Progettazione e modellizzazione di strutture ottiche integrate in PDMS e cristallo liquido per optofluidica e interconnessioni ottiche Relatore Candidato Prof. Antonio d’Alessandro Luca Civita Correlatore Prof.ssa Rita Asquini

Interconnessioni ottiche Guide dielettriche Cristalli liquidi Sommario Obiettivi Optofluidica Interconnessioni ottiche Guide dielettriche Cristalli liquidi Progettazione: ambiente di sviluppo, modelli e dimensionamento Realizzazioni preliminari e caratterizzazione Conclusioni Luca Civita 01/08/2018

Obiettivi Progettazione di dispositivi optofluidici per impieghi nel settore delle telecomunicazioni come ad esempio accoppiatori ottici Realizzazione e caratterizzazione di guide in PDMS con core cristallo liquido Luca Civita 01/08/2018

Optofluidica Scienza che unisce due specializzazioni come l’optoelettronica e la fluidica per creare dispositivi innovativi per le telecomunicazioni e la biomedica Luca Civita 01/08/2018

Interconnessioni ottiche Guide dielettriche Cristalli liquidi Sommario Obiettivi Optofluidica Interconnessioni ottiche Guide dielettriche Cristalli liquidi Progettazione: ambiente di sviluppo, modelli e dimensionamento Realizzazioni preliminari e caratterizzazione Conclusioni Luca Civita 01/08/2018

Interconnessioni ottiche Velocità di trasmissione dei dati Integrazione con tecnologia su silicio Bassi valori di potenza dissipata Mancanza di interferenza elettromagnetica Luca Civita 01/08/2018

Interconnessioni ottiche Guide dielettriche Cristalli liquidi Sommario Obiettivi Optofluidica Interconnessioni ottiche Guide dielettriche Cristalli liquidi Progettazione: ambiente di sviluppo, modelli e dimensionamento Realizzazioni preliminari e caratterizzazione Conclusioni Luca Civita 01/08/2018

Vantaggi delle guide dielettriche in polidimetilsilossano (PDMS) Possibilità di ottenere particolari geometrie Possibilità di utilizzare flussi microfluidici come core della guida Economicità e facilità di produzione Realizzazione di curve,O-Ring Luca Civita 01/08/2018

Interconnessioni ottiche Guide dielettriche Cristalli liquidi Sommario Obiettivi Optofluidica Interconnessioni ottiche Guide dielettriche Cristalli liquidi Progettazione: ambiente di sviluppo, modelli e dimensionamento Realizzazioni preliminari e caratterizzazione Conclusioni Luca Civita 01/08/2018

Composti Organici Composto organico che presenta un ordinamento molecolare che ha le caratteristiche intermedie sia di un solido cristallino e sia di un liquido I cristalli liquidi si differenziano in termotropici e liotropici I termotropici si dividono in discotici e calamitici a loro volta hanno varie mesofasi Luca Civita 01/08/2018

Ambiente di sviluppo per la progettazione Per la progettazione delle guide è stato utilizzato Comsol Multiphysics che ha permesso l’analisi di varie geometrie rettangolari e quadrate per il calcolo dell’indice di rifrazione Interfacciamento tra gli ambienti di sviluppo attraverso script in Matlab Simulatore di dispositivi ottici BeamPROP Luca Civita 01/08/2018

Progettazione: ambiente di sviluppo, modelli e dimensionamento Sommario Obiettivi Optofluidica Guide dielettriche Cristalli liquidi Progettazione: ambiente di sviluppo, modelli e dimensionamento Realizzazioni preliminari e caratterizzazione Conclusioni Luca Civita 01/08/2018

Struttura guidante di partenza Non abbiamo film di allineamento Non sono presenti elettrodi perché la struttura è finalizzata ad avere un controllo puramente ottico   Luca Civita 01/08/2018

Modello orientazionale dei cristalli liquidi     Modello in Comsol: test(k11*f11+k22*f22+k33*f33-delta_eps*(Ey*n2+Ex*n1)^2-eps_perp*(Ex^2+Ey^2)) Luca Civita 01/08/2018

