Tuning and controlling optical telecommunication channels based ring resonator modulators

ABSTRACT Silicon micro ring resonators have been hailed for their potential use in next-generation optical interconnects. However, the functionality of silicon micro ring based devices suffer from susceptibility to thermal fluctuations that is often overlooked in their demonstrated results, but must be resolved for their future implementation in microelectronic applications. In this work we survey the emerging efforts that have been put forth to resolve these thermal susceptibilities and provide a comprehensive discussion of their advantages and disadvantages. The growing bandwidth needs within data applications have motivated the replacement of traditional electronic links with optical links for information networks as diverse as data centers, supercomputers, and fiber-optic access networks. Applications such as these stress the traditional portfolio of optical components, rebalancing the emphasis from expensive high-performance components towards low-cost high-volume components that can be closely integrated with electronics. With these considerations in mind, the silicon photonics platform has received wide attention for its ability to deliver the necessary bandwidth required at an economy-of-scale that will be enabled by its compatibility with CMOS fabrication processes. Online controlling of the micro rings is the main goal of the project presented in this thesis, not only to obtain a production-grade package in commercialized scale and take advantage of the optical telecommunication facilities in a feasible way but also to achieve user friendliness and independence of the used PC/Spectrometer in tuning the optical telecommunication channels while in data transmission.

SOMMARIO I risonatori a micro-anello realizzati su silicio hanno ricevuto buona accoglienza per l'uso in dispositivi d'interconnessione ottica di nuova generazione. Tuttavia, il funzionamento di tali dispositivi risente di una naturale suscettibilità alle fluttuazioni termiche, fatto spesso trascurato nei risultati dimostrativi noti ma che occorre afffrontare e trattare per la loro futura implementazione in applicazioni microelettroniche. In questo lavoro si presenta una review degli sforzi di ricerca messi in campo per affrontate le suddette suscettibilità termiche e se ne discutono vantaggi e svantaggi. Le crescenti richieste di banda nelle applicazioni dati hanno motivato la sostituzione dei tradizionali link elettronici con link ottici in reti eterogenee quanto possono esserlo i data center, i supercomputer e le reti in fibra ottica. Applicazioni come queste sono estremamante stressanti per i componenti ottici tradizionali, il che conduce a una modifica del bilanciamento da componenti performanti e costosi verso componenti più economici prodotti in grandi volumi e che soprattutto si possano integrare strettamente con l'elettronica. Sulla base di queste considerazioni, la piattaforma fotonica su silicio ha ricevuto grande attenzione per la sua capacità di fornire la necessaria ampiezza di banda e allo stesso tempo economie di scala che saranno rese efficaci dalla sua compatibilità coi processi di fabbricazione CMOS. Lo scopo principale del progetto presentato in questa tesi è il controllo on-line dei micro-anelli, non soltanto per ottenere un package production-grade commercialmente proponibile e sfruttare in modo ottimale le strutture di telecomunicazione ottiche ma anche per ottenere facilità di utilizzo e indipendenza dal PC/spettrometro impiegato quanto alla taratura dei canali di telecomunicazione ottici durante la trasmissione dei dati.