Publication: Subwavelength metamaterials for high-performance photonic microdevices
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Publication Date
2021-02-02
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
Photonics has become of paramount importance in many areas of our everyday life owing to its inherent potential to develop not only telecom and datacom solutions, but also many other applications such as metrology [DeMiguel’18], energy generation and saving [Polman’12, Miller’17], spectrometry [Velasco’13a], sensing [Rodríguez-Barrios’10], medicine [Morgner’00] and industrial manufacturing [Malinauskas’16], to name a few. Particularly, integrated optics has attracted increasing industrial attention and scientific efforts to implement photonic integrated circuits (PICs) capable of tackling all abovementioned tasks in compact and efficient systems.Among all the available materials, silicon photonics leverages the maturity of the fabrication techniques reached by the microelectronics industry, enabling cost-effective mass production [Chen’18]. Different material platforms with a high refractive index contrast have been proposed for silicon photonics to achieve higher integration levels and perform more complex functions in a single chip, such as silicon-on-insulator (SOI) and silicon nitride (Si3N4, commonly simplified to SiN). The increased integration capacity of silicon photonics has enabled to tackle one of our greatest technological challenges: global data traffic inside data centers. Besides short-range optical interconnects for telecom and datacom applications, the progress in silicon photonics also encompasses many other untapped applications that are being explored by academia and industry: absorption spectroscopy and bio-sensing [Herrero-Bermello’17, Wangüemert-Pérez’19], light detection and ranging (LIDAR) [Poulton’17a], quantum computing [Harris’16], microwave and terahertz photonics [Marpaung’19, Harter’18], nonlinear optics [Leuthold’10], and many others...
La fotónica ha adquirido una importancia fundamental en muchos ámbitos de nuestra vida cotidiana debido a su potencial intrínseco para desarrollar soluciones no sólo en el campo de las telecomunicaciones y las interconexiones de corto alcance, sino también en otras muchas áreas como la metrología [DeMiguel’18], la generación de energía [Polman’12, Miller’17], la espectrometría [Velasco’13a], la detección [Rodríguez-Barrios’10], la medicina [Morgner’00] y la fabricación industrial [Malinauskas’16]. En particular, la óptica integrada ha atraído tanto la atención de la industria como los esfuerzos científicos para implementar circuitos fotónicos integrados (PICs, Photonic Integrated Circuits) capaces de abordar todas las tareas mencionadas anteriormente en sistemas compactos y eficientes. Entre todos los materiales disponibles, la fotónica de silicio aprovecha la madurez de las técnicas de fabricación alcanzadas por la industria de la microelectrónica, permitiendo una producción en masa rentable [Chen’18]. Para maximizar su densidad de integración y poder realizar funciones más complejas en un único chip, diferentes plataformas materiales con un alto contraste de índice de refracción se han propuesto, como por ejemplo las plataformas de silicio sobre aislante (SOI, Silicon-On-Insulator) y de nitruro de silicio (Si3N4, comúnmente simplificada a SiN, Silicon Nitride). Esta mayor densidad de integración ha permitido abordar uno de nuestros mayores desafíos tecnológicos hasta la fecha: el tráfico de datos global dentro de los centros de datos. Además de las interconexiones ópticas de corto alcance, el progreso de la fotónica de silicio también comprende muchas otras aplicaciones inexploradas que están siendo estudiadas en el ámbito académico e industrial como, por ejemplo, la espectroscopía de absorción y biodetección [Herrero-Bermello’17, Wangüemert-Pérez’19], LIDAR (Light Detection And Ranging) [Poulton’17a], computación cuántica [Harris’16], fotónica de microondas y terahercios [Marpaung’19, Harter’18], óptica no lineal [Leuthold’10], y muchas otras...
La fotónica ha adquirido una importancia fundamental en muchos ámbitos de nuestra vida cotidiana debido a su potencial intrínseco para desarrollar soluciones no sólo en el campo de las telecomunicaciones y las interconexiones de corto alcance, sino también en otras muchas áreas como la metrología [DeMiguel’18], la generación de energía [Polman’12, Miller’17], la espectrometría [Velasco’13a], la detección [Rodríguez-Barrios’10], la medicina [Morgner’00] y la fabricación industrial [Malinauskas’16]. En particular, la óptica integrada ha atraído tanto la atención de la industria como los esfuerzos científicos para implementar circuitos fotónicos integrados (PICs, Photonic Integrated Circuits) capaces de abordar todas las tareas mencionadas anteriormente en sistemas compactos y eficientes. Entre todos los materiales disponibles, la fotónica de silicio aprovecha la madurez de las técnicas de fabricación alcanzadas por la industria de la microelectrónica, permitiendo una producción en masa rentable [Chen’18]. Para maximizar su densidad de integración y poder realizar funciones más complejas en un único chip, diferentes plataformas materiales con un alto contraste de índice de refracción se han propuesto, como por ejemplo las plataformas de silicio sobre aislante (SOI, Silicon-On-Insulator) y de nitruro de silicio (Si3N4, comúnmente simplificada a SiN, Silicon Nitride). Esta mayor densidad de integración ha permitido abordar uno de nuestros mayores desafíos tecnológicos hasta la fecha: el tráfico de datos global dentro de los centros de datos. Además de las interconexiones ópticas de corto alcance, el progreso de la fotónica de silicio también comprende muchas otras aplicaciones inexploradas que están siendo estudiadas en el ámbito académico e industrial como, por ejemplo, la espectroscopía de absorción y biodetección [Herrero-Bermello’17, Wangüemert-Pérez’19], LIDAR (Light Detection And Ranging) [Poulton’17a], computación cuántica [Harris’16], fotónica de microondas y terahercios [Marpaung’19, Harter’18], óptica no lineal [Leuthold’10], y muchas otras...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, leída el 28-04-2020