Reconfigurable silicon photonic integrated demultiplexer for the management of mode division multiplexed signals

In this thesis reconfigurable circuits, in silicon integrated optics, for space division multiplexed (SDM) signal processing (a technology that exploits propagation modes of a multimode optical fiber), have been studied and designed. In particular, two circuits were designed to achieve a spatial mode demultiplexer able to separate respectively 2 or 4 signals; these were the subject of a further study to check tolerances and sensitivity to the parameters. A third circuit was designed to handle 4 signals using space division multiplexing (SDM) and wavelength division multiplexing (WDM) simultaneously. The proposed structures were designed to be implemented with Silicon On Insulator (SOI) technology, of which we have also made characterizations of the basic optical components used to realize the proposed circuits, as waveguides and directional couplers. Finally was verified the possibility to monitor and change the status of a Mach-Zehnder interferometer, the key component of the proposed circuit, through the use of transparent photodetectors placed on the waveguides at the device outputs. This function is an essential and enabling element for the reconfiguration of the presented circuits.

In questo lavoro di tesi sono stati studiati e progettati circuiti, riconfigurabili in ottica integrata in silicio, per l’elaborazione di segnali multiplati a divisione di spazio (SDM), ovvero sfruttando più modi di propagazione di una fibra ottica multimodale. In particolare sono stati progettati due circuiti per realizzare un demultiplexer modale in grado di separare rispettivamente 2 o 4 segnali; questi sono stati oggetto di un ulteriore studio di funzionamento per verificare tolleranze e sensibilità ai parametri. Un terzo circuito è stato studiato per gestire 4 segnali sfruttando contemporaneamente una multiplazione a divisione di spazio (SDM) ed una a divisione di lunghezza d’onda (WDM). I dispositivi proposti sono stati progettati per essere realizzati con tecnologia Silicon On Insulator (SOI), di cui sono state fatte anche caratterizzazioni di componenti ottici di base utilizzati per realizzare i circuiti proposti come guide d’onda ed accoppiatori direzionali. Infine è stata verificata la possibilità di controllare e modificare lo stato di un interferometro di Mach-Zehnder, il componente fondamentale dei circuiti proposti, tramite l’uso di fotorivelatori trasparenti posti sulle guide d’onda di uscita del dispositivo. Questa funzione è un elemento essenziale e abilitante per la riconfigurazione dei circuiti presentati.