Modeling and simulation of optical grating systems

Abstract

Optik ızgaralar, ışın enerjisinin optik dalga kılavuzlarının içine veya dışına aktarılmasında kullanılan optik aygıtlardır. Enerjini transferi, dalga kılavuzunun yüzeyine yerleştirilen uygun ızgara dişleri ile gerçekleştirilir. Izgaralardan oluşan bu aktarım veya bağdaştırıcı sisteminin kritik parametreleri ızgara derinliği, ızgara periyodu, dolgu faktörü ve dalga boyudur. Fotonik sistemlerde ışığın yapıdan çıkarılarak başka bir yapıya aktarılması önemli bir problemdir ve bu aktarımdaki verimliliğin artırılması için çeşitli yöntemler önerilmiştir. Bu tez çalışmasında, geleneksel bir kuantum-kuyusu lazer yapısında farklı olarak, yeni bir yapı önerilmiştir. Yansıma ve yapıdan çıkarılan ışık, Bragg şartını sağlamak üzere farklı ızgara periyotları ve dalga boylarında analiz edilmiştir. Önerilen yapının optimizasyonunda dalga boyu ve ızgara periyotları değiştirilerek CAMFR yazılımı kullanılmıştır. Geleneksel bir ızgara tasarımına kıyasla, yapıdan çıkarılan ışığın miktarında altı kat iyileşme gözlenmiştir.

Grating coupler is an optical device which transfers beam of light energy into or out of an optical waveguide. This transfer of energy is as a result of proper pitch on top of the waveguide structure. The critical parameters that contribute to the performance of grating structures includes etching depth, grating period, fill factor and wavelength. Coupling light out from the waveguide is an important issue in photonics, and different methods have been proposed to improve the efficiency of the out coupling from waveguides. In this thesis, we proposed a design of a quantum well-laser grating coupler structure different from a traditional one. Reflection and the light coupling out of the structure are analyzed with different grating periods and wavelengths to meet the Bragg conditions. The simulation of the proposed structure has been optimized using cavity modeling framework CAMFR software by varying wavelength and grating period. The efficiency of the out coupled light has been improved by a factor of six compared to a traditional grating design.