Luận án tiến sĩ về thiết kế ống dẫn sóng plasmonic nano trong ghép kênh phân chia theo bước sóng

• Tác giả: Nguyễn Văn Tài
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Hoài Bắc
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế ống dẫn sóng plasmonic nano trong ghép kênh phân chia theo bước sóng
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu của luận án
• 1.4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.7. Bố cục của luận án
• 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỐNG DẪN SÓNG PLASMONIC
• 2.1. Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng
• 2.2. Một số cấu kiện ghép/tách kênh quang trong hệ thống WDM
• 2.3. Ưu điểm của WDM
• 2.4. Lý thuyết về plasmonic
• 2.5. Phân cực plasmon bề mặt
• 2.6. Cộng hưởng plasmon bề mặt
• 2.7. Ống dẫn sóng plasmonic
• 2.8. Sơ đồ nguyên lý ống dẫn sóng khe hở
• 2.9. Ống dẫn sóng khe hở plasmonic 3D dưới bước sóng
• 2.10. Cấu trúc ống dẫn sóng plasmon IMI
• 2.11. Cấu trúc ống dẫn sóng plasmon MIM
• 2.12. Sự hình thành và truyền lan sóng plasmonic
• 2.13. Các phương pháp phân tích và mô phỏng sử dụng trong luận án
• 2.13.1. Phương pháp EME
• 2.13.2. Phương pháp FDTD
• 2.14. Kết luận chương 1
• 3. ỐNG DẪN SÓNG LAI GHÉP PLASMONIC - SILIC CÓ CHỨC NĂNG QUAY PHÂN CỰC VÀ CÁC CỔNG LOGIC TOÀN QUANG KÍCH THƯỚC NANO MÉT
• 3.1. Ống dẫn sóng lai ghép plasmonic - silic có chức năng quay phân cực kích thước nano mét
• 3.2. Thiết kế cấu trúc và phân tích hoạt động
• 3.3. Kết quả mô phỏng và nhận xét
• 3.4. Các cổng logic toàn quang dựa trên ống dẫn sóng plasmonic MIM
• 3.5. Nguyên lý thiết kế các cổng logic plasmonic
• 3.6. Kết quả mô phỏng các cổng logic và nhận xét
• 3.7. Kết luận Chương 2
• 4. THIẾT KẾ CÁC BỘ LỌC BƯỚC SÓNG SỬ DỤNG ỐNG DẪN SÓNG PLASMONIC KÍCH THƯỚC NANO MÉT
• 4.1. Thiết kế bộ lọc 2 băng sóng 1310nm và 1550nm dựa trên ống dẫn sóng nano plasmonic
• 4.2. Mô hình và nguyên lý thiết kế
• 4.3. Mô phỏng số và phân tích đặc tính
• 4.4. Bộ lọc 3 băng 1310nm, 1430nm và 1550nm dựa trên ống dẫn sóng nano plasmonic MIM
• 4.5. Mô hình và nguyên lý thiết kế
• 4.6. Hiệu suất và đặc điểm của bộ chia ba băng sóng 3dB
• 4.7. Thiết kế bộ lọc bước sóng RGB để ứng dụng cho xử lý ảnh, trộn màu truyền hình, thông tin VLC
• 4.8. Mô hình và nguyên lý thiết kế
• 4.9. Thiết kế tối ưu và mô phỏng
• 4.10. Kết luận Chương 3
• 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. ĐÓNG GÓP KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN
• 5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG THỜI GIAN TỚI
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế ống dẫn sóng plasmonic nano

Nghiên cứu thiết kế ống dẫn sóng plasmonic nano trong ghép kênh phân chia bước sóng đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ quang tử. Các ống dẫn sóng plasmonic có khả năng dẫn truyền ánh sáng với kích thước nhỏ hơn bước sóng ánh sáng, mở ra nhiều cơ hội cho các ứng dụng trong viễn thông và xử lý thông tin. Việc hiểu rõ về cấu trúc và tính chất của các ống dẫn sóng này là rất cần thiết để phát triển các thiết bị quang tử hiệu suất cao.

1.1. Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của ống dẫn sóng plasmonic

Ống dẫn sóng plasmonic là cấu trúc quang học cho phép dẫn truyền sóng plasmon bề mặt, nhờ vào sự tương tác giữa ánh sáng và điện tử tại bề mặt kim loại. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự cộng hưởng giữa sóng điện từ và dao động điện tích, tạo ra các plasmon bề mặt có khả năng dẫn truyền ánh sáng trong các cấu trúc nano.

