Thiết kế và tối ưu mô phỏng số một cấu trúc phân chia 3-dB đồng thời ba mode dựa trên cấu trúc tiếp giáp chữ ψ sử dụng ống dẫn sóng quang tử silic

Bài viết Thiết kế và tối ưu mô phỏng số một cấu trúc phân chia 3-dB đồng thời ba mode dựa trên cấu trúc tiếp giáp chữ ψ sử dụng ống dẫn sóng quang tử silic trình bày một thiết kế mô phỏng số của vi mạch quang tử chia công suất 1:2 với tỷ lệ 50:50 đều nhau cho cả ba mode đồng thời. Cấu trúc được đề xuất thiết kế dựa trên nền tảng vật liệu SOI với phiến có độ dày lớp silic là 220nm theo tiêu chuẩn của công nghệ chế tạo vi mạch VLSI. Toàn bộ cấu trúc hình học được tối ưu hóa và đánh giá hiệu năng quang học được thực hiện qua phương pháp mô phỏng số 3D-BPM. Mời các bạn cùng tham khảo!

Thiết kế và tối ưu mô phỏng số một cấu trúc phân chia 3-dB đồng thời ba mode dựa trên cấu trúc tiếp giáp chữ ψ sử dụng

ống dẫn sóng quang tử silic Trương Cao Dũng1, Nguyễn Thị Hằng Duy1

1Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Email: dungtc@ptit.edu.vn, duynth@ptit.edu.vn

Abstract – Trong bài báo này, chúng tôi trình bày một thiết

kế mô phỏng số của vi mạch quang tử chia công suất 1:2 với tỷ

lệ 50:50 đều nhau cho cả ba mode đồng thời Cấu trúc được đề

xuất thiết kế dựa trên nền tảng vật liệu SOI với phiến có độ

dày lớp silic là 220nm theo tiêu chuẩn của công nghệ chế tạo vi

mạch VLSI Toàn bộ cấu trúc hình học được tối ưu hóa và

đánh giá hiệu năng quang học được thực hiện qua phương

pháp mô phỏng số 3D-BPM Kết quả mô phỏng cho thấy cấu

trúc đề xuất có suy hao chèn I.L thấp với sự biến động nhỏ hơn

5dB trong khoảng rộng 100nm Bên cạnh đó, cấu trúc đề xuất

có dung sai tương đối cao tương ứng với mức dung sai theo

chiều rộng và chiều cao đạt được là ΔW=20nm và Δh= 10nm

với sự thăng giáng của I.L không vượt quá 1.5dB Toàn bộ cấu

trúc chỉ tiêu tốn không gian tích hợp nhỏ 10μm50μm Những

ưu điểm về hiệu năng quang học do đó đưa đến tiềm năng hứa

hẹn của vi mạch quang trong các ứng dụng để xây dựng các

thành phần xử lý chức năng đa dạng của vi mạch tích hợp

quang tử cỡ lớn cũng như công nghệ ghép kênh phân chia theo

mode (MDM) băng rộng.

Keywords – bộ chia 3dB, ba mode đồng thời, tiếp giáp chữ Ψ,

ống dẫn sóng, quang tử silic, công nghệ MDM.

I.GIỚI THIỆU

Gần đây, kỹ thuật ghép kênh phân chia đa mode MDM

(mode division multiplexing) [1], [2] được coi là một giải

pháp triển vọng, cùng với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo

bước sóng (WDM) để tăng dung lượng băng thông, do đó

có khả năng phá vỡ quy tắc giới hạn định lý thông tin của

Shanon [3], [4] Do đó, việc xem xét một hệ thống truyền

dẫn bao gồm N mode trên mỗi bước sóng trong hệ thống

truyền dẫn MDM kết hợp với M bước sóng trong hệ thống

truyền dẫn WDM sẽ có tổng dung lượng N × M lần so với

một kênh đơn vị [5]–[7] Với sự gia tăng liên tục và đáng kể

về nhu cầu dữ liệu, việc tích hợp mật độ cao các thành phần

quang tử silic có ý nghĩa quan trọng về giá thấp, mức tiêu

thụ điện năng thấp và hiệu suất cao Các thiết bị trong một

hệ thống lai MDM-WDM được áp dụng để đạt được các

chức năng đa dạng và là các khối chính để xây dựng hệ

thống MDM ở quy mô chip dựa trên nền tảng silicon trên

chất cách điện (SOI) Một số hệ thống MDM-WDM đã

chứng minh thực tế rằng mode được dẫn (guided mode)

