3.4.1. Hỡnh thỏi bề mặt chip PS1x2
Sử dụng mỏy đo Alpha-Step IQ– Surface Profiler (hỡnh 2.12) ta thu được ảnh cấu trỳc chip trờn hỡnh 3.14. Đường 1 là kờnh dẫn súng thẳng, đường 2 là chip chia cụng suất, ảnh phúng đại là 100 lần và cho thấy cỏc đường dẫn súng rất rừ nột.
Hỡnh 3.14. Cấu trỳc chip phõn chia cụng suất 1x2
Hỡnh 3.15. Tăng chiều dày kờnh dẫn súng
Hỡnh 3.15 là hỡnh thỏi bề mặt của cỏc kờnh dẫn súng , cú một số nhận xột sau:
Đối xứng hỡnh học, độ bỏn rộng kờnh 50 m, hai kờnh cỏch đều nhau 250m.
Đồng đều chiều dày, phần nổi kờnh dẫn thay đổi trong khoảng 0.47-0.5 m
Bề mặt đồng đều và gúc chia kờnh dẫn rừ ràng 1 2 1- 1 2- 1 2- 2 1-1 2-1 2-2
Từ cỏc kết quả đo này cho thấy, chip PS1x2 cú cấu trỳc hỡnh học đạt được tốt theo thiết kế ban đầu. Sự nổi lờn của cỏc kờnh là do vật liệu ASZ nhạy quang do chiếu UV chứng tỏ xảy ra quỏ trỡnh phản ứng quang trựng hợp, làm chiết suất kờnh dẫn súng tăng lờn và lớn hơn chiết suất vựng xung quang. Vậy cú thể khẳng định chip chia cụng suất quang 1x2 đó hỡnh thành.
3.4.2. Hiệu suất truyền dẫn ỏnh sỏng
Sơ đồ nguyờn lớ đo: hỡnh 3.16 là sơ đồ nguyờn lớ đo hiệu suất truyền dẫn ỏnh sỏng trong chip PS1x2, bao gồm một sợi quang đơn mode (đường kớnh lừi sợi 9 m) ghộp với đầu vào của chip, tại đầu ra chip ghộp với sợi quang đa mode (đường kớnh lừi sợi 50 m). Việc ghộp này sử dụng hệ ghộp quang chuyờn dụng Kohzu, cú khả năng dịch chuyển sỏu chiều (bước dịch 1 m, gúc dịch 30). Ánh sỏng ra từ sợi quang đa mode được chuyển qua tớn hiệu điện và đo tớn hiệu điện này trờn Osciloscope.
Thực nghiệm và kết quả: hỡnh 3.17 là ảnh hệ thực nghiệm đo hiệu suất hoạt động của chip PS1x2. Ánh sỏng phỏt ra từ laser DFB độ đơn sắc cao (0.5 nm), bước súng 1550 nm, được ghộp tại đầu vào sợi quang đơn mode. Tại đầu ra sợi đơn mode được ghộp nối với đầu vào chip trờn hệ vi chỉnh Kohzu. Cụng suất quang tại đầu ra sợi quang đơn mode khụng đổi cú giỏ trị 0.25 mW tương ứng với tớn hiệu điện 0.3V đo trờn Osciloscope (đường 1, hỡnh 3.18.a). Khi đầu ra sợi đơn mode ghộp vào kờnh dẫn súng thẳng tại đầu vào 1 (hỡnh 3.14) thỡ tại đầu ra 1-1 tương ứng thu được tớn hiệu điện 15 mV (đường 1-1, hỡnh 3.18 b) tương ứng cụng suất quang 0.015 mW, vậy hiệu suất dẫn súng kờnh thẳng là 6%. Khi đầu ra sợi đơn mode ghộp vào đầu vào chip chia quang PS1x2 kờnh 2 (hỡnh 3.14) thỡ tại đầu ra 2-1 thu được tớn hiệu điện 7.5 mV (đường 2-1, hỡnh 3.18.c) tương ứng cụng suất quang 0.0075 mW, tại đầu ra 2-2 thu được tớn hiệu điện 7.0 mV (đường 2-1, hỡnh 3.18.d) tương ứng cụng suất quang 0.007 mW, vậy hiệu suất dẫn súng trờn Chip 5.5%.
