Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός οπτικών κεραιών βασισμένων σε συζεύκτες πλέγματος για εφαρμογές Lidar. (Development and characterization of grating coupler based optical antennas for Lidar applications)
Διπλωματική Εργασία
| Επιβλέπων | Ηρακλής Αβραμόπουλος |
|---|---|
| Συσχετιζόμενο μάθημα | Φωτονική Τεχνολογία στις Τηλεπικοινωνίες |
Περιγραφή
Το Lidar είναι μια τεχνική 3D απεικόνισης, χαρτογράφησης και τηλεπισκόπησης που βασίζεται στη διαμόρφωση και την καθοδήγηση μίας οπτικής δέσμης, και έχει αναδειχθεί ως μια πολλά υποσχόμενη λύση για χρήση σε αυτόνομα οχήματα και μη επανδρωμένα αεροσκάφη. Οι αναδυόμενες υλοποιήσεις του βασίζονται σε ολοκληρωμένα φωτονικά κυκλώματα (PIC) και optical phased arrays (OPA). Η οπτική τεχνολογία που βασίζεται σε PIC αποσκοπεί στη σμίκρυνση και την ενσωμάτωση οπτικών λειτουργιών και διατάξεων σε μια ενιαία πλατφόρμα, οδηγώντας σε συμπαγή και εξαιρετικά αποδοτικά οπτικά συστήματα, επιτρέποντας έτσι τη βελτιστοποίηση και τη σμίκρυνση και των υλοποιήσεων του Lidar. Η παρούσα διπλωματική έχει ως στόχο να συμβάλει στην ανάπτυξη συζευκτών πλέγματος (GCs) για οπτικές κεραίες Lidar. Η εργασία θα επικεντρωθεί στον πειραματικό χαρακτηρισμό μιας πρώτης γενιάς optical radiators βασισμένων σε PIC που έχουν ήδη σχεδιαστεί στο PCRL και έχουν κατασκευαστεί. Τα αναμενόμενα πειραματικά αποτελέσματα αυτού του χαρακτηρισμού είναι η απεικόνιση του οπτικού προφίλ εξόδου των radiators, τόσο στο κοντινό όσο και στο μακρινό πεδίο. Οι μετρήσεις θα επαναληφθούν για τις διάφορες σχεδιαστικές παραλλαγές που περιλαμβάνονται στο PIC, με ποικίλες γεωμετρικές παραμέτρους, ώστε να προσδιοριστούν αυτές που παρουσιάζουν την καλύτερη απόδοση. Λαμβάνοντας υπόψη τα πειραματικά αποτελέσματα, θα επιλεγούν οι καλύτερες δομές και γεωμετρικές παράμετροι και θα σχεδιαστεί μια δεύτερη γενιά δομών, με στόχο τη βελτίωση της απόδοσής τους. Προαιρετικά, η διατριβή μπορεί επίσης να περιλαμβάνει προσομοιώσεις με το λογισμικό Lumerical και να συμβάλει στο σχεδιασμό αυτής της δεύτερης γενιάς οπτικών κεραιών.
(Lidar is a three-dimensional (3D) imaging, mapping and remote sensing technique that relies on optical beam shaping and steering and has emerged as a promising solution for autonomous vehicles and drones. Its emerging implementations are based on photonic integrated circuits (PICs) and optical phased arrays (OPAs). PIC based optical technology aims to miniaturize and integrate optical functions and devices onto a single platform, leading to compact and highly efficient optical systems, thus allowing to optimize and miniaturize Lidar implementations. This thesis aims to contribute to the development of grating couplers (GCs) for Lidar optical antennas. The work will focus on the experimental characterization of the first generation of PIC based optical radiators that have already been designed at PCRL and have been fabricated. The expected experimental outcomes of this characterization are the imaging of the optical output profile of the radiators, both in the near-field and far-field. The measurements will be repeated for the different design variations that are included in the PIC, with varying geometrical parameters, to define the designs that showcase the best performance. Given the experimental results, the best structures and geometrical parameters will be selected and a second generation of GCs and OPA structures will be designed, aiming to improve their performance. Optionally, the thesis can also include simulation work with Lumerical software and contribute to the design of this second generation of optical radiators.)
Ελάχιστος χρόνος εκπόνησης της εργασίας: 4-6 μήνες.
Χρήσιμες Γνώσεις:
- Αρχές Φωτονικής Τεχνολογίας και Ολοκληρωμένης Οπτικής
- Βασικές γνώσεις οπτικών διατάξεων ελευθέρου χώρου
- Βασικές αρχές λειτουργίας Lidar
- Εξοικείωση με χρήση Python, Matlab
Επικοινωνία:
Δημήτρης Αποστολόπουλος, Επ. Καθηγητής, apostold@mail.ntua.gr
Θένια Προυσαλίδη, Μεταδιδακτορική Ερευνήτρια, thenia@mail.ntua.gr