Autor: LÓPEZ QUEROL, Pablo
Título: Photonic integrated circuits for dual-comb interferometry
Fecha: 2026
Materia: ---
Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION
Departamento: TECNOLOGIA FOTONICA Y BIOINGENIERIA
Acceso electrónico: https://oa.upm.es/94006/
Director/a(s):
- Director/a: PÉREZ SERRANO, Antonio
Resumen: Dual comb interferometry is an optical measurement technique that enables a broad range of applications, including distance measurement, spectroscopy, and imaging, with high spectral resolution and accuracy. It relies on multiheterodyne interference between two optical frequency combs with slightly different repetition rates, which allows optical information to be converted into the radio-frequency domain. This approach eliminates the need for moving parts, enabling fast, single-shot measurements to be taken using low-bandwidth electronics. Since its initial demonstrations, dual-comb interferometry has demonstrated significant potential in spectroscopy, distance metrology, imaging, and distributed sensing applications. In order to deploy dual-comb systems in practical applications, sources that are compact, stable, and cost-effective are required. Thanks to their efficiency, small footprint, and compatibility with integrated photonic technologies, semiconductor lasers are ideal candidates. Monolithically integrating such sources on indium phosphide photonic integrated circuits using open-access, generic fabrication processes is a key step towards miniaturising and scaling up dual-comb interferometry systems. This PhD thesis describes the design, implementation, and characterisation of a dual-comb interferometer integrated onto a generic indium phosphide photonic platform. The work investigates optical frequency comb generation using directly modulated and optically injected semiconductor lasers, exploring strategies to enhance coherence, stability, and spectral characteristics. Furthermore, the development and integration of the key subsystems required for a fully functional on-chip interferometer are also covered. All designs and experiments were realised within the framework of European open-access generic integration processes, providing a benchmark for assessing the maturity of these technologies in advanced photonic systems. The results demonstrate the feasibility and potential of indium phosphide based integrated photonics for compact and scalable dual-comb interferometry, thereby enabling future high-performance, chip-scale spectroscopic and interferometric sensing applications. RESUMEN La interferometría de peines duales es una técnica de medición óptica que ofrece un amplio abanico de aplicaciones, entre las que se incluyen la medida de distancias, la espectroscopía y la formación de imágenes, con elevada resolución espectral y gran exactitud. Se basa en la interferencia multiheterodina entre dos peines de frecuencias ópticas con tasas de repetición ligeramente diferentes, lo que permite convertir la información del dominio óptico al dominio de radiofrecuencia a través de un proceso de compresión espectral. De este modo, se eliminan los componentes móviles y el tiempo de adquisición se reduce a una sola medida. Gracias a ello, los sistemas interferometría de peine dual ofrecen medidas rápidas, precisas y compatibles con electrónica de bajo ancho de banda. Desde sus primeras demostraciones, esta técnica ha mostrado un enorme potencial en espectroscopía, metrología de distancias, imagen y sensado distribuido. El despliegue de sistemas de peine dual en entornos prácticos requiere fuentes compactas, estables y de bajo coste. En este contexto, los láseres de semiconductor son candidatos idóneos debido a su eficiencia, reducido tamaño y compatibilidad con tecnologías fotónicas integradas. La integración monolítica de estos generadores en circuitos fotónicos integrados de fosfuro de indio mediante procesos de fabricación genéricos es un paso fundamental para conseguir la miniaturización y escalabilidad de los sistemas de interferometría de peine dual. En esta tesis doctoral se aborda el desarrollo y la caracterización de un interferómetro de peine dual completamente integrado en una plataforma fotónica de fosfuro de indio de acceso abierto. Se estudian en detalle los mecanismos de generación de peines ópticos mediante técnicas de modulación directa e inyección óptica, así como estrategias para mejorar su coherencia, estabilidad y características espectrales. Además, se desarrollan e integran subsistemas clave para implementar un interferómetro de peine dual funcional sobre chip. Todo el trabajo se lleva a cabo en el marco de los procesos de integración genérica europeos, lo que además permite evaluar el grado de madurez tecnológica de estas plataformas para el desarrollo de sistemas fotónicos avanzados. Los resultados obtenidos demuestran el potencial de la fotónica integrada basada en fosfuro de indio para la implementación de sistemas de interferometría de peine dual compactos y escalables, allanando el camino hacia futuras aplicaciones de sensado espectroscópico e interferométrico de altas prestaciones completamente integradas en chip.