đề tài nghiên cứu, thiết kế thiết bị táchghép mode sử dụng bộ giao thoa đa mode MMI, y junction

Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction Sinh viên thực hiện: Phùng Trần Tra Số thẻ sinh viên: 106130135 Lớp: 13DT2 Trong q trình đại hóa ngày việc trao đổi thơng tin truyền tải liệu nhu cầu thiết yếu nhân loại nhu cầu ngày gia tăng số lượng chất lượng, tốc độ truyền dẫn khoảng cách truyền dẫn tăng lên đến hàng ngàn ki-lơ-mét, xun châu lục đại dương Và đời hệ thống thơng tin sợi quang góp phần giải nhu cầu thiết yếu cấp bách Xử lý tín hiệu quang hệ thống thơng tin quang tốc độ cao yêu cầu thiết Chính em chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction.” Để thực nội dung trên, đồ án trình bày thành chương sau đây: Chương 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO MODE VÀ THIẾT BỊ TÁCH/GHÉP MODE Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ỐNG DẪN SÓNG QUANG HỌC Chương 3: CẤU TẠO THIẾT BỊ TÁCH/GHÉP MODE TM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ Chương 4: THIẾT KẾ,MÔ PHỎNG BỘ TÁCH/GHÉP 3-MODE TM VÀ ĐÁNH GIÁ SAI SỐ i SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phùng Trần Tra Số thẻ sinh viên: 106130135 Lớp: 13DT2 Khoa: Điện tử viễn thông Ngành: Kỹ thuật viễn thông Tên đề tài đồ án: “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction” Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Sử dụng cấu trúc Rib/Ridge với lớp SiO2 có chiết suất 1.44 lớp dẫn sóng Si có chiết suất 3.43 Bộ tổng hợp mode bao gồm thành phần: - Bộ Y-junction - Bộ dịch pha - Bộ giao thoa đa mode MMI Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Nội dung thuyết minh gồm: - Tổng quan ống dẫn sóng quang học - Tổng quan giao thoa đa mode MMI, Y-juntion, dịch pha - Thiết kế tách/ghép mode TM Nội dung tính tốn: Dựa lý thuyết trình bày để tính tốn thơng số sau: - Chiều dài, chiều rộng - Độ lệch pha đầu vào đầu Các vẽ, đồ thị (ghi rõ loại kích thước vẽ): ii SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction Mơ hình tách/ghép mode TM Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Ngày giao nhiệm vụ đồ án: … /… /2019 Ngày hoàn thành đồ án: …./… /2019 Đà Nẵng, ngày Trưởng Bộ môn tháng năm 2019 Người hướng dẫn iii SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction LỜI NÓI ĐẦU Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS.Tăng Tấn Chiến, thầy TS.Nguyễn Tấn Hưng quan tâm tận tình bảo, hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Em xin cảm ơn đến thầy cô khoa Điện tử-Viễn thông trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng anh chị, bạn cung cấp cho em kiến thức, tài liệu tham khảo suốt thời gian làm đồ án Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực iv SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction.” khơng phải chép hồn tồn đồ án cơng trình có từ trước Nếu vi phạm, em xin chịu trách nhiệm trước hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực v SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO MODE VÀ THIẾT BỊ TÁCH/GHÉP MODE………….