Error!
Hỡnh 3.16. Sơ đồ nguyờn lớ đo thụng số hoạt động của chip PS1x2
SP1x2 Photodetector Osciloscope Laser Sợi quang Kohzu Sợi quang
Hỡnh 3.17. Hệ đo cụng suất ỏnh sỏng đầu vào/ra
Hỡnh 3.18 a) Tớn hiệu điện tương ứng với cụng suất quang tại đầu ra của sợi đơn mode
Hỡnh 3.18 b) Tớn hiệu điện tương ứng với cụng suất quang tại đầu ra của kờnh dẫn súng thẳng
Hỡnh 3.18 c) 2-1 Tớn hiệu điện tương ứng với cụng suất ra tại kờnh 2-1 của chip
Hỡnh 3.18 d) Tớn hiệu điện tương ứng với cụng suất ra tại kờnh 2-2 của chip
3.4.3. Thảo luận kết quả
Hiệu suất truyền dẫn năng lượng ỏnh sỏng laser tại bước súng 150 nm của chip PS1x2 bằng 5.5%. Giỏtrị hiệu suất này đang cũn thấp hơn nhiều so với yờu
1 1-1
2-1 2-2
a a
cầu thực tế ứng dụng. Nguyờn nhõn cơ bản dẫn đến hiệu suất truyền dẫn cụng suất của chip PS1x2 thấp là:
Tổn hao ỏnh sỏng tại đầu vào của chip, nơi ghộp nối với sợi đơn mode cũn rất lớn. Điều này được chứng tỏ khi sử dụng laser bước súng 600 nm làm nguồn phỏt, khi đú tại vị trớ ghộp nối giữa sợi quang đơn mode với đầu vào chip thu được ảnh như trờn hỡnh 3.19. Từ ảnh thực nghiệm này cho ta thấy ỏnh sỏng đi từ sợi đơn mode đến mặt vào của kờnh dẫn súng của chip SP1x2 bị tỏn xạ rất mạnh. Do vậy hiệu suất ỏnh sỏng chui vào kờnh dẫn trong chip và trở thành mode dẫn trong kờnh dẫn của chip SP1x2 là rất thấp. Ánh sỏng bị tỏn xạ mạnh tại bề mặt kờnh dẫn là do bề mặt này khụng được đỏnh búng, độ ghồ bề mặt làm thay đổi phương ỏnh sỏng ra từ sợi đơn mode.
Tổn hao do hấp thụ khụng lớn là vỡ hệ số hấp thụ tại bước súng 1538 nm cho vật liệu nano ASZ đó được xỏc định trong chương 2 bằng 0.8 dB/cm và chiều dài kờnh dẫn bằng 1.4 cm.
Tổn hao do khụng đồng đều chiết suất trờn kờnh dẫn, do khụng đồng đều chiều dày, chiều rộng kờnh dẫn cũng đúng gúp đỏng kể vào làm giảm hiệu suất của chip SP1x2.
Để vượt qua những nguyờn nhõn trờn cần nõng cấp thiết bị cụng nghệ chế tạo chip như: thiết bị xử lớ đỏnh búng mặt chip tại đầu vào và đầu ra thiếu, hệ tạo chựm chựm UV chưa thật song và đồng đều cường độ chiếu sỏng và đặc biệt cần sự hợp tỏc nhiều hơn nữa giữa cỏc cơ sở từ nghiờn cứu đến triển khai ứng dụng.
