Luận án tiến sĩ: Thiết kế và mô phỏng mạch tích hợp quang băng rộng cho giải mã và chuyển đổi đa chế độ

• Tác giả: Tran Tuan Anh
• Người hướng dẫn: Prof. Tran Duc Han
• Trường học: Hanoi University of Science and Technology
• Chuyên ngành: Telecommunications Engineering
• Đề tài: Design and Simulation of Wideband Photonic Integrated Circuits for Multi-Mode (De)Multiplexing and Conversion
• Loại tài liệu: doctoral dissertation
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hanoi

• INTRODUCTION
• 1. CHAPTER 1: SOI WAVEGUIDE STRUCTURE, ANALYSIS AND FABRICATION
• 1.1. Shapes and functions of silicon-on-insulator waveguide
• 1.2. Optical waveguide analysis and simulation methods
• 1.2.1. Effective index method
• 1.2.2. Finite Difference Method
• 1.2.3. Beam Propagation Method
• 1.2.4. Finite Difference Beam Propagation Method
• 1.3. Silicon-on-insulator waveguide fabrication
• 1.3.1. Separation by implanted oxygen (SIMOX)
• 1.3.2. Bond and Etch-back SOI (BESOI)
• 1.3.3. Silicon Epitaxial Growth
• 1.3.4. Fabrication of surface etched features
• 1.4. Silicon-on-insulator waveguide structure used for MDM functionality
• 1.4.1. Asymmetric Y-junction waveguide
• 2. MODE DIVISION MULTIPLEXER BASED ON ASYMMETRIC DIRECTIONAL COUPLER
• 2.1. Two mode division (De)multiplexer based on an MZI asymmetric silicon waveguide
• 2.1.1. Design and structural optimization
• 2.1.2. Simulation and performance analysis
• 3. MODE DIVISION MULTIPLEXER BASED ON MULTIMODE INTERFERENCE COUPLER
• 3.1. Cascaded N x N general interference MMI analysis
• 3.2. Three-mode division (De)multiplexer based on a trident coupler and two cascaded 3×3 MMI silicon waveguides
• 3.2.1. Design and structural optimization

I. Mạch tích hợp quang và công nghệ quang

Mạch tích hợp quang là một trong những công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực viễn thông và quang học. Nghiên cứu này tập trung vào thiết kế mạch tích hợp và mô phỏng mạch quang để giải quyết các vấn đề liên quan đến giải mã quang và chuyển đổi đa chế độ. Các phương pháp phân tích và mô phỏng như phương pháp chỉ số hiệu dụng, phương pháp sai phân hữu hạn, và phương pháp truyền chùm tia được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất của mạch. Công nghệ quang đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các hệ thống truyền thông băng rộng, đặc biệt là trong việc xử lý tín hiệu đa chế độ.

1.1. Phân tích và mô phỏng mạch tích hợp quang

Các phương pháp phân tích như phương pháp chỉ số hiệu dụng và phương pháp sai phân hữu hạn được áp dụng để nghiên cứu cấu trúc của mạch tích hợp quang. Mô phỏng mạch quang giúp đánh giá hiệu suất của các thiết kế, đặc biệt là trong việc xử lý tín hiệu đa chế độ. Các kết quả mô phỏng cho thấy khả năng tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tổn thất tín hiệu trong các hệ thống truyền thông quang.

1.2. Ứng dụng công nghệ quang trong truyền thông

Công nghệ quang được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông băng rộng quang, đặc biệt là trong việc giải mã tín hiệu và chuyển đổi tín hiệu quang. Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tích hợp các công nghệ quang tiên tiến để nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống truyền thông hiện đại.

II. Thiết kế và mô phỏng mạch tích hợp quang

Thiết kế mạch tích hợp là quá trình quan trọng để tạo ra các hệ thống quang học hiệu quả. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế các mạch tích hợp quang cho giải mã quang và chuyển đổi đa chế độ. Các phương pháp mô phỏng như phương pháp truyền chùm tia và phương pháp sai phân hữu hạn được sử dụng để đánh giá hiệu suất của các thiết kế. Kết quả cho thấy khả năng tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tổn thất tín hiệu trong các hệ thống truyền thông quang.

2.1. Phương pháp thiết kế mạch tích hợp

Các phương pháp thiết kế như phương pháp chỉ số hiệu dụng và phương pháp sai phân hữu hạn được áp dụng để tối ưu hóa cấu trúc của mạch tích hợp quang. Các kết quả mô phỏng cho thấy khả năng tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tổn thất tín hiệu trong các hệ thống truyền thông quang.

2.2. Mô phỏng và đánh giá hiệu suất

Mô phỏng mạch quang được sử dụng để đánh giá hiệu suất của các thiết kế. Các kết quả mô phỏng cho thấy khả năng tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tổn thất tín hiệu trong các hệ thống truyền thông quang. Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tích hợp các công nghệ quang tiên tiến để nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống truyền thông hiện đại.

III. Ứng dụng thực tiễn và giá trị nghiên cứu

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc phát triển các hệ thống truyền thông quang học hiện đại. Thiết kế và mô phỏng mạch tích hợp quang cho giải mã quang và chuyển đổi đa chế độ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống truyền thông. Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong các hệ thống truyền thông băng rộng quang, đặc biệt là trong việc xử lý tín hiệu đa chế độ.

3.1. Ứng dụng trong truyền thông băng rộng

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc phát triển các hệ thống truyền thông băng rộng quang. Thiết kế và mô phỏng mạch tích hợp quang đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống truyền thông hiện đại.

3.2. Giá trị nghiên cứu và triển vọng

Nghiên cứu này mở ra triển vọng mới trong việc phát triển các hệ thống truyền thông quang học hiện đại. Thiết kế và mô phỏng mạch tích hợp quang cho giải mã quang và chuyển đổi đa chế độ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống truyền thông. Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong các hệ thống truyền thông băng rộng quang, đặc biệt là trong việc xử lý tín hiệu đa chế độ.