Tunable hitless multiplexer filter for add-drop applications

This thesis deals with integrated photonic filter architectures suitable for Tun- able Add-Drop Multiplexing (TOADM) applications over the extended C-band (1529.16-1567.13 nm). The work includes the design of the filter based on real- istic spectral specifications, the mask layout preparation for manufactory and a preliminary characterization of the filter. The filter is designed to work in a dense Wavelength Division Multiplexing (WDM) scheme, it is modelled to satisfy compelling individual spectral performance, and minimize its effects on adjacent and non adjacent channels. To achieve this results, a series-coupled microring resonators (MRR) based architecture, featuring an innovative inter- pretation of the Vernier effect, is proposed. Transparency during the tuning procedure is obtained implementing a novel disconnection mechanism characterized by P-I-N junction based Variable Op- tical Attenuator (VOA) integrated in the MRRs. Mask layout is designed for a Silicon-on-Insulator (SOI) technological plat- form. Its realization is carried out by means of a dedicated Python code developed according to the process flow and the design rules provided by the engaged commercial foundry. The performance of the proposed architecture are evaluated by means of a numerical simulator expressly developed. A mechanism to realize an automatic lookup table is implemented. This tool features an automatic tuning and locking algorithm based on an original trans- formed coordinate method presented in [18]. It is exploited as a suitable device for fast (≈ 0.1s)characterizing a TOADM performance, with possible applica- tions both in industrial and research environments.

In questa tesi vengono illustrate ed approfondite delle architetture per un filtro in tecnologia ottica integrata, capace di eseguire operazioni di add-drop multiplexing sintonizzabili all’interno della banda C estesa (1529.16-1567.13 nm). Questo lavoro include il design di un filtro ideato per soddisfarre rea- listiche specifiche spettrali, la preaparazione della mascheta utilizzata per la fabbricazione, ed una caratterizzazione preliminare delle sua risposta in fre- quenza. Il filtro è progettato per agire all’interno di uno denso schema di multiplexing in lunghezza d’onda (WDM), soddisfacendo stringenti presta- zioni spettrali nel canale selezionato e minimizando il suo impatto su canali adiacenti e non nel modello WDM. Per ottenere questi risultati, viene proposta un’architettura ad anelli risonatori accoppiati in serie, che sfrutta un’innova- tiva interpretazione dell’effetto Vernier. la trasparenza durante le operazioni di sintonizzazione è raggiunta graze ad un meccanismo basato su un attenuatore ottico variabile implementato con una giunzione P-I-N integrata negli anelli risonatori. La maschera del filtro è stata dimensionata per la piattaforma tecnologica silicio su isolante. La sua realizzazione è stata raggiunta attraverso l’imple- mentazione di un codice Python che tenesse conto del processo di produzione e delle regole di design imposte dalla fonderia commerciale incaricata fabbricare il componente. Le performance spettrali dell’architettura proposta sono state investigate utilizzando un simulatore numerico appositamente implementato. Un meccanismo per la realizzazione di una lookup table automatica è stato sviluppato. Questo strumento sfrutta un algoritmo di tuning e locking ba- sato sull’originale metodo a coordinate trasformate presentato in [18]. Esso può essere sfruttato per una caratterizzazione veloce (≈ 0.1s) delle prestazioni spettrali di un add-drop multiplexer sintonizzabile, con possibili applicazioni sia in ambito industriale che in ambito scientifico.