………………………….3 1.1.Giới thiệu chương…… ……………………………………………………… 1.2 Tổng quang kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng (WDM)……………………… 1.3 Hệ thống ghép kênh phân chia theo mode (MDM)………………… ………… 1.4.Giới thiệu tổng quan thiết bị Mode (De)Mux thông tin quang………… 1.5.Kết luận chương……………………………………………………………… Chương 2: ỐNG DẪN SÓNG QUANG HỌC …………………………….………8 2.1 Giới thiệu chương………………………………………….…………………… 2.2 Sự truyền sóng ống dẫn sóng………………… ……………………… 2.3 Các mode lan truyền ống dẫn sóng…………………………………….… 12 2.3.1 Giới thiệu ống dẫn sóng quang học điện mơi…………….…………………12 2.3.2 Ống dẫn sóng silicon vật liệu cách điện…………………………… 12 2.4 Các loại ống dẫn sóng dạng kênh dẫn đối xứng……………………………… 13 2.5 Kết luận chương…………………………………………………… ………….16 CHƯƠNG CẤU TẠO THIẾT BỊ TÁCH/GHÉP MODE TM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ………………………… 17 3.1 Giới thiệu chương ………………………………………….………………… 17 3.2 Tổng quan giao thoa đa mode MMI………………………………… … 17 3.3 Lý thuyết giao thoa đa mode MMI phương pháp phân tích truyền mode……………………………………….…17 3.4 Tổng quan loại giao thoa………………………………………………….21 3.4.1 Giao thoa tổng quát -GI………………………………………………… … 21 3.4.1.1 Các đơn ảnh…………………………………………………………… … 21 3.4.1.2 Các đa ảnh……………………………………………………………… ….21 3.4.2 Giao thoa hạn chế -RI…………………………………………………… .22 3.4.2.1 Giao thoa theo cặp………………………………………………… ……….22 3.4.2.2 Giao thoa đối xứng……………………………………………………… …23 3.5 Công thức Bachmann ……………………………………………………… …23 3.5.1 Sự biểu diễn mode riêng lẻ………………………………………… ……23 vi SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction 3.5.1.1 Phân tích mode riêng lẻ………………………………………… ….….23 3.5.2 Nguồn gốc pha cổng đầu vào với giá trị M = 1…………… 25 3.6 Bộ truyền dẫn Y-junction……………………………………………….… … 26 3.6.1 Cấu trúc Y-Junction đối xứng……………………………………………… 27 3.6.2 Cấu trúc Y-junction không đối xứng……………………………………….…29 3.6.3 Nhận xét……………………………………………………………….…… 30 3.7 Bộ dịch pha Phase Shift…………………………………………………… ….31 3.8 Các phương pháp mô trường điện từ bản…………………………… 31 3.8.1 Phương pháp mô truyền chùm tia…………………………………… 32 3.8.1.1 Lý thuyết chung phương pháp truyền chùm tim…………………… .32 3.8.1.2 Các phương trình phương pháp truyền chùm tia………………… …32 3.8.1.3 Những mặt hạn chế phương pháp truyền chùm tia…………………… 34 3.8.1.4 Ứng dụng phương pháp truyền chùm tia…………………………….