Rengasresonaattorit integroidussa fotoniikassa

Abstract

Sähköpiirien yleistymisestä lähtien sähköisten osajärjestelmien yhdistäminen on tapahtunut pääsääntöisesti metallisten johtojen avulla, tai radioyhteyden välityksellä. Nopeasti kasvavan tiedonsiirron ja herkkien laitteiden takia on täytynyt kuitenkin kehittää vaihtoehtoisia ratkaisuja signaalien käsittelylle ja siirtämiselle. Ratkaisujen hakeminen edellä mainittuihin ilmiöhin johti ideaan integroidusta fotoniikasta. Ajatus oli, että radioyhteydet ja metalliset johdot korvataan valoa johtavilla optisilla aaltojohteilla, ja sähköisesti integroidut piirit korvataan integroiduilla fotonisilla piireillä. Optisten aaltojohteiden soveltaminen tarjoaa monia etuja tavanomaisiin metallijohtoihin ja radioyhteyksiin nähden. Näistä eduista merkittävimpiä ovat alhaiset häviöt, turvallisuus käytössä, sekä valmistusmateriaalien laaja saatavuus. Teknologiset edistykset integroitujen optisten laitteiden valmistuksessa on ollut osasyyllinen alan nopeaan kehitykseen. Tässä työssä keskitytään tarkastelemaan aaltojohteita, sekä niiden sovelluksia integroiduissa fotonisissa piireissä. Työ jakaantuu kahteen osaan. Kirjallisuustutkimusosassa käsitellään aaltojohteiden, sekä sen sovellusten teoreettista taustaa Maxwellin yhtälöiden avulla. Reunaehtoja soveltamalla nähdään, että aaltojohteessa etenevän valon energia ei ole rajoittunut aaltojohteen ytimeen täydellisesti. Rengasresonaattori on yksinkertainen aaltojohteen sovellus, joka voi hyödyntää edellä mainittua ilmiötä moodien suodattamiseen ja kytkemiseen. Työn toisessa osassa analysoidaan laboratoriossa mitattujen rengasresonaattorien transmissiospektrejä. Erityisesti tarkastellaan kuinka tehokkaasti resonoivat aallonpituudet läpäisevät rakenteen. Mitattua dataa verrataan teoreettiseen malliin, ja tämän pohjalta tehdään päätelmiä mallin soveltuvuudesta. Mitatuista transmissiospektreistä havaittiin säännöllinen resonanssi tietyillä aallonpituuksilla, joka tukee teoreettista mallia rengasresonaattorien toiminnasta. Rakenteiden transmissioden havaittiin olevan resonanssissa kuitenkin paljon pienempiä kuin oli odotettu. Syy havaitulle ilmiölle ei ole tiedossa tätä kirjoitettaessa, mutta piirin valmistaja epäilee mahdollisesti epäonnistunutta Indium-implantaatiota. Valokuitujen laajentuva saatavuus on mahdollistanut hyvin nopean internet-yhteyden monille ihmisille. Tämän on yksi esimerkki integroidun fotoniikan siirtymisestä oikeaan kaupalliseen hyötykäyttöön laboratorion ulkopuolelle. Integroitujen fotonisten laitteiden ja integroitujen fotonisten piirien kysyntä on alkanut siis kasvamaan markkinoilla, ja tämän odotetaan aiheuttavan suurta kasvunopeutta teknologian kehityksessä. Tulevaisuus integroidulle fotoniikalle näyttää siis hyvin lupaavalta.