2.3.3.1 .Thiết bị đo Prism Coupler 2010
3.2. Thiết kế linh kiện chia quang 1x2 và chế tạo mặt nạ (Mask)
Thiết kế linh kiện quang cú vai trũ quan trọng quyết định đến chất lượng hoạt động của linh kiện. Trong thiết kế phải tớnh đến ảnh hưởng đồng thời của cỏc thụng số lờn hiệu suất hoạt động của linh kiện. Đặc biệt, trong hệ quang tớch hợp thỡ số thụng số hoạt động rất lớn, do đú sự tớnh toỏn trong thiết kế là một cụng đoạn cụng nghệ thiết yếu. Trong thực tế cỏc hóng sản xuất thường giữ bản thiết kế rất bớ mật, bản thiết kế thường được thiết kế bằng phần mềm chuyờn dụng. Bản thiết kế được sử dụng tuỳ theo cụng nghệ chế tạo linh kiện hoặc được sử dụng để chế tạo mặt nạ (mask) hoặc được sử dụng điều khiển di chuyển đầu vẽ trực tiếp linh kiện trong cụng nghệ chế tạo khụng dựng mặt nạ. Do đú, trọng mọi cụng nghệ chế tạo linh kiện quang thỡ khõu thiết kế phải được thực hiện.
Trong quy trỡnh xõy dựng phần mềm thiết kế, đầu tiờn người ta thiết lập mụ hỡnh vật lớ cho linh kiện, mụ hỡnh này tốt là khi nú mụ tả gần đỳng với thực tế. Bước thứ hai là xõy dựng được thuật toỏn tớnh phự hợp sao cho kết quả tớnh tốt, tốc độ tớnh nhanh. Bước thứ ba lựa chọn ngụn ngữ lập trỡnh phự hợp để viết chương trỡnh mụ phỏng theo kết cấu của thuật toỏn. Bước thứ tư là chạy chương trỡnh và phõn tớch kết quả tớnh toỏn xem đó phự hợp cơ bản cho yờu cầu bài toàn chưa. Bước thứ năm là từ bản thiết kế thu được người ta xõy dựng thực nghiệm đỳng theo bản thiết kế nhằm thu được kết quả thực nghiệm. Bước thứ sỏu là người ta so sỏnh kết quả mụ phỏng với kết quả thực nghiệm, thụng thường sẽ cú sai số giữa kết quả theo thiết kế và thực nghiệm và khi đú người ta sẽ điều chỉnh lại toàn bộ từng bước trờn. Trong quy trỡnh làm phần mềm thiết kế để thu được kết quả tốt cần cú thiết bị thực nghiệm rất hiện đại và số lần kiểm tra đỏnh giỏ phần mềm thiết kế rất nghiờm ngặt, do vậy nú thường được phỏt triển theo một dự ỏn lớn - nghiờn cứu phần mềm ứng dụng độc lập.
Trong nghiờn cứu luận văn chọn phương ỏn khai thỏc phần mềm thương mại cho việc thiết kế. Luận văn sử dụng phần mềm OptiWave 7.0 để thiết kế linh kiện chia cụng suất quang 1x2 [43]. Phần mềm này mụ phỏng lan truyền ỏnh sỏng trong dẫn súng quang dựa trờn phương phỏp tớnh FFTBPM (phương phỏp này đó được trỡnh bày trong Chương 1), và cho phộp khảo sỏt ảnh hưởng cỏc thụng số của linh kiện lờn hiệu suất truyền ỏnh sỏng trong linh kiện. Cỏc thụng số đú như chiết suất kờnh dẫn, chiết suất mụi trường xung quang kờnh dẫn, bỏn kớnh cong, kớch thước kờnh dẫn vv.
Thiết kế trờn phần mềm OptiWave 7.0 với thụng số đầu vào của vật liệu lai hữu cơ - vụ cơ ASZ:
Lớp đệm: đế SiO2, cú chiết suất tại bước súng 1538 nm bằng 1.4442
Kờnh dẫn súng: vật liệu nano ASZ được chiếu sỏng UV, cú chiết suất bằng 1.4850
Mụi trường xung quanh kờnh dẫn là vật liệu ASZ khụng được chiếu sỏng, cú chiết suất bằng 1.4820.
