Luận án tiến sĩ: Kỹ thuật xử lý tín hiệu ghép kênh phân chia mode bằng mạch tích hợp quang tử

LỜI CAM ĐOAN

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO MODE DỰA TRÊN MẠCH TÍCH HỢP QUANG TỬ SILICON

1.1. Giới thiệu chương

1.2. Ghép kênh phân chia theo mode

1.2.1. Giới thiệu ghép kênh phân chia theo mode

1.2.2. Thách thức cần vượt qua thứ nhất: Thiết kế ống dẫn sóng đa mode cắt ngang nhau

1.2.3. Thách thức cần vượt qua thứ hai: Thiết kế các thiết bị đa mode có khả năng tái cấu hình

1.3. Mạch tích hợp quang tử silicon

1.4. Cấu trúc các khối cơ bản trong mạch tích hợp quang tử silicon

1.4.1. Bộ ghép định hướng

1.4.2. Cấu trúc ống dẫn sóng chữ Y

1.4.3. Giao thoa kế Mach-Zehnder

1.4.4. Bộ cộng hưởng vòng

1.4.5. Cách tử Bragg

1.4.6. Bộ giao thoa đa mode MMI

1.5. Kết luận chương

2. BỘ CHUYỂN ĐỔI BỐN MODE BẤT KÌ TE0 /TE1/TE2 /TE3

2.1. Giới thiệu chương

2.2. Tổng quan nghiên cứu về chuyển đổi mode

2.3. Cấu trúc bộ chuyển đổi bốn mode

2.3.1. Mô tả tổng quát

2.3.2. Bộ ghép nối chữ Y 1x4

2.3.3. Bộ giao thoa đa mode MMI 4x4

2.3.4. Bộ dịch pha

2.4. Mô phỏng và đánh giá

2.5. Kết luận chương

3. BỘ CHUYỂN MẠCH MODE KHÔNG TẮC NGHẼN

3.1. Giới thiệu chương

3.2. Bộ chuyển mạch lựa chọn bốn mode TE0 /TE1 /TE2 /TE3

3.2.1. Tổng quan nghiên cứu chuyển mạch lựa chọn mode

3.2.2. Cấu trúc bộ chuyển mạch lựa chọn mode

3.2.3. Mô phỏng và đánh giá

3.3. Bộ chuyển mạch mode cơ bản 4x4

3.3.1. Tổng quan nghiên cứu chuyển mạch mode

3.3.2. Cấu trúc bộ chuyển mạch mode cơ bản

3.3.3. Mô phỏng và đánh giá

3.4. Kết quả chế tạo và đo kiểm bộ giao thoa đa mode MMI 4x4

3.5. Kết luận chương

4. BỘ GHÉP KÊNH/PHÂN KÊNH KẾT HỢP MDM VÀ WDM

4.1. Giới thiệu chương

4.2. Tổng quan nghiên cứu ghép kênh/phân kênh kết hợp WDM và MDM

4.3. Cấu trúc bộ ghép kênh/phân kênh kết hợp WDM và MDM

4.3.1. Mô tả tổng quát

4.3.2. Bộ ghép kênh ba bước sóng WDM (3λ − WDM)

4.3.3. Bộ ghép kênh bốn mode (4M − MDM)

4.3.4. Mô phỏng và đánh giá

4.5. Kết luận chương

Kết luận và hướng phát triển

Phụ lục quy trình thiết kế và chế tạo mạch tích hợp quang tử silicon

Tài liệu tham khảo

Danh sách các công trình đã công bố của luận án

I. Kỹ thuật xử lý tín hiệu

Kỹ thuật xử lý tín hiệu là trọng tâm của luận án, tập trung vào việc xử lý tín hiệu đa mode trong hệ thống ghép kênh phân chia mode (MDM). Luận án đề cập đến các phương pháp xử lý tín hiệu quang dựa trên mạch tích hợp quang tử, giúp tăng hiệu suất và dung lượng truyền dẫn. Các kỹ thuật này bao gồm việc sử dụng các bộ giao thoa đa mode (MMI), cấu trúc chữ Y đối xứng, và bộ ghép nối định hướng để xử lý tín hiệu đa mode một cách hiệu quả.

1.1. Xử lý tín hiệu đa mode

Luận án tập trung vào việc xử lý tín hiệu đa mode trong hệ thống MDM, sử dụng các cấu trúc như bộ giao thoa đa mode 4x4 và cấu trúc chữ Y đối xứng. Các cấu trúc này giúp chuyển đổi và tách tín hiệu mode bậc cao thành các mode cơ bản, đảm bảo hiệu suất truyền dẫn cao và giảm thiểu nhiễu xuyên kênh.