được coi là kênh truyền dẫn độc lập trong các hệ thống thông

tin quang, nhất là ứng dụng trong các hệ thống trung tâm dữ

liệu hay là hệ thống thông tin quang truy nhập khoảng cách

ngắn [8], [9]

Trong một hệ thống thông tin quang, bộ công suất 50:50

hay còn được gọi là bộ chia 3-dB đóng một vai trò quan

trọng Chúng ta có thể tìm thấy vai trò của mạch phân chia

3-dB trong các cơ cấu điều chế biên độ hay điều chế đa mức

[10]–[12], chuyển mạch quang trong cấu hình 12 bằng

cách kết hợp giao thoa trong cấu hình ghép định hướng hay

cấu hình giao thoa Mach-Zehnder (MZI) [13], cơ cấu chuyển mạch bảo vệ đường quang theo cấu hình 1:1(cấu hình hot-standy) hay 1+1 (chuyển mạch chọn lọc thu) [14], các cơ cấu chuyển đổi mức lượng tử Các bộ ghép định hướng [15],[16], giao thoa đa mode [17], các bộ ghép đoạn

nhiệt (adiabatic coupler) [17],[18] là ba dạng cơ bản điển

hình của của các bộ chia 3-dB quang

Tuy nhiên, các bộ phân chia đã được đề xuất chỉ hỗ trợ hoạt động cho hầu hết là các tín hiệu quang đơn mode Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một thiết kế cho bộ phân chia 3-dB cho ba mode dẫn trong ống dẫn sóng dựa trên quang

tử silic Nghiên cứu được thiết kế trên nền tảng vật liệu SOI tương thích công nghệ chế tạo vi mạch CMOS Toàn bộ tiến trình tối ưu hóa, đánh giá đặc tính quang học đều được thực hiện thông qua mô phỏng số 3D-BPM

II THIẾT KẾ CẤU TRÚC VÀ PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG

A Mô tả cấu trúc và nguyên lý hoạt động chung

Sơ đồ cấu trúc của cấu kiện quang tử phân chia 3-dB ba mode dẫn trong ống dẫn sóng quang được mô tả như Hình1 Cấu trúc ống dẫn sóng gồm một cấu trúc các ống dẫn sóng theo cấu hình 1:2 đối xứng Cơ cấu này bao gồm một nhánh

ống dẫn sóng đầu vào theo kiểu tiếp giáp hình chữ Ψ

(Ψ-junction coupler) kiểu mũi đinh ba với phần gốc là ống dẫn sóng đa mode hỗ trợ hoạt động của ba mode theo phân cực

TE (transverse electric) với độ rộng gốc (stem width) là W s Cấu trúc được thiết kế gồm ba cơ cấu tiếp giáp hình chữ Ψ

Hình 1 Cấu trúc của vi mạch quang tử phân chia 3-dB cho ba mode dựa trên vật liệu SOI và ống dẫn sóng dạng kênh: (a)

hình chiếu bằng, (b) hình chiếu cạnh

với kích thước như nhau với một trong số đó là đầu vào và

hai trong số đó được dùng cho hai nhánh đầu ra Cấu kiện

sử dụng ba tiếp giáp hình chữ Y (Tiếp giáp chữ Y coupler)

