Geniş bantlı silisyum fotonik aygıtların tasarımı ve optimizasyonu

Fotonik sistemlerin bir çip üzerinde entegrasyonu, performansı, işlevselliği ve güvenilirliği artırmaktadır. Fotonik entegre devrelerin oluşturulması için çeşitli malzeme platformları mevcuttur, ancak silisyum mevcut üretim teknolojileriyle uyumlu olması ve yüksek kırılma indisi farkı nedeniyle öne çıkar. Bu özellikler mikrometre-altı dalga kılavuzlarının elde edilmesini ve optik fonksiyonların yoğun bir şekilde entegrasyonunu düşük maliyet ve güvenilir üretimle birleştirir. Silisyum fotonik teknolojisi, yüksek hızlı iletişim uygulamalarında etkinliğini zaten kanıtlamış olsa da potansiyeli bunun ötesine uzanır. LIDAR, fotonik anahtarlama, hesaplama ve algılama gibi çeşitli uygulamalar için umut vaat etmektedir, bu da geniş bir uygulama yelpazesi sunan çok yönlü bir teknoloji olduğunu gösterir. Sonuç olarak, bu uygulamaların spesifik gereksinimlerini karşılamak için silisyum platformunda verimli ve yenilikçi fotonik yapı taşlarına olan talep artmaktadır. Bu tez, fotonik entegre devreler için özel olarak tasarlanmış ileri düzey fotonik aygıtların geliştirilmesine odaklanmaktadır. İlk bölümde, optimize edilmiş hızlı adiabatik dalga kılavuzları kullanarak istenilen bant genişliklerinde tasarlanabilen kompakt silisyum fotonik filtrelerin tasarımı ve deneysel gösterimi sunulmaktadır. Bugüne kadar rapor edilen en geniş bant genişliklerine sahip olan bu aygıtlar, yüksek verimli iletişim ve ultra geniş bant algılama uygulamalarında kullanılabilir. Ardından, yüksek performanslı, çok fonksiyonlu fotonik aygıtların hızlı tasarımını sağlayan yeni bir derin fotonik ağ mimarisi tanıtılmaktadır. Geniş bir bant üzerinde keyfi bir dağılım profiline sahip bir kavram kanıtlama aygıtı gösterilir. Son olarak, gerçek üretim sürecinin etkilerini hesaba katmak için derin fotonik ağ mimarisinden faydalanan ve üretim varyasyonlarından etkilenmeyen bir aygıt tasarımı konsepti sunulmaktadır. Genel olarak, bu çalışma, çeşitli uygulamalar için yüksek performanslı ve çok yönlü silisyum fotonik sistemlerinin geliştirilmesine katkıda bulunmaktadır.