Bragg gratings in semiconductor waveguides

Stephan Pachnicke

Feb. 2006 · GRIN Verlag

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Master's Thesis from the year 2001 in the subject Electrotechnology, grade: with distinction, City University London, language: English, abstract: Bragg gratings are important devices for both optical communications and sensing. These devices are used to design very narrow band optical filters, which can be used in wavelength division multiplexing (WDM). It is also perceived that Bragg gratings will be used to compensate the dispersion in modern fibre optic telecommunication networks. Semiconductor gratings are usually integrated into lasers to control the operating wavelength. City University Photonic Modelling Group is a world leading research group on the use of rigorous numerical techniques to design and optimise advanced photonic devices for optical communications. The research group has already achieved results on hypothetical one-dimensional (1-D) and realistic two-dimensional (2-D) structures. In this project a combination of three numerical methods has been used, all of which are rigorous, to simulate realistic three-dimensional (3-D) structures in semiconductor waveguides. The combination of these three accurate methods, the finite element method (FEM), the least squares boundary residual (LSBR) method and the transfer matrix method (TMM) turned out to be superior to the widely used coupled mode theory (CMT). The numerical study of different Bragg gratings shows interesting dependencies of the characteristics of the gratings on the different design parameters. The work was carried out for different mesh distributions, different numbers of mesh divisions and different computational parameters. Another focus of the work was on the stability of the transmission and reflection coefficients obtained from the LSBR program. Furthermore the effect of inaccuracy occurring during the fabrication process has been studied. The results of this work have been compared to results found by other groups and fellows. We can say that this project is quite new in the field of reflection spectrum computation of realistic 3-D semiconductor Bragg gratings. Up to now only a few papers have been published on such 3-D semiconductor gratings.

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Professor Pachnicke wurde 1977 in Dortmund geboren. Von 2000-2001 absolvierte er ein Masterstudium in „Information Engineering” an der City University, London, Großbritannien. Sein Studium der Elektrotechnik an der TU Dortmund schloss er 2002 mit dem Grad Dipl.-Ing. ab. 2005 wurde er zum Dr.-Ing. der Elektrotechnik promoviert - ebenfalls an der TU Dortmund. Im Jahr 2005 beendete er außerdem ein Dipl.-Wirt.-Ing. Studium an der FernUniversität, Hagen. Seine Habilitation wurde ihm im Januar 2012 verliehen für Forschungsarbeiten über „Optische Übertragungsnetze“. Gleichzeitig wurde er zum „Privatdozent“ der TU Dortmund ernannt. Von 2007 bis 2011 arbeitete er als Oberingenieur am Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik, TU Dortmund. Anschließend war er bei der Firma ADVA Optical Networking SE in der Abteilung „Advanced Technology“ (CTO Office) beschäftigt und leitete u.a. EU-finanzierte Forschungsprojekte zu optischen Zugangsnetzten der nächsten Generation. Außerdem erforschte er Konzepte für die Konvergenz von Fest- und Mobilfunknetzen sowie Datenzentren der nächsten Generation. Seit 2016 ist er Professor an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und leitet den Lehrstuhl für Nachrichtenübertragungstechnik. Darüber hinaus ist er zur Zeit geschäftsführender Direktor des Instituts für Elektrotechnik und Informationstechnik sowie Mitglied des Senats der Universität. Er ist Autor bzw. Ko-Autor von mehr als 200 wissenschaftlichen Veröffentlichungen, darunter 5 Bücher und mehr als 40 Zeitschriftenbeiträge sowie von mehreren Patenten. Professor Pachnicke erhielt verschiedene Auszeichnungen für seine wissenschaftliche Arbeit darunter den ITG-Preis 2012 des VDE, den Dissertationspreis 2006 der TU Dortmund sowie den VDE Preis Rhein/Ruhr 2002. Professor Pachnicke ist Mitglied in den technischen Programmkomitees der European Conference on Optical Communication (ECOC), der Optical Fiber Communication Conference (OFC), der International Conference on Photonics in Switching and Computing (PSC) sowie dem ITG Fachausschuss KT3 (Optische Nachrichtentechnik).