để chia nhánh và 3 bộ ghép theo cơ chế giao thoa đa mode

cấu hình 22, được gọi là các bộ ghép 22 MMI

(multimode interference coupler) có chiều dài ký hiệu là

LMMI luôn bằng ba lần chiều dài phách (ký hiệu là 3L π) Thiết

bị quang được thiết kế sử dụng hai bộ dịch pha (phase

shifter) với góc dịch pha cần thiết là π để tạo ra cơ chế kết

hợp tín hiệu quang thích hợp nhằm tạo dạng lại cả ba mode

như mong muốn nhưng với tỷ lệ phân chia công suất là

50:50 Lõi của ống dẫn sóng sử dụng vật liệu silic (Si), lớp

vỏ thủy tinh silic (SiO2) và được thiết kế để hoạt động cho

ba mode TE với bước sóng trung tâm hoạt động là

λ=1550nm Cấu trúc ống dẫn sóng như vậy được ứng dụng

như là tiêu chuẩn trong thiết kế công nghiệp của các thiết bị,

vi mạch tích hợp quang tử hiện đại ngày nay Điều này là

bởi hai lý do: thứ nhất chúng được sử dụng từ một tấm SOI

(silicon-on-insulator wafer) tiêu chuẩn với bề dày 220-nm

được sử dụng trong công nghiệp chế tạo vi mạch điện tử để

sản xuất các chip vi mạch VLSI; thứ hai là với bề dày

220nm, các mode quang tử chỉ dẫn được đa mode theo

phương chiều rộng (không thể dẫn các mode bậc cao mà

phân chia theo chiều cao của lớp lõi silic) đối với phân cực

TE và phổ bước sóng hoạt động 1550nm Do đó, trong thiết

kế quang tử, người ta sử dụng các ống dẫn sóng làm từ các

phiến SOI tiêu chuẩn (220nm-thickness) Trong thiết kế này,

thiết bị phân chia mode quang được thiết kế theo dạng ống

dẫn sóng dạng kênh (để dễ chế tạo mặt nạ cho quá trình sản

xuất) với lớp lõi silic và lớp vỏ thủy tinh silic có chiết suất

tương ứng là n r =3.465, n c=1.445 ở bước sóng 1550nm Toàn

bộ các ống dẫn sóng có thể được chế tạo theo các phương

pháp quang khắc hiện đại, chẳng hạn sử dụng chùm điện tử

(Ebeam writing) và kỹ thuật ăn mòn khô (dry etching) sử

dụng kỹ thuật plasma ghép cảm ứng ICP etching

(inductively coupled plasma etching) [19] hoặc các kỹ thuật

quang khắc bằng tia cực tím - DUV lithography (deep ultra

violet photolithography) với chiều cao kênh là 220 nm từ

một phiến SOI tiêu chuẩn (lớp kênh dẫn Silic cao 220 nm)

B.Bộ ghép tiếp giáp chữ Ψ

Gốc và 2 đầu ra là một tiếp giáp hình chữ Ψ đối xứng, thân

của khớp nối tiếp giáp hình chữ Ψ là một ống dẫn sóng hỗ

trợ truyền 3 mode, để hỗ trợ truyền 3 mode thì W 0 nằm trong

khoảng từ 0.7µm-1.2µm Trong thiết kế này, chúng tôi chọn

Ws có chiều rộng 1 µm để hỗ trợ hoạt động cho ba mode

theo phân cực TE vốn là các mode phổ biến sử dụng trong dẫn sóng của mạch quang tử tích hợp, bao gồm TE0, TE1 và TE2 Điều này được giải thích là bởi các mode TE khi dẫn trong ống dẫn sóng được chế tạo từ phiến SOI tiêu chuẩn (standard silicon-on-insulator wafer) dày 220nm được sử dụng làm phiến sản xuất chip VLSI theo tiến trình công nghệ CMOS, hơn nữa các mode TE chỉ xuất hiện theo phương chiều rộng ống dẫn sóng mà theo phương chiều cao chỉ tồn tại được đơn mode Sau đó, ống dẫn sóng này được ghép với

