Veranstaltungs-Nr.:

L.048.26013

Veranstaltungstyp:

Vorlesung V2, Übung Ü2

Veranstaltungssprache:

Englisch

Leistungspunkte:

6

Zeitmodus:

Wintersemester

Zeit und Ort:

Informationen zum Veranstaltungsort und –zeit entnehmen Sie bitte PAUL

Kurzbeschreibung:

Diese Vorlesung behandelt die Funktionsweise und die theoretischen Grundlagen integrierter photonischer Bauelemente, die bei deren Entwurf zu berücksichtigenden Einschränkungen sowie Strategien zu deren Überwindung.

Teilnahmevoraussetzungen:

• Wissen über elektromagnetische Felder und Wellen

• Erfahrung mit MATLAB-/Python-Skripting wäre von Vorteil.

Inhalt

1. Einführung

   • Historische Entwicklung der integrierten Photonik und ihre heutige Bedeutung

   • Kurzer Überblick über die erforderlichen theoretischen Grundlagen

     • Elektromagnetische Wellen und Maxwell-Gleichungen

     • Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in verschiedenen Medien

2. Theorie optischer Wellenleiter: Bauelement Nr. 0

   • Analyse eindimensionaler (1D) Wellenleiter

     • Strahlenoptisches Modell

     • Vektorwellengleichung und Randbedingungen

   • Analyse zweidimensionaler (2D) Wellenleiter

     • Überblick über Wellenleiterplattformen und die Methode des effektiven Brechungsindex

     • Überblick über die vollvektorielle Methode

     • Dispersion, Polarisation und Orthogonalität geführter Moden

3. Theorie gekoppelter Moden: analytische Formulierung

4. Passive integriert-photonische Bauelemente

   • Richtkoppler (DC): Bauelement Nr. 1

   • Multimoden-Interferometer (MMI): Bauelement Nr. 2

   • Verteilter Bragg-Reflektor (DBR): Bauelement Nr. 3

5. Abstimmbare/aktive integriert-photonische Bauelemente

   • Mach-Zehnder-Interferometer (MZI) / -Modulator (MZM): Bauelement Nr. 4

   • Mikroringresonatoren (MRR) / -Modulator (MRM): Bauelement Nr. 5

   • Überblick über Phasenschieber: thermisch, elektro-optisch und MEMS-basiert

6. Fertigungsvariabilität und Toleranzen integriert-photonischer Bauelemente

7. Überblick über die Analyse photonischer integrierter Schaltkreise (PICs), Einführung in die Kompaktmodellierung und die elektronisch-photonische Entwurfsautomatisierung (EPDA)

Literature:

• Graham T. Reed, “Silicon Photonics: the state of the art”, Wiley, 4th edition, 2008

• Chrostowski, Lukas, and Michael Hochberg. “Silicon photonics design: from devices to systems”. Cambridge University Press, 2015.

• Weitere Literaturhinweise werden in den Vorlesungsunterlagen aufgeführt.