Título
Conformal transformations in silicon photonics
Transformaciones conformes en fotónica de silicio
Autor
VERONICA PEREZ CHAVEZ
Colaborador
EUGENIO RAFAEL MENDEZ MENDEZ (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Fotónica de silicio - (AUTOR) Óptica de transformaciones - (AUTOR) Teoría de medio efectivo - (AUTOR) Silicon photonics - (AUTOR) Transformation optics - (AUTOR) Effective medium theory - (AUTOR) CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA - (CTI) FÍSICA - (CTI) ÓPTICA - (CTI) OPTICA FÍSICA - (CTI)
Resumen o descripción
"En este trabajo, se presenta una revisión de la literatura sobre las aplicaciones de la óptica de transformaciones en fotónica de silicio, basadas en el control del índice de refracción efectivo a través de la densidad de nano-pilares de silicio. Después de ilustrar el potencial del método con el diseño de un elemento acoplador, presentamos un estudio teórico y experimental de la respuesta óptica de nano-pilares de silicio a longitudes de onda de telecomunicaciones. El objetivo principal de este estudio es probar las teorías de medio efectivo en el contexto de la fotónica de silicio. Muestras con densidades fijas y variables de pilares de silicio fueron fabricadas para este proyecto y se realizaron mediciones de su reflectividad a una longitud de onda de 1550nm. Se presentan también cálculos de la reflectividad de muestras con nano-pilares utilizando dos método numéricos rigurosos: un método basado en la ecuación reducida de Rayleigh y el método modal de Fourier llamado de análisis riguroso de modos acoplados (RCWA, por sus siglas en inglés). El método de Rayleigh tiene limitaciones en lo que respecta a las alturas superficiales que es posible considerar con él, pero tiene la ventaja de ser rápido y poco demandante computacionalmente. Por otro lado, el RCWA requiere un poder de cómputo mucho mayor, pero es más apropiado para cálculos que involucran estructuras con pendientes pronunciadas y no sufre de las limitaciones del método de Rayleigh. Utilizando diferentes teorías de medio efectivo, se estimó el índice de refracción efectivo de la región nanoestructurada de silicio de nuestras muestras y, con base en un modelo de capa homogénea, se estimaron las reflectividades correspondientes y se compararon con las estimaciones experimentales y teóricas. Estos resultados sirvieron de base para probar la validez de las teorías de medio efectivo en el caso particular de las muestras fabricadas. Los resultados muestran que las teorías de medio efectivo consideradas, junto con el modelo de capa homogénea, no resultan adecuadas para calcular la reflectividad de las muestras estudiadas. Por otro lado, los dos métodos numéricos rigurosos producen resultados que concuerdan entre sí y también tienen un buen acuerdo con los resultados experimentales. "
"In this work, we present a literature review of the applications of transformation optics in silicon photonics, on the basis of the control of the effective refractive index through the density of silicon nano-pillars. After illustrating the potential of the method with the design of a coupling element, we present an experimental and theoretical study of the optical response of silicon nano-pillars at telecommunication wavelengths. The main objective of the study is to test effective medium theories in the context of silicon photonics. Samples with fixed and variable pillar densities were fabricated for this project and their reflectivities were measured for a 1550nm-wavelength. We also present calculations of the reflectivity of samples with nano-pillars employing two rigorous numerical methods: a method based on the reduced Rayleigh equation and a Fourier modal method, called the rigorous coupled wave analysis (RCWA). The Rayleigh method has limitations with respect to the surface heights that can be considered, but has the advantage of being fast and not very demanding computationally. On the other hand, the RCWA is much more demanding in computer power, but is more appropriate for calculations involving structures with large slopes and does not suffer from the limitations of the Rayleigh method. Employing different effective medium theories, we have estimated the effective refractive index of the nanostructured silicon region of our samples and, based on a homogeneous layer model, we have estimated the corresponding reflectivities and compared them with the experimental and theoretical estimations. These results were used to test the validity of the effective medium theories in the particular case of the fabricated samples. The results show that the effective medium theories considered, together with the homogeneous layer model, are not adequate to calculate the reflectivity of the studied samples. On the other hand, the two numerical methods produce results that are in good agreement with each other and with the experimental results."
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2017
Tipo de publicación
Tesis de doctorado
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Inglés
Sugerencia de citación
Pérez Chávez, V. 2017. Transformaciones conformes en fotónica de silicio. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 98 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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