3 ống dẫn sóng, ống ở giữa là ống thẳng có độ rộng là W b=

0,5 µm vs chiều dài L s=120 µm, hai ống dẫn sóng hai bên

đối xứng dạng hình sin (sinusoidal-bent waveguide hay còn được gọi là S-bent waveguide) có độ rộng là W a=0.4 µm với

chiều dài và chiều rộng ngang tương ứng là L s và G=1.6µm

Bộ ghép tiếp giáp hình chữ Ψ cho phép chọn lọc mode do phù hợp về moment sóng mà ở đó mode TE0 đi ở ống dẫn sóng ở giữa, mode TE1 và mode TE2 sẽ đi sang hai bên nhánh đối xứng như được thể hiện qua kết quả mô phỏng số bằng phương pháp truyền chùm trong không gian ba chiều 3D-BPM (three dimensional-beam propagation method) Đặc tính quang được mô phỏng số cho thấy đáp ứng phổ rộng của bộ ghép tiếp giáp hình chữ Ψ đã thiết kế

C.Tiếp giáp chữ Y và bộ ghép giao thoa đa mode 22 MMI

Để nhận ra chức năng phân chia ba tín hiệu mode trực giao TE0, TE1, TE2 một cách cân bằng theo tỷ lệ 50:50 (3-dB

coupler), chúng ta sử dụng tiếp giáp chữ Y (tiếp giáp chữ Y)

có hai nhánh hình sin có cấu trúc đối xứng kết hợp với bộ

ghép giao thoa đa mode MMI (multimode interference

coupler) [20], tín hiệu qua bộ tiếp giáp chữ Y được chia đôi

do tính chất đối xứng Tiếp giáp chữ Y ở giữa được nối với ống dẫn sóng ở giữa của trident coupler có độ rộng của các

ống dẫn sóng là W b , 2 nhánh hình sin (S-bent waveguide) của tiếp giáp chữ Ψ được nối với nhau Tiếp giáp chữ Y có

độ rộng của các ống dẫn sóng là W a Kết hợp hai nhánh của

hai tiếp giáp chữ Y có độ rộng là W a và W b qua bộ bộ ghép

22 MMI1 với độ rộng là W MMI1=2.05µm, nhánh còn lại lấy tương tự qua bộ 22 MMI2 Hai bộ 22 MMI này có cùng độ dài rộng (lý tưởng như nhau) đối xứng với nhau được thấy trên Hình1 Nhánh còn lại của tiếp giáp chữ Y

được nối với một bộ dịch pha (bộ phase shifter) Tiếp theo,

đầu ra của hai bộ 22 MMI thứ nhất và thứ hai của tầng

đầu tiên này được nối với hai ống dẫn sóng có độ rộng là Wa

và W b để nhận được ảnh soi gương, hai ống dẫn sóng qua hai bộ 22MMI tầng đầu tiên này lại được nối với bộ 22 MMI3 ở tầng thứ hai với độ rộng nhánh đầu vào và ra đều

là W a MMI tầng thứ hai có độ rộng là W MMI3=1.7µm Hoạt động của bộ ghép 22 MMI được đề xuất tuân theo hiệu ứng giao thoa Talbot [21] Trong cơ chế giao thoa tổng

quát GI (general interference) [22]–[24], biên độ (amplitude) tín hiệu và pha (phase) qua bộ ghép MMI thay

đổi tùy thuộc vào độ dài của MMI và vị trí vào ra của các ống dẫn sóng truy nhập (đơn mode) đối với bộ ghép ống dẫn sóng MMI Theo lý thuyết giao thoa đa mode, ảnh soi gương 22 qua bộ ghép 22 MMI (nghĩa là 22 MMI đóng vai

trò của một bộ xuyên chéo) có độ dài L MMI = 3Lπ Trong đó

Hình 2 Đặc tính phân bố điện trường và đặc tính quang theo

đáp ứng bước sóng khi truyền qua tiếp giáp chữ Ψ: (a,d) cho

mode TE 0 , (b,e) cho mode TE 1 và (c,f) cho mode TE 2

Lπ là chiều dài nửa phách (half beat length) tức là phat hay

đổi π-radian được tính theo công thức sau đây [21]:

2 eff e 4n W L

3





 (1) Trong đó:





   (2)

