Study of nonlinear optical phenomena in integrated platforms for Near-Infrared and Mid-Infrared
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Resumen
Esta tesis presenta la caracterización lineal y no lineal de plataformas fotónicas que operan en el infrarrojo cercano (NIR) y se extienden hacia el infrarrojo medio (MIR), con énfasis en guías de onda de nitruro de silicio sobre vidrio Si3N4-on-glass), estructuras basadas en calcogenuros, fibras ópticas y resonadores tipo microring. Se implementó una metodología experimental sistemática que combina mediciones cutback, análisis de resonadores y técnicas de barrido de dispersión para cuantificar pérdidas de propagación, evaluar el comportamiento resonante e identificar firmas ópticas no lineales. En el ámbito lineal, las pérdidas de propagación fueron extraídas mediante mediciones cutback realizadas sobre guías de onda en espiral y complementadas mediante el análisis de resonadores microring. Las mediciones permitieron obtener pérdidas de propagación del orden de varios dB/cm en la banda C y factores de calidad del orden de 104, proporcionando información complementaria sobre el desempeño lineal de la plataforma Si3N4-on-glass. En el ámbito no lineal, la técnica Top-hat D-scan, desarrollada para la caracterización de no linealidades de tercer orden en guías de onda, fue adaptada y aplicada a circuitos integrados de Si3N4-on-glass. La evolución valle--pico observada en el ancho espectral en función de la dispersión aplicada constituye una firma fenomenológica de una no linealidad Kerr positiva. Asimismo, el incremento de la excursión pico--valle con la potencia de entrada fue consistente con el aumento esperado de la fase no lineal acumulada, evidenciando la respuesta no lineal de la plataforma bajo excitación con pulsos de femtosegundos. Adicionalmente, se investigó la respuesta espectral de diferentes fibras ópticas y materiales basados en calcogenuros hacia longitudes de onda mayores. Estas mediciones resaltan la importancia de caracterizar no solamente los dispositivos integrados, sino también los componentes ópticos necesarios para extender las tecnologías fotónicas más allá de la ventana convencional de telecomunicaciones. En conjunto, este trabajo establece un marco experimental para la caracterización lineal y no lineal de plataformas fotónicas emergentes en diferentes sistemas materiales y regiones espectrales. La combinación de mediciones de pérdidas de propagación, análisis de resonadores, barridos no lineales de dispersión y caracterización en longitudes de onda extendidas proporciona una base para futuros estudios orientados a la extracción de parámetros no lineales, ingeniería de dispersión, generación de luz de banda ancha y tecnologías fotónicas con operación hacia el MIR. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
This thesis presents the linear and nonlinear characterization of photonic platforms operating in the near infrared (NIR) and extending toward the mid-infrared (MIR), with emphasis on Si3N4-on-glass waveguides, chalcogenide- based structures, optical fibers, and microring resonators. A systematic experimental methodology was implemented by combining cutback measurements, resonator analysis, and dispersion-scan techniques to quantify propagation losses, evaluate resonant behavior, and identify nonlinear optical signatures. On the linear side, propagation losses were extracted through cutback measurements performed on spiral waveguides and complemented by the analysis of microring resonators. The measurements yielded propagation losses on the order of several dB/cm in the C-band and quality factors on the order of 104, providing complementary information on the linear performance of the Si3N4-on-glass platform. On the nonlinear side, the Top-hat D-scan technique, originally developed for the characterization of third order nonlinearities in waveguides, was adapted and applied to integrated Si3N4-on-glass circuits. The observed valley-to-peak evolution of the spectral width as a function of the applied dispersion constitutes a phenomenological signature of a positive Kerr nonlinearity. Furthermore, the increase of the peak-to-valley excursion with input power was consistent with the expected growth of the accumulated nonlinear phase, revealing the nonlinear response of the platform under femtosecond excitation. In addition, the spectral response of different optical fibers and chalcogenide-based materials was investigated toward longer wavelengths. These measurements highlight the importance of characterizing not only integrated devices but also the optical components required to extend photonic technologies beyond the conventional telecommunications window. Overall, this work establishes an experimental framework for the linear and nonlinear characterization of emerging photonic platforms across different material systems and spectral regions. The combination of propagation-loss measurements, resonator analysis, nonlinear dispersion scans, and extended-wavelength characterization provides a basis for future studies of nonlinear parameter extraction, dispersion engineering, broadband light generation, and photonic technologies operating toward the MIR
Descripción
ilustraciones
Palabras clave propuestas
Integrated photonics; Nonlinear Optics; Si3N4-On-Glass; Cut back method; Mid infrared; Chalcogenide glasses; Optical fibers; Kerr nonlinearity; Fotonica integrada; Nonlinear characterization; Caracterización lineal; Si3N4-On-glass; Anillos resonadores; Caracterización no lineal; Infrarrojo medio; Vidrios calcogenuros; Fibras opticas; No linealidad kerr; Si3N4-On-Glass; Linear characterization; Caracterización lineal; Caracterización no lineal