Linear and nonlinear devices in silicon photonic waveguides

Resumen

El objetivo de esta tesis es contribuir al desarrollo de circuitos complejos en chips fotónicos de silicio. Para ello, se centra en dos retos principales: Por un lado, trata de elucidar la dinámica temporal de los efectos no-lineales en silicio, especialmente la interacción de los portadores libres con los pulsos ópticos en el dominio del tiempo. Por otro lado, la tesis pretende contribuir a la miniaturización de los circuitos fotónicos mediante la integración de guías fotónicas con guías plasmónicas.Entre los resultados más destacables de esta tesis se encuentra la observación, por primera vez, de compresión de pulsos de picosegundos mediante el efecto soliton (Nature Communications 5, 3160, 2014). Hasta la fecha no había sido posible esta demostración debido a la fuerte presencia de absorción de dos fotones y portadores libres en longitudes de onda de comunicaciones. Este hito ha sido posible gracias al uso de una guía cristal fotónico con luz lenta y su dispersión especialmente diseñada. En esta misma línea de investigación se ha logrado también el descubrimiento de nuevos efectos no-lineales en el dominio del tiempo relacionados con la presencia de los portadores libres en la guía. Incluso más importante es la propuesta de usar la dispersión de la guía como mecanismo de control para los efectos generados por los portadores libres, resolviendo el problema más grave de la óptica no lineal en silicio.Otro resultado destacable es la demostración numérica de acoplamiento eficiente entre guías de cristal fotónico y líneas de transmisión plasmónicas en el infrarrojo medio, que presenta gran potencial en la miniaturización de circuitos en esta región del espectro (Applied Physics Letters 104, 011105 2014).Esperamos que los resultados presentados en esta tesis conlleven un avance en fotónica de silicio, posibilitando mayor funcionalidad y miniaturización de circuitos fotónicos en una plataforma compatible con las capacidades de fabricación de silicio.