Ở đây, W e là độ rộng hiệu dụng mode tính theo độ sâu

thẩm thấu của trường mode TE, là bước sóng hoạt động,

neff là chỉ sổ hiệu dụng của lớp lõi, n c là chỉ số khúc xạ của

lớp vỏ Để tăng cường hiệu quả truyền qua các mode, các

ống dẫn sóng giảm dần tuyến tính đã được đặt để liên kết

với các ống dẫn sóng trước và sau ghép với MMI Chúng tôi

sử dụng mô phỏng BPM để tối ưu hóa độ dài của LMMI để

được ảnh soi gương mong muốn khi đi qua mỗi MMI tương

ứng Theo phương trình (1) và (2) chúng tôi tính được độ

dài của MMI tối ưu nhất và truyền được tốt nhất như mong

muốn là L π_MMI1 = L π_MMI2 =33.5µm và L π_MMI3=23,25µm

D.Bộ dịch pha

Bộ dịch pha PS (phase shifter) dùng để điều biến sự thay đổi

pha trong các đường quang đến một giá trị nhất định sao cho

khi kết hợp các tín hiệu quang cùng nguồn phát (với tần số,

độ phân cực) như nhau sẽ tái hợp theo sóng dừng để tạo lại

dạng (reform) tín hiệu như ban đầu khi truyền Qua hai bộ

22 MMI thì tín hiệu bị lệch pha π so với tín hiệu ban đầu,

do qua mỗi lần qua một 22 MMI có độ dài 3Lπ bị lệch pha

là π/2 (vì chia hai nhánh) so với tín hiệu đưa vào Để thu được tín hiệu ban đầu thì 2 nhánh ngoài cũng chúng tối đã nối thêm một bộ dịch pha có ΔΦ = π để cân bằng lại pha khi tái hợp các đường quang ở đầu ra cuối cùng

Trong bài báo này, bộ dịch pha được thiết kế như một ống

dẫn sóng hình cánh bướm (butterfly shape) để tạo ra các bộ

dịch pha thụ động được sử dụng trong sơ đồ cấu trúc hình 1

Chiều dài Bộ dịch pha là L ps=51,75µm, độ rộng là

Wa=0.4µm Pha của PS thay đổi liên tục theo sự thay đổi

của khúc giữa hình cánh bướm W ps Sự thay đổi pha trên PS được tính theo công thức sau:

0

0

z L

z



Trong đó z 0 và z 0 +Lps lần lượt là vị trí bắt đầu và kết thúc

của bộ dịch pha dọc theo hướng truyền z, β 0 là hằng số lan

truyền bắt đầu từ z 0 , βps(z) là một hàm của hằng số truyền

(propagation constant) tại điểm z xung quanh khoảng (z 0,

z0 +L PS) Theo mô phỏng BPM, trên Hình3 chúng ta thấy

được sự thay đổi rõ rệt của PS theo W PS , tại W PS =0.294µm

= 294nm thì ΔΦ = π

III.KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN

Đầu tiên, chúng tôi mô phỏng sự truyền mode của các mode

để nhận ra chức năng phân tách kênh để phân tích các kết quả truyền dẫn của từng mode TE Hình 4 thể hiện các kết quả bằng mô phỏng BPM bởi sự phân bố mẫu đường bao điện trường của lần lượt ba mode tương ứng TE0, TE1, TE2 theo tỉ lệ là 50:50 của thiết bị đã được đề xuất thiết kế tại bước sóng hoạt động là 1550nm Kết quả cho thấy sự phù hợp với phân tích hoạt động của thiết bị ở trên, và một phần nhỏ phát xạ không đáng kể từ lõi ra vỏ

Để đánh giá về hiệu năng của thiết bị về mặt quang học, chúng tôi đánh giá theo tham số I.L (insertion loss) được tính theo công thức sau:

Dịch pha đã được chọn

Chiều rộng giữa bộ dịch pha

Hình 3 Kết quả mô phỏng để chọn độ rộng của bộ dịch pha đạt

dịch pha π-radian

Hình 4 Mẫu đường bao điện trường (contour map) cho bộ tách

ghép kênh phân chia cho 3 mode đề xuất: (a), (b), (c) lần lượt là 3

mode TE 0 , TE 1 , TE 2 theo tỉ lệ 50:50

Bước sóng, λ (μm)

