Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Xử lý tín hiệu ghép kênh phân chia theo mode dựa trên các mạch tích hợp quang tử

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Xử lý tín hiệu ghép kênh phân chia theo mode dựa trên các mạch tích hợp quang tử" trình bày tổng quan ghép kênh phân chia theo mode dựa trên mạch tích hợp quang tử silicon; Bộ chuyển đổi bốn mode bất kì TE0/TE1/TE2/TE3; Bộ chuyển mạch mode không tắc nghẽn; Bộ ghép kênh phân kênh kết hợp MDM và WDM.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Xử lý tín hiệu ghép kênh phân chia theo mode dựa trên các mạch tích hợp quang tử ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ ĐỨC TÂM LINHXỬ LÝ TÍN HIỆU GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO MODE DỰA TRÊN CÁC MẠCH TÍCH HỢP QUANG TỬ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, năm 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ ĐỨC TÂM LINHXỬ LÝ TÍN HIỆU GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO MODE DỰA TRÊN CÁC MẠCH TÍCH HỢP QUANG TỬ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 9520208 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Nguyễn Tấn Hưng 2. TS. Trương Cao Dũng Đà Nẵng, năm 2022LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Kết quả nghiên cứu được côngbố trong luận án là trung thực. Các tài liệu sử dụng trong luận án có nguồn gốc, xuất xứrõ ràng. Tác giả luận án Hồ Đức Tâm Linh iMỞ ĐẦULÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI Mạch tích hợp quang tử silicon được xem là hướng nghiên cứu tương lai của công nghệtốc độ cao. Mạch cung cấp nhiều lợi thế hơn so với các mạch tích hợp thông thường bởinhững ưu điểm vượt trội như tốc độ cao hơn, băng thông lớn hơn và tổn hao năng lượngthấp hơn. Công nghệ tiên tiến này đang thúc đẩy lĩnh vực công nghệ và khoa học vượtqua những giới hạn mà thời đại điện tử đang tồn tại. Nhiều lĩnh vực quan trọng đang ứngdụng các công nghệ mạch tích hợp quang tử như viễn thông, quốc phòng, tiêu dùng, radarlaser, truyền thông dữ liệu, cảm biến và dữ liệu điện toán đám mây. Trong những nămgần đây, nhiều nghiên cứu tập trung nghiên cứu vào lĩnh vực phát triển các mạch quangtử phục vụ cho mạng viễn thông, cụ thể là các mạch tích hợp quang tử xử lý tín hiệu đamode ứng dụng trong mạng quang ghép kênh phân chia theo mode MDM (Mode DivisionMultiplexing) thế hệ mới. MDM là công nghệ ghép kênh quang rất hứa hẹn để gia tăngdung lượng của hệ thống thông tin. Trong kỹ thuật MDM, thông tin được điều chế trêncác mode quang trực giao với nhau, điều này giúp truyền thông tin ở các mode khác nhautrên cùng một bước sóng mà không bị nhiễu xuyên kênh. Vì vậy, nếu hệ thống sử dụngcông nghệ MDM với M mode quang trực giao kết hợp với công nghệ ghép kênh theo bướcsóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) với N bước sóng, thì tổng số kênh truyềncủa hệ thống sẽ là MxN, tăng M lần so với các hệ thống WDM thông thường. Do đó, việcthiết kế mạch tích hợp quang tử nhỏ gọn với khả năng xử lý linh hoạt các tín hiệu đamode, đồng thời kết hợp được với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng sẽ tạo ramột bước đột phá rất lớn trong việc tăng dung lượng kênh truyền hệ thống.ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Đối tượng nghiên cứu trong luận án này là các cấu trúc xử lý tín hiệu đa mode trongmạng ghép kênh phân chia theo mode MDM trên chip. Các cấu trúc xử lý tín hiệu đa iiimode này được xây dựng từ các khối cơ bản, chủ yếu là ba khối chức năng: bộ giao thoađa mode MMI, cấu trúc chữ Y đối xứng cải tiến và bộ ghép nối định hướng. Trong đó, bộgiao thoa đa mode MMI 4x4 (bốn cổng vào và bốn cổng ra) làm việc với các tín hiệu modecơ bản TE0 , đóng vai trò là các bộ chuyển mạch tín hiệu giữa các cổng vào ra. Cấu trúcchữ Y đối xứng cải tiến 1x4 (một cổng vào và bốn cổng ra) đóng vai trò là các bộ chuyểnđổi mode bậc cao thành các mode cơ bản TE0 . Cuối cùng là bộ ghép định hướng có chứcnăng tách tín hiệu mode bậc cao từ ống dẫn sóng chính sang hai ống dẫn sóng đơn modeTE0 . Các cấu trúc trên có tính chất đối xứng hình học nên việc phát và nhận tín hiệu haichiều ở các cổng vào ra của cấu trúc là hoàn toàn giống nhau.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Nghiên cứu, phân tích lý thuyết hoạt động của các linh kiện quang, cấu trúc của cácống dẫn sóng quang và các mạch xử lý tín hiệu quang đa mode đã được phát triển trongthời gian gần đây. Thiết kế, mô phỏng và tối ưu hóa mạch tích hợp quang tử thông qua các chương trìnhmô phỏng số trên máy tính, sử dụng phần mềm mô phỏng Rsoft của hãng Synopsys. Sử dụng phương pháp truyền chùm BPM (Beam Propagation Method) kết hợp phươngpháp phân tích truyền mode MPA (Mode Propagation Analysis) và phương pháp hệ sốhiệu dụng EIM (Effective Index Method) để mô phỏng và đánh giá mạch thiết kế. Tìm hiểu, tổng hợp dòng thiết kế mạch tích hợp quang tử silicon, từ đó tham gia chếtạo thử nghiệm một thành phần cơ bản trong cấu trúc thiết kế đã được đề xuất ở phần lýthuyết.MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN Chuyển mạch thông tin về mặt quang học là một thách thức rất lớn trong các hệ thốngkết nối và truyền thông quang. Một s ...