3.5. Kết luận
Trong chương này luận văn đó trỡnh bày những kết quả nghiờn cứu sau: - Đó mụ phỏng, thiết kế trờn mỏy tớnh cấu trỳc chớp dẫn súng trờn cơ sở
phần mềm chuyờn dụng Optiwave 7.0.
- Đó chế tạo chip dẫn súng và chia cụng suất quang sử dụng vật liệu lai vụ cơ - hữu cơ chế tạo tại Viện KHVL .
- Đó ghộp nối chip chia quang với cỏc hệ thu phỏt laser bỏn dẫn. Kết quả bước đầu, đó thu được hiệu ứng dẫn súng và chia kờnh với vật liệu ASZ trờn cấu trỳc chia quang đó thiết kế
KẾT LUẬN Cỏc kết quả chớnh thu được trong luận văn:
1. Xỏc định được cỏc thụng số cơ bản của vật liệu lai hữu cơ - vụ cơ nano ASZ như chiết suất, tổn hao quang, hệ số quang nhiệt. Khảo sỏt tớnh nhạy quang của vật liệu ASZ khi pha thờm DPA, đo độ tăng chiết suất và chiều dày. Khảo sỏt ảnh hưởng tốc độ nhỳng kộo, độ nhớt vật liệu nano ASZ lờn chiều dày màng và độ gồ ghề màng.
2. Đó thiết kế cấu trỳc dẫn súng PS1x2 bằng phần mềm OptiWave 7.0, xỏc định được cấu trỳc hỡnh học tối ưu của chớp phự hợp với tớnh chất vật liệu lai nano ASZ.
3. Từ thiết kế cấu trỳc PS1x2 đó chế tạo thành cụng mặt nạ, cấu trỳc mặt nạ đó phản ỏnh trung thực cấu trỳc thiết kế.
4. Đó tiến hành thớ nghiệm chế tạo chip PS1x2 lần lượt theo cỏc bước sau:
Trải màng bằng phương phỏp nhỳng-kộo với độ nhớt vật liệu 25 cSt, tốc độ kộo mẫu 1 mm/s.
Tạo cấu trỳc chip PS1x2 lờn màng ASZ bằng cỏch chiếu chựm tử ngoại (đốn Xeno) cú cụng suất 30 mW/cm2 với thời gian chiếu 30 phỳt.
Ủ mẫu cấu trỳc chip PS1x2 trũng lũ sấy cú nhiệt độ biến đổi theo thời gian.
5. Đó kiểm tra hỡnh thỏi bề mặt cấu trỳc chip PS1x2, kết quả thu được cấu trỳc chip PS1x2 theo đỳng thiết kế, hiện lờn cỏc kờnh dẫn súng rừ nột. 6. Đó ghộp nối chip PS1x2 với cỏc sợi cỏp quang trờn hệ ghộp nối chuyờn
dụng Kohzu. Quan sỏt thấy hiệu ứng truyền dẫn ỏnh sỏng và chia cụng suất ỏnh sỏng của chip PS1x2. Đo cụng suất ỏnh sỏng trờn sợi cỏp quang tại đầu của chip PS1x2, đo cụng suất ỏnh sỏng tại mỗi đầu ra của chip PS1x2. Xỏc định được hiệu suất truyền dẫn ỏnh sỏng laser tại bước súng 150 nm của chip PS1x2 bằng 5.5%.
Những vấn đề cần nghiờn cứu hoàn thiện và mở rộng:
1. Nõng cao hiệu suất dẫn súng: Để nõng cao hiệu suất dẫn súng của chip PS1x2 thỡ một trong cỏc thụng số quyết định là nõng cao hiệu suất ghộp nối ỏnh sỏng giữa sợi quang với cỏc đầu vào/đầu ra của chip PS1x2. Cần xử lớ bề mặt tại đầu vào, đầu ra chip để ghộp với cỏc sợi quang tốt hơn. Tăng độ đồng đều chiều dày, đồng đều chiết suất của màng và của kờnh dẫn súng trước và sau khi chiếu chựm tử ngoại.