Hình 5: Đặc tính hiệu năng quang học của thiết bị phụ thuộc vào bước sóng hoạt cho 3 mode theo sự phân chia tỉ lệ 50:50

10 10 out

in

P

P

(4)

Trong đó P in là công suất đầu vào của ống dẫn sóng được

chuẩn hóa bằng 1đơn vị công suất tại đầu vào, P out là công

suất mong muốn thu được tại đầu ra

Tiếp theo, chúng ta sẽ đánh giá về khoảng băng làm việc

của thiết bị được đề xuất theo tham số I.L mn trong đó

m =0,1,2 là bậc của mode; n=1,2 lần lượt là đầu ra bên phải

bên trái của thiết bị Chúng tôi mô phỏng 3D-BPM theo phổ

bước sóng từ 1.5µm-1.65 µm cho thấy đối với tỉ lệ 50:50,

I.L dao động nhỏ hơn 9dB cho cả ba mode, đối với mode

TE1 và mode TE2 đỉnh cong cao nhất tại bước sóng 1550nm

còn mode TE0 và TE1 đường cong đều tại bước sóng

1575nm-1.6nm như được thể hiện ở trên Hình5

Dung sai chế tạo rất quan trọng đối với thiết bị vì mọi quy

trình sản xuất đều có suy hao Đối với nghiên cứu dựa trên

mô phỏng cần đánh giá suy hao chế tạo để xem xét hiệu suất

hệ thống Chúng ta biết rằng, chiều cao của ống dẫn sóng

được thiết lập theo chiều cao kênh dẫn silic của ống dẫn

sóng SOI tiêu chuẩn loại 220nm Trong thực tế, chất lượng

phiến SOI sử dụng trong công nghệ chế tạo chip tích hợp cỡ

lớn VLSI nói chung và chip quang tử nói riêng phụ thuộc

vào mẫu cung cấp của nhà sản xuất phiến Mặt khác, sự

chính xác độ rộng ống dẫn sóng đạt được do phụ thuộc công

nghệ chế tạo Ebeam hay DUV Cũng vậy, độ chính xác thiết

kế mô phỏng phụ thuộc độ chính xác của mô hình mô phỏng

Do vậy, ta phải khảo sát các dung sai chế tạo đối với thiết bị

theo độ rộng và chiều cao ống dẫn sóng Đối với dung sai

theo chiều rộng ống dẫn sóng đầu vào ΔW được thể hiện trên

Hình6, với sự thay đổi của độ rộng trong phạm vi ±20nm

Đối với tỉ lệ 50:50 ta thấy suy hao chèn của mode TE1 nhỏ

hơn suy hao chèn của mode TE0 và mode TE2 nhỏ hơn 5dB

với mức thăng giáng chỉ từ 4.3dB÷5dB

Tiếp theo, chúng tôi nghiên cứu sự thay đổi của chiều cao

ống dẫn sóng Δh (nm) trong phạm vi ±10nm được thể hiện

trên Hình7 Đối với tỉ lệ 50:50 mode TE1 và mode TE2 có

đồ thị là một đường cong giảm dần, hai đồ thị song song với

nhau khi Δh  0nm đồ thị bão hòa; mode TE0 khi Δh tăng thì

suy hao chèn cũng tăng suy hao chèn của các mode dao động

từ 4.4dB÷5.8dB Theo những khảo sát cho thấy đối với độ

rộng của ống dẫn sóng thay đổi trong phạm vi ±20nm và sự

thay đổi chiều cao ống dẫn sóng là ±10nm cho suy hao chèn tốt với độ biến đổi nhỏ trong phạm vi biến đổi của I.L chỉ

cỡ 1.5dB trong khoảng dung sai đã khảo sát

Toàn bộ cấu trúc đề xuất chỉ được bố trí trên một diện tích

tích hợp nhỏ nằm trong phạm vi kích thước (footprint) hình

chữ nhật 10μm500μm=5000μm2 như được thấy trong toàn bộ phạm vi mô phỏng ở Hình4 Kích thước nhỏ gọn như vậy cùng với đặc tính quang học tốt về suy hao chèn trong một dải phổ rộng 100nm (từ 1500nm÷1600nm) cho thấy vi mạch có thể ứng dụng trong vai trò của thiết bị xử lý tín hiệu phân chia theo mode của công nghệ MDM và các

