Original title: Návrh, výroba a charakterizace základních prvků křemíkových fotonických obvodů
Translated title: Design, Fabrication, and Characterization of Fundamental Silicon Photonic Circuit Elements
Authors: Koňařík, Lukáš ; Mareš, David (referee) ; Ligmajer, Filip (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2026
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [cze] [eng]
Tato diplomová práce se zabývá návrhem, výrobou a charakterizací základních prvků křemíkových fotonických integrovaných obvodů na platformě křemík na izolantu (SOI). Jelikož je účinnost této technologie pro vysokorychlostní přenos limitována ztrátami, poskytuje tato práce ucelený teoretický základ celé problematiky včetně řešení otázky způsobování ztrát vadami ve výrobě. Úvodní část obsahuje přehled základních komponent, jako jsou například mřížkové vazebné členy nebo vlnovody. Na rešerši navazují numerické simulace v programu Ansys Lumerical MODE, pomocí nichž byla určena optimální šířka jednomódových vlnovodů. Výrobní proces kombinuje použití elektronové a optické litografie včetně reaktivního iontového leptání. V rámci popisu elektronové litografie je detailně analyzován vliv velikosti zápisového pole na kvalitu výsledných struktur a u reaktivního iontového leptání je popsána optimalizace receptu pro dosažení kolmých profilů s hladkými stěnami. Výsledky experimentální charakterizace vyrobených obvodů potvrdily teoretický předpoklad, kdy obvody s žebrovými vlnovody vykazovaly vyšší výstupní výkon než obvody s pásovými vlnovody. Dále byla experimentálně ověřena funkčnost vyrobených Y-děličů svazků a prstencového rezonátoru. Závěrečná analýza pak potvrdila vliv drsnosti bočních stěn na naměřený výkon. This thesis focuses on the design, fabrication, and characterization of fundamental elements of silicon photonic integrated circuits on a silicon-on-insulator (SOI) platform. Since the efficiency of this technology for high-speed transmission is limited by losses, this thesis provides a comprehensive theoretical overview of the field, including an analysis of how fabrication defects contribute to losses. The initial section provides an outline of the basic components, such as grating couplers and waveguides. The theoretical research is followed by numerical simulations in Ansys Lumerical MODE software, which were used to determine the optimal width of single-mode waveguides. The fabrication process combines the use of electron and optical lithography, as well as of reactive ion etching. As part of the description of electron lithography, the influence of the exposure field size on the quality of the resulting structures is analyzed in detail, and for reactive ion etching, the optimization of the recipe to achieve vertical profiles with smooth walls is described. The results of the experimental characterization of the fabricated circuits confirmed the theoretical assumption that circuits with rib waveguides exhibited higher output power than circuits with strip waveguides. Furthermore, the functionality of the fabricated Y-beam splitters and of the ring resonator was experimentally verified. The final analysis then confirmed the influence of side wall roughness on the measured power.
Keywords: grating coupler; reactive ion etching; sidewall roughness; silicon photonic circuits; silicon-on-insulator; waveguide; drsnost bočních stěn; křemík na izolantu; křemíkové fotonické obvody; mřížkový vazební člen; reaktivní iontové leptání; vlnovod

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/259892

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-776786


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses