haku: @supervisor Tittonen, Ilkka / yhteensä: 48
viite: 9 / 48
| Tekijä: | Kivijärvi, Ville |
| Työn nimi: | Numerical optimization of grating couplers in nanophotonic waveguides |
| Diffraktioon perustuvien hilakytkinten numeerinen optimointi nanofotonisissa aaltojohdoissa | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2014 |
| Sivut: | ix + 86 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Sähkötekniikan korkeakoulu |
| Oppiaine: | Optinen teknologia (S3011) |
| Valvoja: | Tittonen, Ilkka |
| Ohjaaja: | Erdmanis, Mikhail |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201404181708 |
| OEVS: | Sähköinen arkistokappale on luettavissa Aalto Thesis Databasen kautta.
Ohje Digitaalisten opinnäytteiden lukeminen Aalto-yliopiston Harald Herlin -oppimiskeskuksen suljetussa verkossaOppimiskeskuksen suljetussa verkossa voi lukea sellaisia digitaalisia ja digitoituja opinnäytteitä, joille ei ole saatu julkaisulupaa avoimessa verkossa. Oppimiskeskuksen yhteystiedot ja aukioloajat: https://learningcentre.aalto.fi/fi/harald-herlin-oppimiskeskus/ Opinnäytteitä voi lukea Oppimiskeskuksen asiakaskoneilla, joita löytyy kaikista kerroksista.
Kirjautuminen asiakaskoneille
Opinnäytteen avaaminen
Opinnäytteen lukeminen
Opinnäytteen tulostus
|
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 1031 | Arkisto |
| Avainsanat: | coupling efficiency photonics simulation SOI FEM waveguide optical fiber diffraction grating Gaussian beam mode kytkentähyötysuhde fotoniikka simulaatio aaltojohto valokuitu diffraktiohila Gaussinen säde aaltomuoto |
| Tiivistelmä (fin): | Optisten taajuuksien käyttö tietotekniikassa voi mahdollistaa nykyistä suuremmat kaistanleveydet ja pienemmän energian kulutuksen. Piifotoniikka pyrkii ohjaamaan ja manipuloimaan näitä taajuuksia piialustalla. Piifotoniikalla on sovelluksia esimerkiksi sensoritekniikassa ja tietoverkoissa. Epäsuora energia-aukko estää tehon tuottamisen suoraan piialustalla, jolloin optinen teho täytyy tuoda piihin ulkoisesta lähteestä. Tämä edellyttää kytkennän rakentamista teholähteen ja sirun välille. Kytkentä voidaan toteuttaa esimerkiksi diffraktiohilan avulla. Diffraktiohilan etuja ovat joustava sijoitus piirilevylle ja samanaikainen kytkeytyminen useisiin signaalilähteisiin. Hilan aallonpituusriippuvuus vaikuttaa kytkentään, joka on tehokas ainoastaan hilalle ominaisella resonanssitaajuudella. Kytkentähyötysuhde riippuu diffraktiohilan geometriasta, kuten sen koosta, jaksollisuudesta ja hilaelementtien muodoista. Hyötysuhteen maksimointi voidaankin toteuttaa hilan geometriaa optimoimalla. Tämä työ käsittelee kytkentähyötysuhteen parantamista geometrian avulla. Optimointi perustuu numeeriseen mallinnukseen FEM-menetelmällä (Finite Element Method). FEM-menetelmän käyttö on perusteltua, koska äärellisen kokoisten hilarakenteiden analyyttinen mallintaminen on vaikeaa mielivaltaisille geometrioille. Riittävän suuri parametrisilmukka pystyy käymään useimmat geometriat läpi, jolloin erilaisten vaihtoehtojen joukosta löydetään optimaalinen geometria. Tällainen laskenta hyötyy FEM-menetelmän eduista, joihin kuuluu lyhyt laskenta-aika. Tämän työn laskennassa hyödynnettiin COMSOL Multiphysics ohjelmistoa, koska kyseinen ohjelmisto mahdollistaa parametrisilmukoiden automatisoinnin. Optimoinnin jälkeen saavutettuja taajuusvasteita verrattiin alkuperäiseen taajuusvasteeseen. Näin voitiin varmistua siitä, että saavutettu aallonpituusriippuvuus vastaa teoriaa parantuneella maksimihyötysuhteella. Taajuusvasteella on voimakas maksimi resonanssiaallonpituudella, mikä havaittiin kaikilla optimoiduilla geometrioilla. |
| Tiivistelmä (eng): | Use of optical frequencies in information technology can provide increased bandwidth and reduced energy consumption compared to modern applications. In silicon photonics, optical signals are processed in circuits that are mainly based on silicon and silica structures. Silicon photonic applications can be utilized, for example, in sensors and in telecommunication networks. The indirect bandgap of silicon prevents the construction of a laser type power source on a silicon substrate. Hence, power in silicon photonics has to be produced outside the chip. This demands a device, which can couple signal power to silicon. One example of such a device is a diffraction grating. Gratings can be flexibly placed on the chip and they can couple to multiple power sources simultaneously. When a grating coupler is utilized, one crucial parameter that defines its performance is the coupling efficiency. This figure denotes the fraction of source power, which can be transmitted to the chip. Many studies have been performed to maximize this fraction. Coupling efficiency depends on the grating geometry, which can be optimized by altering the grating parameters, such as period or groove depth. In this work, such optimization was performed by simulating the grating structure while varying the geometric dimensions. Numerical simulation is necessary because finite sized gratings cannot be modelled analytically for arbitary shapes. The simulations were performed on finite element method (FEM) using the COMSOL Multiphysics software. An advantage of the FEM is fast calculation, essential when computing large scale parametric sweeps required by the optimization procedure. The main objective of this study was to compare the initial and optimized frequency responses as they define the coupling efficiency and the operation bandwidth. The comparison revealed an improved coupling at the resonance wavelength for certain geometries found by the sweeps. The achieved frequency responses around this maximum are in agreement with grating theory and previous studies made on the topic. |
| ED: | 2014-04-20 |
INSSI tietueen numero: 48913
+ lisää koriin
INSSI