hệ thống thông tin quang tốc độ cao băng rộng thế hệ mới

IV KẾT LUẬN

Bài báo trình bày đề xuất thiết kế cho vi mạch quang chia 3-dB đồng đều của ba mode dẫn sóng trực giao dựa trên công nghệ quang tử Silic và nền tảng vật liệu SOI Cấu kiện dựa trên các cấu trúc tiếp giáp chữ Ψ, các ống dẫn sóng hình sin và các bộ ghép giao thoa đa mode là những phần tử cơ bản của vi mạch tích hợp dựa trên công nghệ quang tử Silic Việc tối ưu thiết kế và đánh giá đặc tính quang học thực hiện qua mô phỏng số 3D-BPM Các kết quả mô phỏng cho thấy cấu trúc phân chia mode hoạt động với suy hao chèn thấp và dung sai chế tạo lớn trong một dải phổ rộng Bên cạnh đó, cấu trúc thiết kế có kích thước tích hợp nhỏ, do đó hứa hẹn tiềm năng ứng dụng lớn trong các vi mạch tích hợp quang

tử cỡ lớn cũng như các hệ thống xử lý tín hiệu trong công nghệ ghép kênh phân chia theo mode mật độ cao

THAM KHẢO

[1] Y Tan, H Wu, and D Dai, “Silicon-Based Hybrid (de)Multiplexer for

Wavelength-/Polarization-Division-Multiplexing,” J Light Technol., vol 36, no 11, pp 2051–

2058, 2018

[2] N Bai et al., “Mode-Division Multiplexed Transmission With Inline Few-Mode Fiber Amplifier,” Opt Express, vol 20, no

3, pp 2668–2680, 2012, doi: 10.1364/OE.20.002668 [3] E Granot and S Sternklar, “Limitations to bit-rate and spatial

capacity of an optical data transmission channel,” J Opt A,

vol 4, no 6, pp 2–4, 2002

[4] R Essiambre et al., “Capacity Limits of Optical Fiber Networks,” J Light Technol., vol 28, no 4, pp 662–701,

2010, doi: 10.1109/JLT.2009.2039464

[5] D Melati, A Alippi, A Annoni, N Peserico, and A Melloni,

“Integrated all-optical MIMO demultiplexer for 8-channel

Hình 6 Kết quả mô phỏng đặc tính truyền đạt của bộ ghép theo

dung sai chiều cao ΔW (nm) thỏa mãn điểm tối ưu tách và biến

đổi mode phân chia theo tỉ lệ 50:50

Hình 7 Kết quả mô phỏng đặc tính truyền đạt của bộ ghép theo dung sai chiều cao Δh (nm) thỏa mãn điểm tối ưu tách và biến

đổi mode phân chia theo tỉ lệ 50:50

MDM-WDM transmission,” Opt Lett., vol 42, no 2, pp

342–345, 2017, doi: https://doi.org/10.1364/OL.42.000342

[6] D Ge et al., “Experimental demonstration of ROADM

functionalities for hybrid MDM-WDM optical networks,” in

2016 Optical Fiber Communications Conference and

Exhibition (OFC), pp 1–3

[7] D Soma et al., “257-Tbit/s Weakly Coupled 10-Mode C +

L-Band WDM Transmission,” J Light Technol., vol 36, no 6,

pp 1375–1381, 2018, doi: 10.1109/JLT.2018.2792484

[8] Y Zhang et al., “On-chip silicon polarization and mode

handling devices,” Front Optoelectron., vol 11, no 1, pp

77–91, 2018, doi: 10.1007/s12200-018-0772-6

[9] Y Sun, Y Xiong, and W N Ye, “Experimental

demonstration of a two-mode (de)multiplexer based on a

taper-etched directional coupler,” Opt Lett., vol 41, no 16,

p 3743, 2016, doi: 10.1364/OL.41.003743

[10] M Mihara, Y Shinohara, H Kishikawa, N Goto, and S I

Yanagiya, “Modulation format conversion from BPSK to

QPSK using delayed interferometer and pulse shaping filter,”

in 2014 IEEE Photonics Conference, IPC 2014, 2014, vol 5,

pp 82–83, doi: 10.1109/IPCon.2014.6995221

[11] G W Lu et al., “Monolithically Integrated Quad

Mach-Zehnder IQ Modulator for Optical 16-QAM Generation,”

