Tutor: Prof. P. Bassi Co Tutor: Prof. G. G. Bentini

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1 Ing. Giovanni i Battista ttit Montanari Tutor: Prof. P. Bassi Co Tutor: Prof. G. G. Bentini

2 Scopo del Lavoro Mettere e a punto una aserie e di strumenti t teorici e pratici per realizzare risonatori ad anello in LiNbO3 per possibili applicazioni nel campo dei sensori e delle telecomunicazioni.

3 Sommario Introduzione Definizione Analisi di un caso noto Progettazione Profilo di indice Guida Ridge Rdge Fattibilità Tecnologica Risultati ti Sviluppi futuri

4 Introduzione: Ottica integrata Enorme potenziale in termini di capacità trasmissive Poco costosa Basata su fotolitografia convenzionale Integrabile con l elettronica Componenti realizzabili Mux/Demux Amplificatori Switch LASER Ognuno dei suddetti sfrutta almeno un risonatore.

5 Definizione Risonatore componente circuitale, in genere passivo, il cui comportamento è approssimabile con quello della cavità risonante ovvero all interno del quale vi è una continua trasformazione di energia potenziale elettrica in magnetica e viceversa. Tale trasformazione avviene solo a determinate pulsazioni che vengono dette risonanze e ciascun modo associato ad esse viene detto modo della cavità. ià

6 Analisi Risonatore Caratterizzazione elettromagnetica di 3dB un risonatore ad Q 0 anello Parametri caratteristici Primo approccio: Simulazioni FDTD FSR 3dB 0 FSR F 3dB ER

7 Caso di Studio Silicon On Insulator Filtro Add & Drop per applicazioni WDM Modo Fondamentale

8 Risultati FDTD 3D Weakly Coupled Critical Coupled

9 Niobato di Litio (LiNbO 3 ) o o 0, e o 0 0 e Cristallo anisotropo Uniassiale Negativo Elettro ottico Z Cut X Cut no e ne o n o

10 Impiantazione ionica Tailoring Specie Energia Dose Annealing

11 Impiantazione ionica Ridge Il danno provocato nel cristallo tramite impiantazione determina una forte differenza della velocità di attacco chimico i tra le zone danneggiate e il cristallo vergine Risultato: Ridge Waveguide

12 Schema di Processo Simulazioni i i Tayloring dell indice Tecnologie realizzative Dispositivo

13 Tayloring dell Indice di Rifrazione Misure ottiche (dark m lines) Misure di danno nucleare subito dal cristallo (RBS) C MeV ioni/cm 2 (annealed) C MeV ioni/cm 2

14 Confronto 3.9 MeV ioni/cm 2 (annealed) 3.9 MeV ioni/cm 2

15 Processo Tecnologico Cristallo Bulk Deposizione maschera Deposizione fotoresist Sviluppo fotoresist Etching Rimozione fotoresist Impiantazione i ionicai Rimozione maschera Radiazione Ioni C 3+ UV

16 Misure Near Field

17 Ridge Waveguide CNR IMM Cristallo Bulk Costruzione barriera Maschera Metallica (Cr) Deposizione Fotoresist Sviluppo Fotoresist Wet etching del Cromo Amorfizzazione Wet etching del Niobato Rimozione Maschera Risultato Ioni Cu C 3+ +

18 Progetto Risonatori ad Anello FEM EIM Formule Dispersione BendingLoss Q Indice efficace Accoppiamento FSR

19 Design della maschera Elemento Wafer Componenti

20 Fabbricazione Maschera Layout finale Maschera Fabbricata

21 Fabbricazione IMM Bologna

22 Evaporazione del Cromo

23 Impiantazione Ionica

24 Fotolitografia

25 Risultato finale

26 Conclusioni e Sviluppi Futuri Conclusioni Acquisito controllo sul tayloring dell indice di rifrazione mediante impiantazione ionica Dimostrata fattibilità tecnologica del dispositivoi i In corso misure Near Field di campioni a dose più alta Sil Sviluppi i futuri Misura delle perdite Individuazione del target applicativo Switch Filtro WDM Sensore LASER Nuovo processo di fabbricazione

27 List of Publications G.G. Bentini, M. Chiarini,M. Bianconi, F. Bergamini, D. Castaldini, GB G.B. Montanari, A. Bogoni, L. Potı`, S. Sugliani, i A. Nubile, P. De Nicola, L. Gallerani, G. Pennestrı`, S. Petrini, Waveguide formation by ion implantation in Er doped optical materials, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 266 (2008), pp M. Bianconi, G.G. Bentini, M. Chiarini, P. De Nicola, G.B. Montanari, A. Nubile, S. Sugliani, Defect engineering and micromachining of Lithium Niobate by ion implantation, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 267 (2009), pp S. Sugliani, M. Bianconi, G. G. Bentini, M. Chiarini, P. De Nicola, G. B. Montanari, A. Menin, A. Malacarne, L. Potì, Refractive index tailoring in Lithium Niobate by ion implantation submitted to Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B