2. Đúng gúi: Để chip PS1x2 cú thể bền và sử dụng được trong thực tế cần đúng gúi chớp, gắn kết cố định cỏc đầu vào/ra của chip với cỏc sợi cỏp quang.
3. Thử nghiệm hoạt động PS1x2 trong mạng thụng tin quang: Để đỏnh giỏ chất lượng và cỏc thụng số của linh kiện PS1x2 cần được tiến hành lắp ghộp linh kiện này trong mạng thụng tin quang. Tiến hành đo một số thụng số như sự xuyờn kờnh, khả năng hoạt động ổn định vv.
4. Chế tạo linh kiện khỏc: Vật liệu nano ASZ cho phộp chế tạo linh kiện chia cụng suất 1x4, 1x8, 1x32 trờn cở sở tương tự như linh kiện chia cụng suất 1x2. Ngoài ra, hệ số quang nhiệt của vật liệu nano ASZ lớn (-2.2x10-4
) nờn cú thể sử dụng vật liệu này chế tạo bộ chuyển mạch quang NxM hiện đại.
DANH MỤC CễNG TRèNH CỦA TÁC GIẢ
1. N.T.Thanh, N.T.Binh, D.T.Trung, N.T.Huong, L.Q.Minh, (2006) ―Fabrication of planar wave guide chip for splitting or combining infrared light beam‖, Procesding of the 1st IWOFM-3RDIWONN, Page 368-371. 2. Nguyễn Tất Thành, Nguyễn Thanh Bỡnh, Nguyễn Thanh Hường,
Dương Thành Trung, Phan Việt Phong, Vũ Thị Nghiờm, Vũ Doón Miờn, Lõm Thị Kiều Giang, Lờ Quốc Minh, (2006), ―Thiết kế và chế tạo chip chia cụng suất quang đa mode từ vật liệu lai hữu cơ-vụ cơ nano ASZ‖, Hội nghị Quang học-Quang phổ Cần Thơ 15-19/8.
3. Nguyễn Tất Thành, Nguyễn Thanh Bỡnh, Lờ Quốc Minh, (2005), ―Nghiờn cứu tớnh chất vật lớ và cấu trỳc dẫn súng sử dụng phương phỏp tiếp xỳc lăng kớnh‖, Hội nghị Vật lớ toàn quốc, Tr 441-444.
4. N. T. Thanh, N. T. Huong, N. T. Binh, and L. Q. Minh, (2004), ―Preparation and thermooptic properties of solgel hybrid materials from MAPTMS and ZOP‖, at 9th Asia Pacific Physics Conference (9th APPC), Hanoi, October 25-31/ 2004, pp. 609-610.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. N. T. Hường, N. T. Bỡnh, L.Q. Minh (2003), ―Kết quả nghiờn cứu chế tạo vật liệu và cấu trỳc dẫn súng planar dạng tầng từ vật liệu lai hữu cơ – vụ cơ kớch thước nano‖, Hội nghị VL Chất rắn toàn quốc lần thứ IV, Kỉ yếu nỳi cốc 5-7/11/2003, Tr 341-345.
2. Lờ Quốc Minh, Trần Kim Anh, Nguyễn Thanh Hường, Charles Barthou, Nguyễn đức Chiến (2003), ―Vật liệu dẫn súng tớch cực trờn cơ sở Silica pha Erbie", Hội nghị Vật lý Chất rắn toàn quốc lần thứ III - Nha trang 8- 10/8/2001, tr 185-192, in năm 2003
3. Nguyễn Thanh Hường, Dương Thành Trung, Nguyờn Thanh Bỡnh và Lờ Quốc Minh (2005), ―Tổng hợp vật liệu lai ba thành phần MAPTMS, TEOS và TPOT nhằm chế tạo chip dẫn sang sử dụng đế thủy tinh pyrex‖. Tuyển tập cỏc bỏo cỏo Hội nghị Vật lý Toàn Quốc Lần thứ VI, Hà Nội, 23-25/11/2005, tr 338-341.