Opt InfoBase Conf Pap., no Im, pp 7–8, 2010, doi:

10.1364/cleo.2010.cpda7

[12] Y Li, “Investigation of 64-QAM optical modulator with

paralleled dual-drive MZMs driven by binary signals,” Phys

Commun., vol 25, pp 315–318, 2017, doi:

10.1016/j.phycom.2017.02.003

[13] R Yin, J Teng, and S Chua, “A 1 × 2 optical switch using

one multimode interference region,” Opt Commun., vol 281,

no 18, pp 4616–4618, 2008, doi:

10.1016/j.optcom.2008.05.042

[14] S Okamoto, S Shimizu, Y Arakawa, and N Yamanaka,

“Frame loss evaluation of optical layer 10 Gigabit Ethernet

protection switching using PLZT optical switch system,”

IEICE Trans Commun., vol E92-B, no 3, pp 1017–1019,

2009, doi: 10.1587/transcom.E92.B.1017

[15] G B Cao, F Gao, J Jiang, and F Zhang, “Directional

couplers realized on silicon-on-insulator,” IEEE Photonics

Technol Lett., vol 17, no 8, pp 1671–1673, 2005, doi:

10.1109/LPT.2005.851959

[16] R K Gupta, S Chandran, and B K Das,

“Wavelength-Independent Directional Couplers for Integrated Silicon

Photonics,” J Light Technol., vol 35, no 22, pp 4916–4923,

2017, doi: 10.1109/JLT.2017.2759162

[17] D S Levy et al., “Fabrication of Ultracompact 3-dB 2 2 MMI

Power Splitters,” Photonics Technol Lett., vol 11, no 8, pp

1009–1011, 1999

[18] Y Luo, Y Yu, M Ye, C Sun, and X Zhang, “Integrated

dual-mode 3 dB power coupler based on tapered directional

coupler,” Sci Rep., vol 6, pp 1–7, 2016, doi:

10.1038/srep23516

[19] S H Chang et al., “Mode- and wavelength-division

multiplexed transmission using all-fiber mode multiplexer

based on mode selective couplers,” Opt Express, vol 23, no

6, p 7164, 2015, doi: 10.1364/oe.23.007164

[20] Y Li, C Li, C Li, B Cheng, and C Xue, “Compact

two-mode (de)multiplexer based on symmetric Y-junction and

Multimode interference waveguides,” Opt Express, vol 22,

no 5, p 5781, 2014, doi: 10.1364/OE.22.005781

[21] L B Soldano and E C M Pennings, “Optical Multi-Mode

Interference Devices Based on Self-Imaging: Principles and

Applications,” J Light Technol., vol 13, no 4, pp 615–627,

1995, doi: http://dx.doi.org/10.1109/50.372474

[22] M Bachmann, P A Besse, and H Melchior,

“Overlapping-image multimode interference couplers with a reduced

number of self-images for uniform and nonuniform power

splitting,” Appl Opt., vol 34, no 30, pp 6998–6910, 1995

[23] P A Besse, M Bachmann, H Melchior, L B Soldano, and

M K Smit, “Optical Bandwidth and Fabrication Tolerances

of Multimode Interference Couplers,” J Light Technol., vol

12, no 6, pp 1004–1009, 1994, doi: 10.1109/50.296191 [24] M Bachmann, P A Besse, and H Melchior, “General self-imaging properties in N × N multimode interference couplers

including phase relations,” Appl Opt., vol 33, no 18, pp

3905–3911, 1994, doi: 10.1364/AO.33.003905