Flexible and highly scalable slanted grating couplers for sensing applications

Abstract

The development of the Photonic Integrated Circuits (PIC) enables promising technologies to become available. One of these promising technologies is the LiDAR onchip for high precision distance measurement. The advantages of making the LiDAR onchip are the smaller footprint and the large scale fabrication capacity which leads to the reduction of manufacturing cost per system. PIC LiDARs rely on Optical Phased Arrays (OPA) for beam shaping and beam steering. Steering in Optical Phased Arrays is achieved by applying a gradual phase change on each emitter element. The phase change is made by thermo (for Silicon technology) or electro (for InP) optic modulation. This can dramatically increase the complexity of the device and also make it difficult for the future characterization. In this thesis is a new LiDAR concept based on tilted grating couplers is presented. This LiDAR does not require any phase modulators for shifting the beam, and can be integrated on any photonic technology platform.

El desarrollo de los circuitos integrados fotónicos (PIC) permite disponer de tecnologías prometedoras. Una de estas tecnologías prometedoras es el chip LiDAR para medir distancias de alta precisión. Las ventajas de fabricar el LiDAR en un chip son el menor tamaño y la capacidad de fabricación a gran escala, lo que conduce a la reducción del coste de fabricación por sistema. Los PIC LiDAR se basan en conjuntos ópticos en fase (OPA) para dar forma y dirección al haz. La dirección en los conjuntos ópticos en fase se logra aplicando un cambio de fase gradual en cada elemento emisor. El cambio de fase se realiza mediante modulación óptica termo (para tecnología Silicio) o electro (para InP). Esto puede aumentar drásticamente la complejidad del dispositivo y también dificultar la caracterización futura. En esta tesis se presenta un nuevo concepto LiDAR basado en acopladores de rejilla inclinada. Este LiDAR no requiere ningún modulador de fase para desplazar el haz y puede integrarse en cualquier plataforma de tecnología fotónica.

O desenvolvemento dos circuítos integrados fotónicos (PIC) permite que as tecnoloxías prometedoras estean dispoñibles. Unha destas tecnoloxías prometedoras é o onchip LiDAR para medir distancias de alta precisión. As vantaxes de fabricar o chip LiDAR son a menor pegada e a capacidade de fabricación a gran escala que leva á redución do custo de fabricación por sistema. Os PIC LiDAR confían en Optical Phased Arrays (OPA) para a conformación e a dirección do feixe. A dirección en matrices ópticas en fases conséguese aplicando un cambio de fase gradual en cada elemento emisor. O cambio de fase realízase mediante modulación óptica térmica (para tecnoloxía de silicio) ou electro (para InP). Isto pode aumentar drasticamente a complexidade do dispositivo e tamén dificulta a caracterización futura. Nesta tese preséntase un novo concepto LiDAR baseado en acopladores de reixa inclinada. Este LiDAR non require ningún modulador de fase para cambiar o feixe e pódese integrar en calquera plataforma de tecnoloxía fotónica.