Development of III-nitride-based waveguides for application in all-optical integrated circuits at 1.55 mym

摘要

El desarrollo de una nueva tecnología todo-óptica para el procesado de datos en las futuras redes de telecomunicación está generando un gran interés desde hace una década. Esta tecnología está encaminada al total aprovechamiento del gran ancho de banda que proporciona la fibra óptica, evitando la conversión entre los dominios óptico y eléctrico necesaria en cada nodo de las redes de comunicaciones actuales. Esta nueva tecnología todo-óptica requiere de diferentes componentes ópticos que puedan ser controlados ópticamente. Estos dispositivos se obtienen a partir de distintos materiales semiconductores y se implementan de forma miniaturizada en un circuito todo-óptico integrado operando a 1.55 [my]m, mejorando de esta forma la fiabilidad del sistema y reduciendo su coste. Teniendo en cuenta que los nitruros del grupo III son materiales que han demostrado un gran potencial para aplicaciones en comunicaciones ópticas a 1.55 [my]m, el objetivo de este trabajo es el desarrollo de nuevos dispositivos todo-ópticos basados en éstos para su futura implementación en circuitos fotónicos integrados ultrarrápidos operando a longitudes de onda de telecomunicación. Durante esta Tesis se han desarrollado varios dispositivos de guía de onda basados en diferentes estructuras de nitruros del grupo III sobre substratos de zafiro y funcionando a 1.55 [my]m. En primer lugar, se han optimizado diferentes guías de onda ópticas basadas en pozos y puntos cuánticos de GaN/AlN para trabajar como absorbentes saturables a través de sus transiciones intersubbanda. Estas guías de onda podrían utilizarse en procesos de conmutación todo-óptica. En segundo lugar, se ha optimizado el crecimiento de AlN por sputtering de radiofrecuencia permitiendo su uso para la fabricación de guías de onda pasivas. El comportamiento óptico lineal de las guías de AlN por sputtering muestra su idoneidad para actuar como interconectores pasivos de bajo coste en un circuito todo-óptico integrado. Por último, se han optimizado dos tipos de guías de onda basadas en InN por sputtering para funcionar como absorbentes saturables inversos mediante procesos de absorción de dos fotones. La respuesta óptica no lineal de ambas guías abre la posibilidad de utilizar estos dispositivos para aplicaciones en limitación todo-óptica a longitudes de onda de telecomunicación.