…34 3.8.2 Phương pháp số hiệu dụng……………………………………………… 35 3.9 Kết luận chương ……………………………………………………………… 35 CHƯƠNG THIẾT KẾ,MÔ PHỎNG BỘ TÁCH/GHÉP 3-MODE TM VÀ ĐÁNH GIÁ SAI SỐ 4.1 Giới thiệu chương……………………………………………………………….36 4.2 Mơ hình ngun lý hoạt động……………………………………………… 38 4.3 Kết mô phỏng………………………………………………………… … 39 4.4 Đánh giá hiệu suất thiết kế……………………………………………….… 41 4.5 Kết luận chương…………………………………………………………….… 44 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI……………….…………… 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….…… 46 vii SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống thơng tin quang…………………………………………………………4 Hình 1.2: Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM)……………………………… Hình 3: Sơ đồ sơ đồ nguyên lý hệ thống WDM/MDM Hình 1: (a) Ống dẫn sóng khơng phẳng (b) Ống dẫn sóng phẳng 11 Hình 2: (a) Ống dẫn sóng chiết suất phân bậc 12 (b) Ống dẫn sóng chiết suất biến đổi dần 12 Hình 3: Ống dẫn sóng Silicon vật liệu cách điện 12 Hình 4: Các ống dẫn sóng dạng kênh dẫn sóng tiêu biểu 14 Hình 1: Sơ đồ ống dẫn sóng đa mode N×M theo hình chiếu 18 Hình 2: Hình vẽ hai chiều ống dẫn sóng đa mode step-index 19 (ảnh bên trái góc nhìn bên (trái) ảnh bên phải góc nhìn từ xuống) Hình 3: Bộ MMI với ống dẫn sóng truy nhập mơ tả với trường hợp 𝑁 chẵn 25 Hình 4: Bộ MMI với ống dẫn sóng truy nhập mơ tả với trường hợp 𝑁 lẻ 25 Hình 3.5: Sự truyền sóng vào phía trước(a) phía sau(b) xun qua cấu trúc Y-junction đối xứng 27 Hình 3.6 Sự phát triển mode nhánh A B cho mode truyền vào 28 Hình 3.7 Sự phát triển mode hai nhánh cho mode (a) mode (b) vào 29 Hình 3.8 Sự hình thành mode phần thân phần nhánh rộng hơn(a), nhánh hẹp (b) cấu trúc Y-junction không đối xứng 29 Hình 3.9: Sự hình thành mode mode phần thân phần cánh tay cấu trúc Y-junction bất đối xứng 30 Hình 3.10: Hình dạng PS 31 Hình 4.1 Các thơng số chung cho tồn thiết kế 36 Hình 4.2 Cấu trúc Rib/Ridge 37 Hình 4.3 Bộ tách/ghép mode TM 38 Hình 4.4 Kết phát mode 39 Hình 4.5 Kết phát mode 40 Hình 4.6 Kết phát mode 41 viii SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction Hình 4.7 Chỉ số CrT I.L theo bước sóng mode 0, 1, 42 Hình 4.8 Chỉ số CrT I.L theo thay đổi LMMI 43 Hình 4.9 Chỉ số CrT I.L theo thay đổi độ rộng dẫn sóng đầu vào 44 ix SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y-Junction DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 𝐸⃗ Véc tơ cường độ điện trường ⃗ 𝐻 Véc tơ cường độ từ trường ⃗ 𝐷 Véc tơ cảm ứng điện ⃗ 𝐵 Véc tơ cảm ứng từ ⃗⃗⃗ 𝐽𝑑 Véc tơ mật độ dòng điện 𝜌𝑡𝑑 ⃗⃗⃗⃗⃗ Véc tơ mật độ điện tích 𝜇𝑜 Hằng số độ từ thẩm tuyệt đối 𝜀0 Hằng số độ điện thẩm tuyệt đối 𝜀𝑟 Hằng số điện môi tương đối 𝜇𝑟 Hệ số từ thẩm tương đối ∇ Toán tử nabla (Hamilton) ∇2 Toán tử Laplace 𝑖𝑥 Véc tơ đơn vị trục 𝑥 𝑖𝑦 Véc tơ đơn vị trục 𝑦 𝑖𝑧 Véc tơ đơn vị trục 𝑧 𝑊𝑀𝑀𝐼 Độ rộng MMI 𝐿𝑀𝑀𝐼 Chiều dài MMI 𝑊 Độ rộng phần đế ống dẫn