Building blocks modeling and characterization for a generic foundry approach in integrated optics

The purpose of this thesis is to contribute to the rise of a new approach in the photonic integrated circuits production. The main problem the integrated optics currently suffers is its high cost arising from a non-standard production chain, which any time is readapted to the specific application. The idea is to define generic integration technologies which can be used to produce standard “building blocks”for each specific foundry. They will be exploited in the design of the circuits, following a path drew by the electronics some decades ago. This work brought to a very general definition of “building block”. Beside it, two libraries for the circuital simulator Aspic were defined, with the theoretical models of some components supported by the two foundries involved in the European project EuroPIC (FhG-Heinrich Hertz Institut and Oclaro). Moreover an initial characterization activity on the components of the foundry HHI was carried out starting from the simplest one, a straight waveguide, with the purpose to extract the specific parameters of this platform. These data will be put inside the theoretical models to create real foundry libraries. At the moment, in addition to some simulations on these waveguides (modes, monomode propagation region, facet relectivity etc.), group effective refractive index and propagation loss constant were measured. Both theoretical models and characterizations do not go too far in the description of the building blocks, as expected at the begining of a complex project. An higher complexity level would be reached in the near future to allow this approach to become a standard in the production chain.

Lo scopo di questa tesi è quello di contribuire all’instaurarsi di un nuovo approccio nella produzione di circuiti ottico integrati. Il problema principale di cui risente attualmente l’ottica integrata è quello degli alti costi che comporta, derivanti dal fatto di avere una catena produttiva non standard, ma che viene di volta in volta adattata alla specifica applicazione. L’idea è quella di definire delle tecnologie di integrazione generiche che possano essere usate per produrre “building block” standard per ogni specifica fonderia, che saranno poi usati durante il progetto dei circuiti, seguendo un percorso già tracciato qualche decennio fa dall’elettronica. Questo lavoro ha portato ad una definizione molto generale di “building block”. Accanto a ciò sono state create due librerie con i modelli teorici di alcuni componenti forniti dalle due fonderie coinvolte nel progetto europeo EuroPIC (FhG-Heinrich Hertz Institut e Oclaro), da inserire nel simulatore circuitale Aspic. Inoltre è stata portata avanti un’iniziale attività di caratterizzazione sui componenti della fonderia HHI (partendo dal più semplice, una guida diritta) con lo scopo di estrarre i parametri specifici di tale piattaforma. Tali dati sono poi inseriti all’interno dei modelli teorici per creare vere e proprie librerie di fonderia. Al momento, oltre ad una iniziale indagine conoscitiva su tali guide d’onda (modi, regione di propagazione monomodale ecc.), sono stati misurati l’indice di rifrazione di gruppo e la costante di perdita per propagazione. Sia i modelli teorici che le caratterizzazioni non si spingono troppo oltre nella descrizione dei building block, come è lecito attendersi all’inizio di un progetto di tale portata. Un più alto livello di complessità dovrà essere raggiunto in tempi brevi per permettere a tale approccio di diventare uno standard nella catena produttiva.