Control and locking of integrated optical interconnects

In this thesis a control algorithm to compensate thermal and wavelength shift in integrated optical interconnects has been developed and tested. The on-chip interconnect system works in the O-band (@1300nm) and it is realized in silicon photonics. It implements a single channel, elementary link for multisocket platforms and datacenters. The external light source that enters the link is first modulated by a ring modulator and then it is multiplexed and demultiplexed by second order rings based filters. The CLIPP sensor, a non-invasive method for monitoring the optical power inside the waveguide, and the dithering technique have been exploited for tuning and locking the interconnect system. A deep investigation, with both numerical simulations and experimental measurements, has been conducted on single and double ring filters, directional couplers and ring modulators, to analyze the effects of manufacturing errors on optical performances. The locking has been carried out by modifying the local ring temperature by means of thermal actuators (heaters) placed at a certain distance of the top of the waveguide. Finally, the control algorithm has been implemented on a custom electronic board, jointly developed with other partners in the project.

In questa tesi è stato sviluppato e verificato sperimentalmente un algoritmo di controllo per compensare lo spostamento termico e della lunghezza d’onda in interconnessioni ottiche integrate. Il sistema di interconnessione on-chip lavora nella banda O (@1300nm) ed è realizzato in silicon photonics. Esso rappresenta un singolo canale, collegamento elementare per piattaforme multisocket e datacenters. La sorgente di luce esterna che entra nel collegamento viene prima modulata da un modulatore ad anello e successivamente passa attraverso filtri basati su anelli del secondo ordine. Il sensore CLIPP, un metodo non invasivo per monitorare la potenza ottica all’interno della guida d’onda, e la tecnica del dithering sono stati sfruttati per il tuning e il locking del sistema di interconnessione. Un’ indagine approfondita, con simulazioni numeriche e misure sperimentali, è stata condotta su filtri a singolo e doppio anello, accoppiatori direzionali e modulatori ad anello, per analizzare gli effetti degli errori di fabbricazione sulle prestazioni ottiche. Il locking è stato effettuato modificando la temperatura locale dell’anello mediante attuatori termici (heaters) posti ad una certa distanza sopra la guida d’onda. Infine, l’algoritmo di controllo è stato implementato su una scheda elettronica appositamente sviluppata insieme ad altri partner del progetto.