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Studio di un modulatore ottico in tecnologia SOI

Informazioni tesi

  Autore: Kadam Io
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2005-06
  Università: Politecnico di Bari
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Elettronica
  Relatore: Vittorio Passaro
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 179


L’obiettivo di questa tesi è stato lo studio di un modulatore ottico in tecnologia SOI ad alto contrasto d’indici di rifrazione, presentato dalla [1]. Questo è un modulatore ottico submicrometrico basato su una giunzione p-n a quattro terminali, integrato in guida d’onda rib che effettua la modulazione di fase ad una lunghezza d’onda di 1.55 µm, sfruttando l’effetto di dispersione di plasma in seguito a svuotamento della giunzione dai portatori liberi. Le dimensioni geometriche della regione guidante del dispositivo sono tali da garantire una propagazione a singolo modo ed una birifrangenza quasi nulla, mentre la tipologia a svuotamento garantisce dei tempi di risposta indipendenti dal tempo di vita medio dei portatori liberi. Tale studio non è stato uno sterile rifacimento di quanto già presentato in letteratura, ma si è cercato per quanto possibile di ottimizzare le prestazioni del modulatore.
L’introduzione di un nuovo profilo di drogaggio che garantisce un range di polarizzazione del dispositivo dai 0 V ai 10 V, è stato determinante in vista di quelli che sono stati i risultati ultimi di questa tesi. Questo profilo di drogaggio ha localmente introdotto una maggiore variazione della concentrazione dei portatori, introducendo un picco più alto nella variazione dell’indice di rifrazione locale; allo stesso tempo la variazione puntuale del coefficiente d’attenuazione, in parte della struttura guidante ha subito un aumento, anche se relativamente basso, in altra parte ha subito una diminuzione; si è visto come globalmente le simulazioni hanno indicato che la variazione del profilo di drogaggio non ha apportato una significativa variazione delle perdite nella struttura.
Un possibile sviluppo della ricerca basata sulla tecnologia del modulatore a doppio canale, sarebbe quello di individuare nuove tipologie o profili di dragaggio, che permettano un range di variazione dei profili degli indici molto più ampio, ed in questo modo sarebbe possibile ridurre la dimensione del dispositivo finale, o ridurre la tensione di polarizzazione dei modulatori di fase in modo da ridurre anche la potenza dissipata, e rendere al contempo minore la birifrangenza. Questa ultima caratteristica potrebbe essere ridotta agendo sulle dimensioni geometriche della regione guidante.

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Introduzione f 1 INTRODUZIONE Il Silicio è il principale materiale per la fabbricazione di dispositivi microelettronici sin da quando sono stati inventati i circuiti integrati nel 1958 da Jack Kilby alla Texas Instruments. Da quel momento il numero di dispositivi su un circuito integrato per cm 2 , si è raddoppiato approssimativamente ogni 18 mesi, in linea con quella che era la famosa predizione fatta da Gordon Moore nel 1965. Il Silicio non è un materiale tradizionalmente associato all’optoelettronica e alla fotonica, ma l’integrazione di dispositivi con funzionalità elettroniche e fotoniche su uno stesso chip di Silicio ha raggiunto enormi interessi negli ultimi venti anni, questo a seguito delle rilevanti ricerche, intorno a metà degli anni ’80, per opera di Graham T. Reed e Richard A. Soref. Questo interesse è dettato da una combinazione di ragioni tecnologiche ed economiche. Innanzi tutto è chiaro come la realizzazione di Circuiti OptoElettronici Integrati (OEICs, OptoElectronic Integrated Circuits) e di Circuiti Fotonici Integrati (PICs, Photonic Integrated Circuits) in Silicio porterebbe ad un abbattimento dei costi di produzione, e conseguentemente di vendita. Ciò è dovuto in primo luogo al costo relativamente basso del Silicio e dei wafer, wafer principalmente in tecnologia SOI, costruiti su questo substrato rispetto ai materiali antagonisti utilizzati in ottica integrata, ovvero i composti del gruppo III-V ed il niobato di litio (LiNbO 3 ); in secondo luogo è da considerare l’abbattimento dei costi di realizzazione ed elaborazione dei wafer. Inoltre il Silicio è un materiale ampiamente conosciuto, robusto e la sua elaborazione è stata sviluppata dalle industrie elettroniche ad un livello che risulta più che sufficiente per le principali applicazioni d’ottica integrata; infatti, la dimensione minima per le principali applicazioni ottiche è attualmente dell’ordine di 1-2 microns,

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Parole chiave

modulatore
ottico
pn
silicio
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