sóng 𝐿𝑖𝑛 Chiều dài phần thân chia công suất 𝑊𝑡𝑎𝑝𝑒𝑟 Độ rộng phần ống dẫn sóng hình nêm 𝑛𝑟 Hệ số chiết suất (hiệu dụng) lõi 𝑛𝑐 Hệ số chiết suất (hiệu dụng) vỏ 𝜆 Bước sóng khơng gian tự 𝐿𝜋 Nửa chiều dài phách hai mode bậc thấp x SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Chương 4: Thiết kế, khảo sát tách/ghép mode TM đánh giá sai số 4.2 Mơ hình nguyên lí hoạt động Ltp Wtp LMMI WMMI PS GS WS WS Wc Ls Lin ` W0 Hình 4.3 Bộ tách/ghép Mode TM Bảng 4.1 Thông số thiết kế Stt Ký hiệu Kích thước Ghi W0 1.57 µm Độ rộng dẫn sóng đầu vào Wc 0.6 µm Độ rộng dẫn sóng Ws 0.7 µm Độ rộng dẫn sóng bên Gs 1.8 µm Khoảng cách dẫn sóng bên Wmmi µm Độ rộng MMI Wps 0.57 µm Wtp 1.4 µm Độ rộng tapper 38 SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Chương 4: Thiết kế, khảo sát tách/ghép mode TM đánh giá sai số Wtp2 Độ rộng tapper Ls 177.53 µm Chiều dài dẫn sóng 10 Ltp 12 µm Chiều dài tapper 11 Ltp2 15 µm Chiều dài tapper 12 Lmmi 107.5 µm Chiều dài MMI 13 Lps 14.4 µm 14 Lin 20 µm Chiều dài dẫn sóng đầu vào Nguyên lý hoạt động: Trong thiết kế này, thiết bị đề xuất sử dụng Y-Junction, MMI 3x3 PS để thực đồng thời tách/ghép kênh chuyển đổi chế độ (TM0), chế độ (TM1), chế độ bậc (TM2) Xét tín hiệu đầu vào: 𝑖𝜋 𝑖𝜋 𝑒 𝑒 1 𝑖𝜃 0) 𝑖𝜃 MMI Y-Junction PS(90 ( )𝑒 ModeTM0 ( )𝑒 S0= (0) 𝑒 𝑖𝜃 √3 √3 √3 𝑖𝜋 𝑒 𝑖𝜋 𝑒 Y-Junction ModeTM 𝑒 𝑖𝜋 PS(900) ( ) 𝑒 𝑖𝜃 √3 𝜋 𝑒𝑖2 Y-Junction ModeTM2 0 (𝑒 𝑖𝜋 ) PS(90 𝑒 𝑖𝜃 ) √3 3𝜋 𝑒𝑖 MMI ( ) 𝑒 𝑖𝜃 √3 𝜋 𝑒𝑖2 (𝑒 𝑖𝜋 ) 𝑒 𝑖𝜃MMI √3 0 ( S1= 0) 𝑒 𝑖𝜃 √3 1 S2= (1) 𝑒 𝑖𝜃 √3 Đầu vào ta sử dụng kết hợp Trident vs Y-Junction với thông số sau: Lin=20 µm, W0=1.57 µm, Wc=0.6 µm, Ws=0.7 µm, Ls=177.53 µm Bộ dịch pha ống dẫn sóng bị thay đổi độ rộng ống dẫn để thay đổi pha tín hiệu truyền ống dẫn Bộ dịch pha có chiều dài Lps=14.4 µm, chiều rộng đầu Ws=0.7µm, độ rộng Wps=0.57 µm Bộ giao thoa đa mode MMI 3x3 kế với thông số LMMI, WMMI, Ltp, Ltp2, Wtp,Wtp2 bảng 4.1 39 SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Chương 4: Thiết kế, khảo sát tách/ghép mode TM đánh giá sai số 4.3 Kết mơ Hình 4.4 Phát mode 40 SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Chương 4: Thiết kế, khảo sát tách/ghép mode TM đánh giá sai số Hình 4.5 Phát mode Hình 4.6 Phát mode Nhận xét: Khi phát ba mode vào Input, ta thu ba mode Output 1, Output 2, Output Cấu trúc thực hiệu chức tách kênh phân chia theo mode yêu cầu thiết kế sau em đánh giá hiệu suất thiết kế khảo sát dựa sai số thiết kế 4.4 Đánh giá hiệu suất thiết kế Để đánh giá chất lượng tách ghép mode, ta dùng hai thông số sau: -Suy hao chèn: 𝑰 𝑳 = −𝟏𝟎 𝒍𝒐𝒈 𝑷𝒐𝒖𝒕 𝑷𝒊𝒏 (4.1) Trong đó: Pout cơng suất ngõ thiết bị Pin công suất ngõ vào thiết bị -Hệ số xuyên nhiễu: 41 SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Chương 4: Thiết kế, khảo sát tách/ghép mode