1.2. Ứng dụng mạch tích hợp quang tử

Mạch tích hợp quang tử được sử dụng để thiết kế các hệ thống xử lý tín hiệu đa mode. Luận án đề xuất các cải tiến trong thiết kế mạch, bao gồm việc tối ưu hóa các bộ giao thoa đa mode và cấu trúc chữ Y, giúp tăng hiệu suất và giảm kích thước của các thiết bị quang tử.

II. Ghép kênh phân chia mode

Ghép kênh phân chia mode (MDM) là công nghệ chính được nghiên cứu trong luận án, nhằm tăng dung lượng truyền dẫn trong hệ thống thông tin quang. Luận án đề cập đến việc kết hợp MDM với công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) để tạo ra hệ thống truyền dẫn đa kênh với dung lượng lớn.

2.1. Công nghệ MDM

Luận án trình bày chi tiết về công nghệ MDM, trong đó thông tin được điều chế trên các mode quang trực giao. Công nghệ này cho phép truyền thông tin trên cùng một bước sóng mà không gây nhiễu xuyên kênh, giúp tăng dung lượng hệ thống lên M lần so với các hệ thống WDM thông thường.

2.2. Kết hợp MDM và WDM

Luận án đề xuất việc kết hợp MDM và WDM để tạo ra hệ thống truyền dẫn đa kênh với dung lượng lớn. Bằng cách sử dụng M mode quang trực giao và N bước sóng, hệ thống có thể đạt được tổng số kênh truyền là MxN, tăng đáng kể dung lượng truyền dẫn.

III. Mạch tích hợp quang tử

Mạch tích hợp quang tử là công nghệ nền tảng được sử dụng trong luận án để thiết kế các hệ thống xử lý tín hiệu đa mode. Luận án tập trung vào việc thiết kế và tối ưu hóa các mạch tích hợp quang tử silicon, giúp tăng hiệu suất và giảm kích thước của các thiết bị quang tử.

3.1. Thiết kế mạch tích hợp quang tử

Luận án trình bày quy trình thiết kế và tối ưu hóa các mạch tích hợp quang tử silicon, bao gồm các bộ giao thoa đa mode, cấu trúc chữ Y, và bộ ghép nối định hướng. Các mạch này được thiết kế để xử lý tín hiệu đa mode một cách hiệu quả, đảm bảo hiệu suất truyền dẫn cao và giảm thiểu nhiễu xuyên kênh.

3.2. Ứng dụng trong hệ thống MDM

Các mạch tích hợp quang tử được thiết kế trong luận án được ứng dụng trong hệ thống MDM, giúp tăng dung lượng truyền dẫn và hiệu suất của hệ thống. Luận án cũng đề xuất các cải tiến trong thiết kế mạch để tối ưu hóa hiệu suất và giảm kích thước của các thiết bị quang tử.

IV. Xử lý tín hiệu quang

Xử lý tín hiệu quang là một trong những vấn đề chính được nghiên cứu trong luận án, tập trung vào việc xử lý tín hiệu đa mode trong hệ thống MDM. Luận án đề cập đến các phương pháp xử lý tín hiệu quang dựa trên mạch tích hợp quang tử, giúp tăng hiệu suất và dung lượng truyền dẫn.

4.1. Phương pháp xử lý tín hiệu quang

Luận án trình bày các phương pháp xử lý tín hiệu quang, bao gồm việc sử dụng các bộ giao thoa đa mode, cấu trúc chữ Y đối xứng, và bộ ghép nối định hướng để xử lý tín hiệu đa mode một cách hiệu quả. Các phương pháp này giúp tăng hiệu suất truyền dẫn và giảm thiểu nhiễu xuyên kênh.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống MDM

Các phương pháp xử lý tín hiệu quang được nghiên cứu trong luận án được ứng dụng trong hệ thống MDM, giúp tăng dung lượng truyền dẫn và hiệu suất của hệ thống. Luận án cũng đề xuất các cải tiến trong thiết kế mạch để tối ưu hóa hiệu suất và giảm kích thước của các thiết bị quang tử.

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu Kỹ thuật Xử lý Tín hiệu Ghép kênh Phân chia Mode sử dụng Mạch Tích hợp Quang tử