Các bộ ghép đa mode đã được các nghiên cứu khoa học chứng tỏ là một trong những ứng cử viên tốt cho việc thiết kế các vi mạch, cấu kiện quang tích hợp bởi các ưu điểm về: tính ổn định, băng thông tương đối cao, suy hao ghép nối khá thấp đặc biệt là dung sai chế tạo lớn và tương thích công nghệ chế tạo bán dẫn CMOS cho chi phí sản xuất thấp.
Nghiên cứu các phương pháp thiết kế dựa trên phương pháp phân tích truyền mode kết hợp với phương pháp hệ số (chiết suất) hiệu dụng. Sau đó, tính toán và tối ưu bằng các phương pháp mô phỏng số, đặc biệt là phương pháp mô phỏng BPM.
Luận án này đã trình bày các thiết kế của một số cấu kiện vi mạch tích hợp quang dựa trên các bộ ghép giao thoa đa mode ứng dụng để xây dựng các thành phần chức năng xử lý tín hiệu trong mạng thông tin toàn quang.
Đóng góp khoa học của luận án
Các nội dung nghiên cứu được chỉ ra sau đây lần đầu tiên được đề xuất và thực hiện trong luận án này. Đây cũng chính là các đóng góp khoa học của luận án:
1) Các bộ ghép giao thoa đa mode 2×2 dựa trên nền tảng vật liệu SOI để tạo ra các bộ chia công suất bất đối xứng với nhiều tỷ số chia mới và bộ chia trạng thái phân cực được trình bày đầu tiên ở luận án. Các bộ chia này có nhiều ưu điểm về hiệu năng: băng thông rộng, tổn hao ghép nối khá thấp, xuyên nhiễu nhỏ và dung sai chế tạo khá lớn.
2) Bằng cách sử dụng cấu hình ghép MMI-MZI với các ống dẫn sóng ở phần nối giữa hai vùng đa mode được sử dụng làm các bộ dịch pha, bộ chuyển mạch toàn quang với các trạng thái chuyển mạch không bị cản đã được đề xuất lần đầu tiên của luận án. Các thiết kế cụ thể và mới của các bộ chuyển mạch toàn quang 2×2 hoặc 3×3 sử dụng các hiệu ứng phi tuyến Kerr dựa trên vật liệu thủy tinh chalcogenide As2S3 hoặc hiệu ứng Pockel dựa trên vật liệu tinh thể AgGaSe2 tạo dịch pha được đề xuất để tạo ra các bộ chuyển mạch toàn quang không bị cản 2×2 hoặc 3×3.
3) Cuối cùng, luận án đề xuất các thiết kế mới để xây dựng nên các bộ ghép/phân kênh ba bước sóng –triplexer cho các ứng dụng của mạng truy nhập FTTH. Các bộ tripexer được xây dựng dựa trên nền tảng vật liệu SOI bằng cách sử dụng bộ ghép đa mode 2×2 được ghép tầng hoặc kết hợp với một bộ ghép định hướng. Các cấu trúc này đạt được chất lượng hiệu năng hệ thống tốt như: suy hao thấp (không quá 0.8 dB), băng thông khá cao đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn ITU-G.983.
Hƣớng phát triển tƣơng lai của luận án
Hướng phát triển cho các nghiên cứu tiếp theo trong tương lai của luận án được đề xuất:
Toàn bộ các nghiên cứu đề xuất hoàn toàn có khả năng ứng dụng thực tiễn để chế tạo ra các cấu kiện thành phần mạng toàn quang, chẳng hạn các triplexer ứng dụng cho mạng FTTH.
Các ứng dụng tiếp theo được đề xuất sử dụng cấu trúc giao thoa đa mode để thiết kế các bộ điều chế pha lưỡng cực DPSK ứng dụng cho các hệ thống thông tin quang tốc độ cao hoặc thiết kế các phần tử 90o
–hybrid sử dụng trong những hệ thống thông tin quang kết hợp (coherent).
Cuối cùng, luận án xin đề xuất một hướng phát triển sẽ được phát triển bùng nổ trong tương lai. Đó là: sử dụng cấu trúc đa mode để dẫn và xử lý tín hiệu dao động bề mặt (plasmonics) hoặc lai ghép plasmonic (hybrid plasmonic). Nghiên cứu về quang tử plasmonics với hiệu ứng giao thoa đa mode để thiết kế các vi mạch chức tích hợp cỡ rất lớn với tốc độ cao đang là xu hướng nghiên cứu có tính đột phá và rất có triển vọng cho mạch tích hợp quang tử. Đó cũng là con đường chủ đạo dẫn đến “mạch quang tích hợp kích thước dưới bước sóng” (sub wavelength integrated circuits).