορισμένη τιμή, με σκοπό να διατηρηθεί η οπτική διασύνδεση λειτουργική. Η ανοχή της ζεύξης θα προσδιορίσει την δυνατότητα συναρμολόγησης της διάταξης με τεχνικές παθητικής ευθυγράμμισης, καθώς και τα οφέλη από τη συναρμολόγηση της διάταξης με τεχνικές ενεργούς ευθυγράμμισης.
Η προσομοίωση των περιθλαστικών δομών τύπου Grating Coupler, θα διενεργηθεί σε περιβάλλον ηλεκτρομαγνητικής επίλυσης Lumerical, ενώ η διάδοση στον ελεύθερο χώρο, η οποία θα ακολουθήσει θεωρία διάδοσης οπτικών ακτίνων (ray optics), θα διενεργηθεί σε περιβάλλον προσομοίωσης Zemax. Θα μελετηθεί και θα υλοποιηθεί η διαδικασία αξιοποίησης των αποτελεσμάτων από τα δύο ξεχωριστά περιβάλλοντα προσομοίωσης, ενώ ταυτόχρονα θα υλοποιηθεί δίαυλος επικοινωνίας μεταξύ των δύο περιβάλλοντων.
Χρήσιμες γνώσεις:
- Βασικές αρχές Ηλεκτρομαγνητισμού
- Αρχές φωτονικής τεχνολογίας
Εκτιμώμενη Διάρκεια Εργασίας: 6 μήνες
Επικοινωνία:
Χάρης Ζερβός, Μετα-διδάκτορας Ερευνητής (hzervos@mail.ntua.gr)
Γιάννης Πουλόπουλος, Υποψήφιος Διδάκτορας (jpoul@mail.ntua.gr)
