KIP-Veröffentlichungen

Seit Mitte der 1990er Jahre werden optische 90°- Koppler für die kohärente Detektion von Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) modulierten Signalen eingesetzt. Mit dem Aufkommen von photonischen Computerchips ist die Nachfrage nach der Integration dieser Koppler in photonische integrierte Schaltungen (PICs) gestiegen, um die Vorteile der QPSK-Modulation in kompakten und skalierbaren Plattformen zu nutzen. Ein wesentlicher Bestandteil der integrierten 90°-Koppler ist das Multimode-Interferometer (MMI). Als Teil eines größeren Projekts konzentriert sich diese Arbeit auf die Simulation und Optimierung von drei MMIs, als Bestandteile zweier optischer 90°-Koppler für kohärente Detektion auf Silizium.
Zunächst wurden mehrere Voruntersuchungen durchgeführt, aus denen die optimale Breite optischer Wellenleiter, Konuslänge und MMI-Breite für alle drei MMIs ermittelt werden konnten. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde der hauptsächliche Optimierungsprozess durchgeführt, der alle geometrischen Parameter und Leistungswerte für alle drei MMIs ergab. Nach dem Zusammenfügen der jeweiligen MMIs durch Datenverarbeitung wurden die Gesamtleistungen der beiden 90°-Koppler berechnet. Bei der Analyse der Ergebnisse wurde deutlich, dass beide Koppler die an sie gestellten Leistungsanforderungen deutlich übertreffen und sich in ihrer Leistung nicht wesentlich unterscheiden.

Since the mid-1990s, 90° optical couplers have been employed for coherent detection of Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) modulated signals. With the rise of integrated photonics and photonic computing, there has been a growing demand to integrate these couplers into photonic integrated circuits (PICs) to leverage the benefits of QPSK modulation in compact and scalable platforms. A fundamental part of the integrated 90° couplers is the multimode interferometer (MMI). As part of a bigger project, this thesis focuses on the simulation and optimization of three MMIs to form two 90° optical couplers for broadband coherent detection on silicon.
Herein, several preliminary investigations are presented from which the optimal waveguide width, taper length and MMI width for all three MMIs could be obtained. Based on these results, the main optimization process was carried out, yielding all geometric parameters and performance values for all three MMIs that achieve the required performance metrics. After combining the respective MMIs through data processing, the overall performances of the two 90° couplers were calculated. Both couplers demonstrate performances that exceed the requirements imposed on them and do not differ significantly in performance.