4. Nguyễn Thanh Hường, Dương Thành Trung, Nguyờn Thanh Bỡnh và Lờ Quốc Minh (2005), ―Tổng hợp vật liệu lai ba thành phần MAPTMS, TEOS và TPOT nhằm chế tạo chip dẫn sang sử dụng đế thủy tinh pyrex‖. Tuyển tập cỏc bỏo cỏo Hội nghị Vật lý Toàn Quốc Lần thứ VI, Hà Nội, 23-25/11/2005, tr 338-341.
5. Nguyễn Thanh Hường, Nguyễn Thanh Bỡnh, Phan Việt Phong, Phạm Anh Tuấn, Mẫn Hoài Nam, Hoàng Thị Khuyờn, Hoàng Việt Hưng, Trần Kim Anh, Chu Đỡnh Thỳy, Michel Dumont, Nguyễn Chớ Thành và Lờ Quốc Minh (2003), ―Kết quả nghiờn cứu chế tạo vật liệu và cấu trỳc planar dạng tầng từ vật liệu lai vụ cơ hữu cơ kớch thước nanụ‖. Tuyển tập cỏc bỏo cỏo Hội nghị Vật lý Chất rắn Toàn Quốc Lần thứ IV, Nỳi Cốc, 5-7/11/2003, tr 341-345
6. Nguyễn Thanh Hường, Trần Kim Anh, Nguyễn Thanh Bỡnh, Lờ Quốc Minh (2003), ―Nhiễu xạ tia X, Phổ microraman và quỏ trỡnh biến đổi vi cấu trỳc của màng dẫn súng silica-titania‖, Tuyển tập cỏc bỏo hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ V, Hà nội, 1-3/3/2001, tr 954-958, in năm 2003
7. Nguyễn Thanh Hường, Trần Thu Hương, Vũ Thị Nghiờm, Lõm Thanh Nhàn, Charles Bathou, Trần Kim Anh, Lờ Quốc Minh (2001), ―Nghiờn cứu quỏ trỡnh biến đổi vi cấu trỳc trong qỳa trỡnh ủ nhiệt của màng dẫn súng Silica/Titania và Silica/Zirconia‖, Tuyển tập cỏc bỏo cỏo Hội nghị Vật lý Chất rắn toàn quốc lần thứ III, Nha trang 8-10/8/2001, tr 209-215, in năm 2003.
Tiếng Anh
8. A. B. Seddon (2000), ―Potential of organic-inorganic hybrid materials, derived by sol-gel, for photonic applications,‖ Proc. SPIE CR68, pp143 9. A. G. Rickman et al..(1993), ―Silicon-on-insulator optical rib waveguide
circuits for fiber optic sensors", Proc. SPIE 2071, p190.
10. A. Ougazzaden et al. (1996), ―Strained InGaAsP/InGaAsP/InAsP multi- quantum well structure for polarization insensitive electroabsorption modulator with high power satuaration,‖ Appl. Phys. Lett.69, 4131.
11. A. Radojevic et al..(2002), ―Hybrid integrated optical polarization mode converters and low-optica modulators using crystal-ion-sliced LiNbO3 thin films,‖ Proc. SPIE 4652
12. B. E.A. Salech, M.C. Teich, Fundamental of Photonics, Wiley Series in Pure and Applied Optics J.W.Goodman, Editor.
13. BURNS, w., and MILTON, F.: ‗Mode conversion in planar dielectric separating waveguides‘, IEEE J. Quantum Electron, , (11), pp. 32-39. 14. E.M. Yeatman(1975), ―Sol-gel fabrication for optical communication
components: prospects and progress", Proc. SPIE CR68, p119.
15. E.M. Yeatman(1997), “Sol-gel farbrication for optical communication components: prospects and progress”, Proc. SPIE CR68, 119.