1.2. Lợi ích của ống dẫn sóng plasmonic trong ghép kênh

Ống dẫn sóng plasmonic mang lại nhiều lợi ích trong ghép kênh phân chia bước sóng, bao gồm khả năng tích hợp cao, giảm thiểu kích thước thiết bị và tăng cường hiệu suất truyền dẫn. Điều này giúp nâng cao dung lượng truyền dẫn trong các mạng thông tin quang, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

II. Thách thức trong thiết kế ống dẫn sóng plasmonic nano

Mặc dù ống dẫn sóng plasmonic nano có nhiều ưu điểm, nhưng việc thiết kế và tối ưu hóa chúng cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ suy giảm tín hiệu, khả năng tương thích với các thiết bị quang tử hiện có và chi phí sản xuất là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ suy giảm tín hiệu trong ống dẫn sóng plasmonic

Độ suy giảm tín hiệu là một trong những thách thức lớn nhất trong thiết kế ống dẫn sóng plasmonic. Sự suy giảm này xảy ra do sự hấp thụ ánh sáng bởi kim loại và các yếu tố môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến hiệu suất truyền dẫn của thiết bị.

2.2. Khả năng tương thích với công nghệ hiện tại

Việc tích hợp ống dẫn sóng plasmonic với các thiết bị quang tử hiện có là một thách thức lớn. Cần phải phát triển các phương pháp mới để đảm bảo rằng các thiết bị này có thể hoạt động hiệu quả trong các hệ thống truyền dẫn quang hiện tại.

III. Phương pháp thiết kế ống dẫn sóng plasmonic hiệu quả

Để thiết kế ống dẫn sóng plasmonic nano hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp mô phỏng và phân tích hiện đại. Các phương pháp này giúp tối ưu hóa cấu trúc và tính chất quang học của ống dẫn sóng, từ đó nâng cao hiệu suất truyền dẫn.

3.1. Mô phỏng EME trong thiết kế ống dẫn sóng

Phương pháp Eigen-Mode Expansion (EME) là một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng và phân tích các đặc tính quang học của ống dẫn sóng plasmonic. Phương pháp này cho phép xác định các mode plasmon và tính toán hiệu suất truyền dẫn của thiết bị.

3.2. Tối ưu hóa cấu trúc ống dẫn sóng

Tối ưu hóa cấu trúc ống dẫn sóng plasmonic bao gồm việc điều chỉnh các tham số như chiều rộng, chiều dài và vật liệu sử dụng. Việc này giúp cải thiện khả năng dẫn truyền và giảm thiểu độ suy giảm tín hiệu trong quá trình truyền dẫn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của ống dẫn sóng plasmonic trong ghép kênh

Ống dẫn sóng plasmonic nano có nhiều ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực viễn thông và công nghệ thông tin. Chúng có thể được sử dụng trong các bộ lọc bước sóng, bộ tách kênh và các thiết bị quang tử khác, giúp nâng cao hiệu suất truyền dẫn và giảm kích thước thiết bị.

4.1. Bộ lọc bước sóng sử dụng ống dẫn sóng plasmonic

Bộ lọc bước sóng dựa trên ống dẫn sóng plasmonic cho phép tách biệt các bước sóng khác nhau trong một tín hiệu quang. Điều này giúp cải thiện chất lượng tín hiệu và tăng cường khả năng truyền dẫn trong các hệ thống quang.

4.2. Thiết bị tách kênh quang sử dụng công nghệ plasmonic

Các thiết bị tách kênh quang sử dụng ống dẫn sóng plasmonic có khả năng hoạt động hiệu quả trong các mạng thông tin quang. Chúng giúp nâng cao dung lượng truyền dẫn và giảm thiểu độ suy giảm tín hiệu, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai của ống dẫn sóng plasmonic

Nghiên cứu về ống dẫn sóng plasmonic nano trong ghép kênh phân chia bước sóng đang mở ra nhiều cơ hội mới cho công nghệ quang tử. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, các ống dẫn sóng này hứa hẹn sẽ trở thành một phần quan trọng trong các hệ thống truyền dẫn quang trong tương lai.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ plasmonic

Công nghệ plasmonic đang trên đà phát triển mạnh mẽ, với nhiều nghiên cứu mới được công bố. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các thiết bị quang tử nhỏ gọn và hiệu suất cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.2. Tương lai của ống dẫn sóng plasmonic trong viễn thông

Ống dẫn sóng plasmonic có tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất truyền dẫn trong các mạng viễn thông. Sự phát triển của công nghệ này sẽ giúp nâng cao dung lượng và tốc độ truyền dẫn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.