Diseño de un dispositivo fotodetector de banda ancha, alta responsividad y bajo consumo energético en una plataforma de fotónica de silicio

Abstract

Los sistemas ópticos de comunicación en centros de datos requieren altas velocidades de transferencia y menor consumo de energía. La industria demanda fotodetectores con alta sensitividad, bajo costo y manufactura simple. Los dispositivos fotodetectores de germanio son una buena alternativa, ya que son compatibles con las guías de onda de silicio, no obstante, la fabri­cación de fotodetectores compactos requiere métodos de alto costo y de extrema complejidad, tales como litografía de haz de electrones. Es por eso por lo que debemos hacer fotodetectores de mayor tamaño con longitudes entre los 2 y 100 um, y con ancho de sección transversal entre los 4 y 10 um; los cuales son suficientemente grandes para ser fabricados por un método económi­co como litografía ultravioleta de 193 nm. Sin embargo, las guías de onda monomodo tienen un ancho de 0.5 um y una altura de 0.22 um para una ventana de transmisión óptica de 1550 nm, entonces para resolver este problema de interconexión entre fotodetectores de germanio y guías de onda de silicio, se emplean dispositivos de acoplamiento. En esta tesis desarrollamos un dispositivo convertidor de haz de geometría no trapezoidal de 32.1 um de longitud y con un coeficiente de transmisión -0.043 dB para la longitud de onda de 1550 nm. Este avance es muy importante ya que un dispositivo convertidor de haz de geometría trapezoidal con el mismo coeficiente de transmisión es 4.6 veces más grande en tamaño. Además, hemos aumentado el ancho de banda del dispositivo fotodetector sin alterar su geometría mediante la técnica de pico de ganancia, en la cual se logró un aumento del ancho de banda de 55.38 %.