Khảo sỏt thay đổi bỏn kớnh cong R khỏc nhau để thu được hiệu suất ỏnh sỏng lan truyền từ đầu vào (dẫn súng thẳng W0) đến hai đầu ra (trờn hai dẫn súng thẳng W1, W2) lớn nhất, chọn được bỏn kớnh cong phự hợp nhất R = 5cm. Hỡnh 3.2 là ảnh thiết kế cấu trỳc 2D linh kiện chia quang 1x2, hỡnh 3.3.a là ảnh thiết kế phõn bố chiết suất của linh kiện chia quang 1x2, hỡnh 3.3.b là ảnh thiết kế phõn bố chiết suất với mặt thiết diện tại đầu vào của linh kiện chia quang 1x2.
Hỡnh 3.2. Ảnh thiết kế cấu trỳc linh kiện chia quang 1x2
Cỏc thụng số cấu trỳc hỡnh học của linh kiện chia quang 1x2 trờn hỡnh 3.2 như sau:
Kớch thước linh kiện: rộng 350 m, dài 2000 m.
Kờnh dẫn thẳng: chiều dài 7000 m, chiều rộng kờnh dẫn bằng 50
m, chiều dày là 5m,
Kờnh dẫn uốn cong cú bỏn kớnh cong R = 5 cm, khoảng cỏch giữa hai kờnh song song tại đầu ra bằng 250 m.
Phõn bố chiết suất trong linh kiện chia cụng suất quang 1x2 biểu diễn trờn hỡnh 3.3. Màu xanh biểu thị chiết suất khụng khớ, màu gạch chiết suất đế bằng 1.4442 (đúng vai trũ lớp đệm), p vỏ (mụi trường xung quanh kờnh dẫn), màu đỏ biểu thị chiết suất kờnh dẫn.
a) Phõn bố chiết suất dọc theo phương Z b) Mặt cắt phõn bố chiết suất
R = 5 cm cm h = 250 m m W = 50 m Hai bờn Đế Dẫn súng Khụng khớ
Thụng số ỏnh sỏng lan truyền trong chip và điều kiện biờn
Ánh sỏng lan truyền trong linh kiện đơn sắc cú bước súng 1.55 m, phõn cực TE và cú cường phõn bố dạng Gauss (hỡnh 3.4.a)
Điều kiện biờn trong suốt TBC (như đó nờu trong Chương 1)
Bước tớnh số 0.5 m
Trong mụ phỏng, giả sử chiết suất trờn hai nhỏnh bằng nhau (n1 = n2 = 1.4850) nờn hệ số MCF = 0. Do vậy, trong thiết kế này giả sử chip hoạt động là chia cụng suất quang, thiết kế cần chọn ra bỏn kớnh cong thớch hợp với giỏ trị chiết suất của vật liệu nano ASZ, nhằm giảm sự tổn hao do sự uốn cong tại vựng phõn chia cường độ ỏnh sỏng.
Kết quả mụ phỏng chỉ ra hỡnh 3.4.a là phõn bố cường độ ỏnh sỏng tại đầu vào và hỡnh 3.4.b là phõn bố cường độ ỏnh sỏng tại hai đầu ra của chip. Hiệu suất năng lượng ỏnh sỏng tại hai đầu ra so với đầu vào bằng 90%.
a) Cường độ ỏnh sỏng tại đầu vào phõn bố dạng Gauss
b) Cường độ ỏnh sỏng tại đầu ra Hỡnh 3.4. Cường độ ỏnh sỏng tại cỏc đầu vào ra của chip
Hỡnh 3.5 mụ phỏng ỏnh sỏng lan truyền trong chip chia cụng suất 1x2, màu đỏ ứng với cường độ ỏnh sỏng mạnh nhất (chuẩn hoỏ bằng 1). Trờn hỡnh 3.5 cho thấy ỏnh sỏng phõn bố đều trờn hai nhỏnh của chip, chứng tỏ với cấu trỳc thiết kế này chip hoạt động tốt chức năng chia cụng suất ỏnh sỏng.
Hỡnh 3.5. Trường ỏnh sỏng 3D lan truyền trong chip chia cụng suất 1x2
Cấu trỳc chớp sau khi thiết kế được xuất ra dạng file Autocad như trờn hỡnh 3.6. Lưu ý, trờn hỡnh 3.6 bờn cạnh kờnh dẫn súng chia cụng suất cũn cú một kờnh dẫn súng thẳng, và bốn đoạn ngắn làm định vị, hai đường vàng lớn làm biờn của chip. Hệ làm Mask sử dụng file Autocad chế tạo được Mask trờn hỡnh 3.7.
Hỡnh 3.6. Mặt nạ của chip chia cụng suất quang 1x2 trờn file Autocad
Hỡnh 3.7. Mặt nạ của chip chia cụng suất quang 1x2, 1x4, 1x8