Hybridní integrace fotonických čipů a propojování planárních optických čipů s jednovidovými optickými vlákny pro medicínské aplikace

Abstract

Diplomová práce se věnuje problematice optického propojování jednovidových optických vláken a planárních fotonických čipů. Práce se také věnuje využití této technologie v medicínských aplikacích. V první části práce jsou popsány optické vláknové vlnovody a planární optické vlnovody s ohledem na jejich vlastnosti a použití pro biomedicínské aplikace. Dále jsou v práci uvedeny návrhy optického propojení s biosenzorem v místních podmínkách a použité přístroje. Optické propojení byly realizovány pomocí vláknových polí s optickými vlákny standardu SMF-28 a čipů na bázi Si3N4. Práce byla zaměřena na optimalizaci vazby optického vlákna do planárního kanálkového vlnovodu s rozdílnými průměry vidového pole. Optické propojení jsem realizoval pomocí metody spojení konců optických vlnovodů a propojení bylo optimalizováno pro vlnovou délku 1550 nm. Na závěr jsou uvedeny výsledky měření vlastností uskutečněných optických propojení a jejich zhodnocení. Účinnost vazby vláknových pole - vláknové pole vyšla 89,93%. Nejlepší účinnosti vazby vláknové pole - čip s planárními vlnovody bylo dosaženo 94,33% a nejvyšší účinnost vazby čip - čip dosáhla na 12,67%.

The Diploma thesis addresses the issue of optical interconnection between single-mode optical fibers and planar photonic chips. The work also focuses on the use of this technology in medical applications. The first part of the thesis describes optical fiber waveguides and planar optical waveguides with respect to their properties and use in biomedical applications. Furthermore, the thesis presents designs of optical interconnections with a biosensor under local conditions and the instruments used. Optical interconnections were implemented using fiber arrays with SMF-28 standard optical fibers and chips based on Si3N4. The work focused on optimizing the coupling of the optical fiber into the planar channel waveguide with different mode field diameters. I realized the optical interconnections using the method of end-to-end waveguide coupling, and the interconnection was optimized for a wavelength of 1550 nm. Finally, the results of the measurements of the realized optical interconnections and their evaluation are presented. The coupling efficiency of fiber array to fiber array was 89.93%. The best coupling efficiency of fiber array to chip with planar waveguides achieved was 94.33%, and the highest chip-to-chip coupling efficiency reached 12.67%.