Diseño de dispositivos optoelectrónicos integrados: métodos numéricos de simulación de la propagación de ondas electromagnéticas

Abstract

La tesis se centra en el desarrollo de metodos numéricos para simular la propagación del campo electromagnético en guías de onda, haciendo especial énfasis en la investigación de condiciones de frontera que permitan el flujo de las ondas radiadas hacia el exterior de la región de cálculo. Concretamente se hacen las siguientes aportaciones originales: en el método de Berénger se adapta la formulación al BPM y se demuestra su eficiencia para absorber las ondas radiadas en problemas de guias de onda; en la teoría de los operadores de Higdan se derivan las propiedades de reflexión de estos operadores en el espacio continuo y discreto, y se propone la modificación de los operadores cuando se utiliza en forumulación paraxial del BPM; en el Metodo de los Operadores Complementarios se demuestra en complementariedad de los operadores de Higdan y se demuestra su eficacia para eliminar las reflexiones artificiales que aparecen en la frontera de la region de calculo; se ha propuesto el Metodo de los Operadores Complementarios Extendido, que permite la cancelación adicional de las reflexiones de orden dos en determinados problemas. Para las condiciones de frontera anteriores se presenta un estudio comparativo, introduciendo varios experimentos numérica y de la eficiencia computacional. Con el objetivo de mostrar la utilización práctica de estos métodos numéricos en el proceso de diseño de un dispositivo, se propone el diseño de un sensor optico integrado, en tecnologia de silicio, para la medida de indices de refracción. El sensor se basa en la guía ARROW y utiliza la interferometría como técnica de deteción. Como novedad principal se introduce una capa de nitruro de silicio sobre la estructura ARROW, que permite un aumento notable de la sensibilidad.