Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-565
Main Title: Realization of optical filters using ring resonators with integrated semiconductor optical amplifiers in GaInAsP/InP
Translated Title: Realisierung optischer Filter unter Verwendung von Ringresonatoren mit integrierten Halbleiterlaserverstärker auf GaInAsP/InP
Author(s): Rabus, Dominik Gerhard
Advisor(s): Petermann, Klaus
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Eine Schlüsselkomponente in einem optischen Netzwerk ist das optische Filter. Es gibt mehrere Arten von optischen Filtern, zum Beispiel Bragg - Gitter, Dünnschichtfilter, arrayed waveguide gratings (AWGs). Ein optisches Filter, dass in den letzten Jahren in der integrierten Optik hervorgetreten ist und welches in dieser Arbeit entworfen und untersucht wird auf der Basis von GaInAsP / InP, ist der Ringresonator. Filter auf der Basis von Ringresonatoren benötigen keine Spiegel oder Gitter für die optische Rückkopplung und eigenen sich deshalb hervorragend für die monolithische Integration mit anderen Komponenten wie z. B. Laser und Photodetektoren. Ein Filter mit einem benötigten bestimmten Transmissionsverhalten kann mit Hilfe mehrfach seriell oder parallel gekoppelter Ringresonatoren erreicht werden. ANFORDERUNGEN: Die Herstellung von Ringresonatoren in der integrierten Optik erfordert niedrig dämpfende, stark geführte Wellenleiter für die Realisierung kleiner Krümmungsradien (R ~ 100 µm). Abstimmbarkeit ist essenziell für die Systemanwendung von optischen Filtern. Im Fall periodischer Filter, in unserem Fall Ringresonatoren, ist es wichtig das Transmissionsverhalten des Filters an ein bestimmtes Kanalraster anzupassen (z. B. ITU - Raster). Die Filtereigenschaften passiver Ringresonatoren werden durch die internen Verluste eingeschränkt. Die Integration eines optischen Halbleiterverstärkers (SOA) ermöglicht nicht nur die Kompensation der internen Verluste, sondern auch zusätzliche Funktionalität (z. B. Schaltbarkeit). HERGESTELLTE BAUELEMENTE: Passive einfache Ringresonatoren und Doppelringresonatoren im Materialsystem GaInAsP / InP in der Form von Stadien, gekoppelt an Multimodeinterferenzkoppler (MMI) oder an Kodirektionalkoppler mit Radien von R = 100 µm - 200 µm und einem freien Spektralbereich (FSR) von 50 GHz und 100 GHz und On-Off Verhältnissen von mehr als 20 dB wurden realisiert. Einfache Ringresonatoren und Dreifachringresonatoren mit integrierten optischen Halbleiterverstärkern (Verstärkerlänge = 100 µm - 800 µm), gekoppelt an zwei Eingangs- und Ausgangswellenleiter unter der Verwendung von Kodirektionalkopplern mit Radien von R = 100 µm - 800 µm werden präsentiert. Die internen Verluste werden vollständig durch die Halbleiterverstärker ausgeglichen und On-Off Verhältnisse für den Durchgangskanal sowie für den Dropkanal von mehr als 20 dB wurden erreicht. Die Ringresonatoren besitzen einen freien Spektralbereich von 12,5 GHz, 25 GHz and 50 GHz. Die Abstimmbarkeit auf eine bestimmte Wellenlänge sowie die Resonanzanpassung der Doppel- und Dreifachringresonatoren konnte mit Hilfe von integrierten Platinwiderständen erreicht werden. Das Transmissionsverhalten hängt sehr von der stärke der Interaktion der beteiligten Ringresonatoren untereinander und mit den verwendeten Kopplern ab. Eine Designregel wird beschrieben um ein quasi rechteckiges Transmissionsverhalten durch Verwendung von Doppel- und Dreifachringresonatoren zu erreichen. Das Verhalten der hergestellten Bauelemente wird hinsichtlich ihrer Einfügedämpfung, Polarisationsabhängigkeit, Funktionalität und Einsatzmöglichkeit analysiert.
A key device in all-optical networks is the optical filter. There are different types of optical filters, for example, Bragg gratings, thin film filters, arrayed waveguide gratings (AWGs). An optical filter which has emerged in the last few years in integrated optics and which is designed and investigated on the basis of GaInAsP / InP in this thesis is the ring resonator filter. Ring resonator filters do not require facets or gratings for optical feedback and are thus particularly suited for monolithic integration with other components such as lasers and photodetectors for example. A required passband shape of ring resonator filters can be custom designed by the use of multiple serial or parallel coupled resonators. REQUIREMENTS: The realization of ring resonators in integrated optics requires low loss waveguides with a strong confinement to achieve low bending radii (R ~ 100 µm). Tuneability is essential for the system application of optical filters. In the case of periodic filters, in our case ring resonators, it is important to fit the transmission curve to the defined channel spacing (e.g. ITU-grid). The performance of passive ring resonators for filter applications is limited by internal losses. The incorporation of a semiconductor optical amplifier (SOA) enables additional functionality (e. g. switchability) including the compensation of internal losses. REALIZED DEVICES: Passive single and double ring resonators in the material system GaInAsP / InP in the form of racetracks, coupled to a multimode interference (MMI) coupler or a codirectional coupler (CC) with radii of R = 100 µm - 200 µm and free spectral ranges (FSRs) of 50 GHz and 100 GHz and on-off ratios of more than 20 dB are realized. Single and triple ring resonators with integrated SOAs (length = 100 µm - 800 µm), coupled to two input/output waveguides using codirectional couplers with radii of R = 100 µm - 800 µm are demonstrated. The ring losses are compensated by the SOA and an on-off ratio for the throughput and drop port of more than 20 dB is realized. The achieved free spectral range is 12.5 GHz, 25 GHz and 50 GHz. The tuning to a specific wavelength and the resonance matching of the double and triple ring resonators is demonstrated by using integrated Pt - resistors. The passband shape depends sensitively on the relative interactions between all resonators and the used couplers. In order to achieve a box-like filter response, a general design rule is developed for engineering definite filter shapes using double and triple coupled ring resonators. The performance of the devices is analyzed with respect to insertion loss, polarization dependence, functionality and application.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-4671
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/862
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-565
Exam Date: 5-Jul-2002
Issue Date: 16-Jul-2002
Date Available: 16-Jul-2002
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Filter
Integration
Optoelektronik
Resonator
Ring
Filter
GaInAsP
Resonance
Resonator
Ring
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