TM đánh giá sai số 𝑪𝒓 𝑻 = −𝟏𝟎 𝒍𝒐𝒈 𝑷𝒐𝒖𝒕 𝑷𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 (4.2) Trong đó: Pout cơng suất mode mong muốn ngõ thiết bị Ptotal công suất mode không mong muốn ngõ thiết bị Hình 4.7 Chỉ số CrT I.L theo bước sóng mode 0, 1, Nhận xét: Hình 4.7 hiển thị suy hao chèn nhiễu xuyên âm thiết bị cho mode TM0, TM1, TM2 Bước sóng thay đổi phạm vi từ 1500 nm đến 1600 nm Suy hao nhiễu xuyên âm thu dB -22 dB phạm vi 40 bước sóng trải dài từ 1525nm đến 1565nm Hiệu suất đạt thay đổi từ 79,4% đến 93,3% phạm vi 40 bước sóng 42 SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Chương 4: Thiết kế, khảo sát tách/ghép mode TM đánh giá sai số Hình 4.8 Chỉ số CrT I.L theo thay đổi LMMI mode 0, 1, Nhận xét: Hình 4.8 cho thấy ảnh hưởng lỗi chế tạo với hiệu suất quang học thiết bị Bằng cách quét tham Length tolerance ta thấy suy hao chèn nhiễu xuyên âm thay đổi Khi LMMI thay đổi phạm vi từ -2um đến 2um ta thấy suy hao nhiễu xuyên âm nhỏ 1dB -22dB 43 SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Chương 4: Thiết kế, khảo sát tách/ghép mode TM đánh giá sai số Hình 4.9 Chỉ số CrT I.L theo thay đổi độ rộng dẫn sống đầu vào mode 0,1,2 Nhận xét: Khi khảo sát thay đổi W0 phạm vi từ -100nm đến 100nm ta thấy suy hao chèn nhiễu xuyên âm nhỏ 0.5dB -20dB 4.5 Kết luận chương Chương trình bày thiết kế giao thoa đa mode MMI, chia cơng suất, dịch pha Từ thành phần tạo thành tách/ghép mode TM hoàn chỉnh Sau tống kết lại ta có kết sau: - Suy hao xảy giao thoa đa mode MMI có nguyên nhân chủ yếu chỗ tiếp xúc phận làm lượng cơng suất bị xạ ngồi Nếu giảm loại suy hao tăng hiệu suất truyền tín hiệu - Thơng số Cr.T thấp chất lượng chuyển đổi bậc mode toàn quang tốt 44 SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Kết luận hướng phát triển đề tài A Kết luận Đồ án tìm hiểu lý thuyết truyền sóng, lý thuyết mode hệ phương trình Maxwell lý thuyết giao thoa đa mode, Y-junction, dịch pha Các kết mà đồ án đạt gồm: - Thiết kế Bộ chia cơng suất hình chữ Y - Junction - Thiết kế giao thoa đa mode MMI - Thiết kế dịch pha - Thiết kế tách/ghép mode Sau tiến hành thiết kế đạt kết trên, đồ án rút số kết luận sau: -Dựa nguyên lý hoạt động giao thoa đa mode MMI ta hồn tồn thiết kế MMI theo u cầu thiết kế -Cấu trúc Trident Y-juntion định đường tín hiệu dựa vào mode đầu vào -Độ rộng dịch pha định mức dịch pha cho tín hiệu -Biên độ độ lệch pha tín hiệu ngõ vào MMI quan tâm để chọn đầu MMI phù hợp B Hướng phát triển đề tài Do thời gian hạn hẹp kiến thức chuyên sâu hạn chế nên đồ án dừng lại mức thiết kế tiến hành mô quan sát kết phần mềm Rsoft chưa thể triển khai toàn ý tưởng đề tài chưa thể tiến hành chế tạo thực nghiệm đo đạc kết thu từ thực tế Dựa tảng đồ án đạt được, em xin đưa số hướng phát