Distribuzione indice di rifrazione del campo elettrico verticale 1.5 1.69 Titolo Presentazione 01/08/2018

Implementazione anisotropa del cristallo liquido   Luca Civita 01/08/2018

Distribuzione del campo elettrico multimodale La guida simulata ha dimensione di 2x2 µm Il cladding di PDMS ha indice 1,3997 29.6 (V/m) 26.1 (V/m) 18.9 (V/m) y (µm) x (µm) 00 1 -1 -2 2 y (µm) x (µm) 00 1 -1 -2 2 y (µm) x (µm) 00 1 -1 -2 2 0.28 (V/m)) 0.28 (V/m)) 0.28 (V/m))       Luca Civita 01/08/2018

Distribuzione del campo elettrico monomodale La guida simulata ha dimensione di 2x2 µm Il cladding di PDMS ha indice 1,5457 31.3 (V/m) 1.3 (V/m) 0.9 (V/m) y (µm) x (µm) 00 1 -1 -2 2 y (µm) x (µm) 00 1 -1 -2 2 y (µm) x (µm) 00 1 -1 -2 2 0.28 (V/m)) 0.28 (V/m)) 0.28 (V/m))       Luca Civita 01/08/2018

Accoppiatore direzionale con sezione quadrata polarizzazione TE Luca Civita 01/08/2018

Accoppiatore direzionale con sezione quadrata polarizzazione TM L’accoppiatore è indipendente dalla polarizzazione Luca Civita 01/08/2018

Progettazione: ambiente di sviluppo, modelli e dimensionamento Sommario Obiettivi Optofluidica Guide dielettriche Cristalli liquidi Progettazione: ambiente di sviluppo, modelli e dimensionamento Realizzazioni preliminari e caratterizzazione Conclusioni Luca Civita 01/08/2018

Passaggi realizzativi Luca Civita 01/08/2018

Setup di misurazione Luca Civita 01/08/2018

Risultati sperimentali Misurazioni della trasmissione luminosa relativa a due guide rettangolari di dimensioni 8x5 µm ed 15x5 µm Trasmissione luminosa indipendente dalla polarizzazione Differenza della potenza in uscita al variare della polarizzazione di soli 0,3 dB, con un valore di attenuazione di 8 dB/cm 8µm width Luca Civita 01/08/2018

Componenti non lineari al variare della potenza Variazione della potenza in ingresso in funzione della potenza in uscita per polarizzazioni TE e TM La trasmissione ottica aumenta in maniera lineare per potenza d’ingresso basse, ma superata la soglia dei 20 mW essa non è più lineare, ciò è dovuto al ri-orientamento ottico che riduce l’efficienza d’accoppiamento della guida e aumenta il disaccoppiamento tra i modi 8µm width Luca Civita 01/08/2018

Progettazione: ambiente di sviluppo, modelli e dimensionamento Sommario Obiettivi Optofluidica Guide dielettriche Cristalli liquidi Progettazione: ambiente di sviluppo, modelli e dimensionamento Realizzazioni preliminari e caratterizzazione Conclusioni Luca Civita 01/08/2018

Conclusioni Progettazione di guide dielettriche monomodali ottenute con un’ indice di rifrazione del cladding pari a n=1,5457 e sezione quadrata di 2 µm. Accoppiatori ottici direzionali indipendenti dalla polarizzazione con distanze di accoppiamento di 2 µm e sezione quadrata di 2 µm. Realizzazioni preliminari di canali CL in PDMS, mostra un comportamento indipendente dalla polarizzazione con variazioni di potenza trasmessa inferiori a 0.3 dB. Possibili miglioramenti del modello sviluppato in Comsol attraverso l’introduzione del modello Montecarlo per lo studio del posizionamento delle molecole del cristallo liquido all’interno della guida. Realizzazioni di accoppiatori direzionali in corso. Luca Civita 01/08/2018

Grazie per l’attenzione. Conclusioni 01/08/2018