16. G. J. M. Krijnen, H. J. W. M. Hoekstra, P. V. Lambeck and T. J. M. A. Popma(1992), ―Simple analytical description of forfermance of Y- Juntion‖, Electronics letters, Vol.28 No.22.
17. G.J.M. Krijnen, H.J.W.M. Hoekstra, P.V. Lambeck, and Th.J.A.Popma, ―Simple analytical description of the performance of Yjunctions‖, Electr. Lett., 28(22), pp2072-2074
18. H. A. Macleod (1986), Thin film optical filters, Macmillian, New York. 19. H. Nishihara, M. Haruna, and T. Suhara (1989), Optical Integrated
Circuit, McGraw Hill, NY.
20. H. Pulker (1984), Coatings on Glass, Elsevier, New York,.
21. H.Erlig et al. (2001), ―Applications of state-of-the-art polymer modulators‖, Proc. Integrated Photonics Res. Conf., ITuH3.
22. Haruna, M. and J.Koyama(1981), ―Thermo-optic effect in LiNbO3 for light deflection and switching”, Electron. Lett., 17(22), p 842-844.
23. J. Carroll (2001), ―Motorola‘s thoughbeam spinoff targets GaAs-on- Silicon‖, Converge Network Dig,11.
24. J. R. Busch et al. (1996), ―Linear electro-optic response in sol-gel planar waveguide,‖ Electron. Lett. 28, p 298.
sputtered iron-garnet films,‖ J.Appl. Phys, (66), p 4393.
26. K. Noguchi et al. (1998), ―Millimeter-wave Ti: LiNbO3 optical modulators,‖ J. Lightwave Technol. 16, 615 .
27. K. Noguchi (1998), ―Optical free-space multichannel switches composed of liquid-crystal light-modulator arrays and birefringent crystals,‖ J. Lightwave Technol, 16, p 1437.
28. K. Worhoff et al..(1999), ―Design, tolerance analysis, and fabrication of silicon oxynitride based planar optical waveguide for communication devices,‖ J.Lightwave Technol, 17, p1401.
29. Katsunari Okamoto (2000), Fundamental of Optical Waveguidws, Printed in the United States of America.
30. Kobayashi et al..(1992), ―Novel waveguide Y-branch for low-loss 1xN splitters, Proc. of Optical Fiber Commu”. Conf. (OFC), vol.1.
31. L. Eldada (2001), ―Advances in Polymeric Integrated Optical Componentry‖ Pro. Integrated Photonics Reseach Conf. 19, ItuHl.
32. L. Eldada (2002), "Polymer Integrated Optics: Promise vs. Practicality,‖
Proc. SPIE, p 4642.
33. L. Q. Minh , N. T. Huong,T.T. Huong, H. T.Khuyen, P. M. Tuan, M. H. Nam, N.T. Binh, T. K. Anh , C. D. Thuy, C. Barthou, M. Dumont and N. T. Thanh (2003), ―Development of solgel materials for photonics and optical telecommunication application‖, Proceedings of GV6 on Physics and engineering, Chemnitz, Germany, p120 -123.
34. L.Eldada et al. (2000), ―Advances in Polymer Integrated Optics,‖ J.Select. Top. Quant. Electron, (6), p 54
35. L.Prod‘home (1960), Phys.Chem Glasses 4, 119.
36. L.Q.Minh, N.T.Huong, C. Barthou, P. Benalloul, W. Strek, T. K. Anh (2002), ―Eu3+- and Er3+- doped SiO2 - TiO2 sol-gel films for active planar waveguide‖, Materials Science, Vol. 20,(2), p 47-52.
37. Louary Eldada (2002), Optical Networking Component, Dupont Photonics Technologies.
38. M. Scobey et al. (1999), ―Thin film based components for optical add/drop", SOA TOPS WDM Components (29), p 25.
39. Mitsunaga, K.,M.Masuda, and J.Koyama (1980), "Characteristics of an