triển sau: - Tiến hành khảo sát tối ưu thông số thiết kế để giảm lượng suy hao - Tiến hành mơ tối ưu hóa theo chế độ 3D để ứng dụng tốt vào hệ thống thực tế - Đưa thiết bị vào phần mềm hệ thống để kiểm tra chất lượng 45 SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến 46 SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Thị Kim Ngân, Lê Văn Chiến, Lê Thị Thanh Tuyền “Đồ án tốt nghiệp 2017: Thiết kế cổng logic quang sử dụng giao thoa da mode vật liệu Silicon” [2] TS.Trương Cao Dũng, “Chuyên đề: NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC MẠCH TÍCH HỢP GIAO THOA ÐA MODE DÙNG TRONG MẠNG TOÀN QUANG” Biên soạn 2015 [3] M Bachmann, P A Besse, and H Melchior, “General self-imaging properties in N N multimode interference couplers including phase relations”, Applied optics, Vol.33, No 18, 20 June 1994 [4] Rsoft, BeamPROP Synopsys, Inc., Optical Solutions Group, 2015.06 [5] Jia-Ming Liu, Photonic Devices Cambridge: Cambridge University Press, 2005 [6] TS.Cao Dung Truong, TS.Hung Nguyen Tan, Member, IEEE, Minh Tuan Trinh, and Khu Vu “Three-Mode Multiplexer and Demultiplexer Utilizing Trident and Multimode Couplers”, 02-oct-2017 [7] ThS.Ho Duc Tam Linh, ThS.Duong Quang Duy, TS.Truong Cao Dung, TS.Nguyen Tan Hung “Design and Optimization of Optical Mode Exchange Based on Cascaded Multimode Interferences” [8] John D Love and Nicolas Riesen “Single-, Few-, and Multimode Y-Junctions”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL 30, NO 3, FEBRUARY 1, 2012 [9] PGS.TS Tăng Tấn Chiến “Giáo Trình Thơng Tin Sợi Quang” 2017 [10] Lax, M., “From Maxwell to paraxial optics,” Phys Rev A, vol 11, no 4, pp 1365– 1370, 1975 [11] Katsunari Okamoto, Fundamentals of Optical Waveguides, Second Edi Elsevier Academic Press, 2006 [12] R.Ulrich, “Light-propagation and imaging in planar optical waveguides,” Nouv Rev d’Optique, vol 6, no 5, pp 253–262, 1975 47 SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến [13] 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 [Online] Available: Optical Multi-Mode Interference Devices Based on Self-Imaging: Principles and Applications [14] NENG BAI B.E Tianjin University, CHINA, 2008 M.S University of Central Florida, 2013 “MODE-DIVISION MULTIPLEXED TRANSMISSION IN FEWMODE FIBERS” 48 SVTH: Phùng Trần Tra Người hướng dẫn: PGS.TS Tăng Tấn Chiến Phụ Lục load …\TM0_WL_work\results\TM0_WL_bp_mon_1_last.dat; lambda=TM0_WL_bp_mon_1_last(:,1); P_mode0_mon1_out=TM0_WL_bp_mon_1_last(:,2); load …\TM0_WL_work\results\TM0_WL_bp_mon_2_last.dat; P_mode0_mon2_out=TM0_WL_bp_mon_2_last(:,2); load …\TM0_WL_work\results\TM0_WL_bp_mon_3_last.dat; P_mode0_mon3_out=TM0_WL_bp_mon_3_last(:,2); load …\TM1_WL_work\results\TM1_WL_bp_mon_1_last.dat; P_mode1_mon1_out=TM1_WL_bp_mon_1_last(:,2); load …\TM1_WL_work\results\TM1_WL_bp_mon_2_last.dat; P_mode1_mon2_out=TM1_WL_bp_mon_2_last(:,2); load \TM1_WL_work\results\TM1_WL_bp_mon_3_last.dat; P_mode1_mon3_out=TM1_WL_bp_mon_3_last(:,2); load \TM2_WL_work\results\TM2_WL_bp_mon_1_last.dat; P_mode2_mon1_out=TM2_WL_bp_mon_1_last(:,2); load \TM2_WL_work\results\TM2_WL_bp_mon_2_last.dat; P_mode2_mon2_out=TM2_WL_bp_mon_2_last(:,2); load \TM2_WL_work\results\TM2_WL_bp_mon_3_last.dat; P_mode2_mon3_out=TM2_WL_bp_mon_3_last(:,2); ILmode0=10*log10(P_mode0_mon1_out); ILmode1=10*log10(P_mode1_mon3_out); ILmode2=10*log10(P_mode2_mon2_out); CrTmode0=-10*log10(P_mode0_mon1_out./P_mode1_mon1_out+P_mode2_mon1_out); CrTmode1=-10*log10(P_mode1_mon3_out./P_mode0_mon3_out+P_mode2_mon3_out); CrTmode2=-10*log10(P_mode2_mon2_out./P_mode0_mon2_out+P_mode1_mon2_out); subplot(2,1,1) plot(lambda,CrTmode0,'-rd'); hold on; plot(lambda,CrTmode1,'-gv'); hold on; plot(lambda,CrTmode2,'-m^'); hold on; axis([1.5, 1.6,-50, -10]) axis on xlabel('Wavelength \lambda (\mu m)') ylabel('Crosstalk,CrT (dB)') legend ('Crt-TM0','Crt-TM1','Crt-TM2') subplot(2,1,2) plot(lambda,ILmode0,'-bo'); hold on; plot(lambda,ILmode1,'-y*'); hold on; plot(lambda,ILmode2,'-ks'); hold on; axis([1.5, 1.6, -3, 0]) axis on xlabel('Wavelength \lambda (\mu m)') ylabel('Inserition Loss, I.L(dB)') legend ('I.L-TM0','I.L-TM1','I.L-TM2') load \TM0_W0_work\results\TM0_W0_bp_mon_1_last.dat; lambda=TM0_W0_bp_mon_1_last(:,1); P_mode0_mon1_out=TM0_W0_bp_mon_1_last(:,2); load \TM0_W0_work\results\TM0_W0_bp_mon_2_last.dat; P_mode0_mon2_out=TM0_W0_bp_mon_2_last(:,2); load \TM0_W0_work\results\TM0_W0_bp_mon_3_last.dat; P_mode0_mon3_out=TM0_W0_bp_mon_3_last(:,2); load \TM1_W0_work\results\TM1_W0_bp_mon_1_last.dat; P_mode1_mon1_out=TM1_W0_bp_mon_1_last(:,2); load \TM1_W0_work\results\TM1_W0_bp_mon_2_last.dat; P_mode1_mon2_out=TM1_W0_bp_mon_2_last(:,2); load \TM1_W0_work\results\TM1_W0_bp_mon_3_last.dat; P_mode1_mon3_out=TM1_W0_bp_mon_3_last(:,2); load \TM2_W0_work\results\TM2_W0_bp_mon_1_last.dat; P_mode2_mon1_out=TM2_W0_bp_mon_1_last(:,2); load \TM2_W0_work\results\TM2_W0_bp_mon_2_last.dat; P_mode2_mon2_out=TM2_W0_bp_mon_2_last(:,2); load \TM2_W0_work\results\TM2_W0_bp_mon_3_last.dat; P_mode2_mon3_out=TM2_W0_bp_mon_3_last(:,2); ILmode0=10*log10(P_mode0_mon1_out); ILmode1=10*log10(P_mode1_mon3_out); ILmode2=10*log10(P_mode2_mon2_out); CrTmode0=-10*log10(P_mode0_mon1_out./P_mode1_mon1_out+P_mode2_mon1_out); CrTmode1=-10*log10(P_mode1_mon3_out./P_mode0_mon3_out+P_mode2_mon3_out); CrTmode2=-10*log10(P_mode2_mon2_out./P_mode0_mon2_out+P_mode1_mon2_out); subplot(2,1,1); plot(lambda,CrTmode0,'-rd'); hold on; plot(lambda,CrTmode1,'-gv'); hold on; plot(lambda,CrTmode2,'-m^'); hold on; xlabel('Width tolerance \Delta Wo(\mum)'); ylabel('Crosstalk,CrT (dB)'); legend ('Crt-TM0','Crt-TM1','Crt-TM2'); subplot(2,1,2); plot(lambda,ILmode0,'-bo'); hold on; plot(lambda,ILmode1,'-y*'); hold on; plot(lambda,ILmode2,'-ks'); hold on; xlabel('Width tolerance \Delta Wo(\mum)'); ylabel('Inserition Loss, I.L(dB)'); legend ('I.L-TM0','I.L-TM1','I.L-TM2'); load \TM0_Lmmi_work\results\TM0_Lmmi_bp_mon_1_last.dat; lambda=TM0_Lmmi_bp_mon_1_last(:,1); P_mode0_mon1_out=TM0_Lmmi_bp_mon_1_last(:,2); load \TM0_Lmmi_work\results\TM0_Lmmi_bp_mon_2_last.dat; P_mode0_mon2_out=TM0_Lmmi_bp_mon_2_last(:,2); load \TM0_Lmmi_work\results\TM0_Lmmi_bp_mon_3_last.dat; P_mode0_mon3_out=TM0_Lmmi_bp_mon_3_last(:,2); load \TM1_Lmmi_work\results\TM1_Lmmi_bp_mon_1_last.dat; P_mode1_mon1_out=TM1_Lmmi_bp_mon_1_last(:,2); load \TM1_Lmmi_work\results\TM1_Lmmi_bp_mon_2_last.dat; P_mode1_mon2_out=TM1_Lmmi_bp_mon_2_last(:,2); load \TM1_Lmmi_work\results\TM1_Lmmi_bp_mon_3_last.dat; P_mode1_mon3_out=TM1_Lmmi_bp_mon_3_last(:,2); load \TM2_Lmmi_work\results\TM2_Lmmi_bp_mon_1_last.dat; P_mode2_mon1_out=TM2_Lmmi_bp_mon_1_last(:,2); load \TM2_Lmmi_work\results\TM2_Lmmi_bp_mon_2_last.dat; P_mode2_mon2_out=TM2_Lmmi_bp_mon_2_last(:,2); load \TM2_Lmmi_work\results\TM2_Lmmi_bp_mon_3_last.dat; P_mode2_mon3_out=TM2_Lmmi_bp_mon_3_last(:,2); ILmode0=10*log10(P_mode0_mon1_out); ILmode1=10*log10(P_mode1_mon3_out); ILmode2=10*log10(P_mode2_mon2_out); CrTmode0=-10*log10(P_mode0_mon1_out./P_mode1_mon1_out+P_mode2_mon1_out); CrTmode1=-10*log10(P_mode1_mon3_out./P_mode0_mon3_out+P_mode2_mon3_out); CrTmode2=-10*log10(P_mode2_mon2_out./P_mode0_mon2_out+P_mode1_mon2_out); subplot(2,1,1); plot(lambda,CrTmode0,'-rd'); hold on; plot(lambda,CrTmode1,'-gv'); hold on; plot(lambda,CrTmode2,'-m^'); hold on; xlabel('Length tolerance \Delta Lmmi(\mum)'); ylabel('Crosstalk,CrT (dB)'); legend ('Crt-TM0','Crt-TM1','Crt-TM2'); subplot(2,1,2); plot(lambda,ILmode0,'-bo'); hold on; plot(lambda,ILmode1,'-y*'); hold on; plot(lambda,ILmode2,'-ks'); hold on; xlabel('Length tolerance \Delta Lmmi(\mum)'); ylabel('Inserition Loss, I.L(dB)'); legend ('I.L-TM0','I.L-TM1','I.L-TM2'); ... Chiến Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y- Junction LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án ? ?Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode sử dụng giao. .. viễn thông Tên đề tài đồ án: ? ?Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y- Junction? ?? Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số... Chiến Nghiên cứu, thiết kế thiết bị tách/ghép mode TM sử dụng giao thoa đa mode MMI, Y- Junction MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO MODE VÀ THIẾT BỊ TÁCH/GHÉP MODE? ??……….………………………….3