TÍCH HỢP CHUYỂN ĐỔI VÀ ĐỊNH TUYẾN MODE QUANG TRÊN CHIP  5 ĐẦU RA SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG GHÉP KÊNH THEO MODE

Nguyễn Văn Tuấn; Lê Nguyễn Minh Thuận; Lê Văn Sơn; Nguyễn Tấn Hưng; Võ Duy Phúc; Đào Duy Tuấn

doi:10.34238/tnu-jst.12219

TÍCH HỢP CHUYỂN ĐỔI VÀ ĐỊNH TUYẾN MODE QUANG TRÊN CHIP 5 ĐẦU RA SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG GHÉP KÊNH THEO MODE

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 05/03/25 Ngày hoàn thiện: 04/06/25 Ngày đăng: 04/06/25

Các tác giả

1. Nguyễn Văn Tuấn , Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng (DUT)
2. Lê Nguyễn Minh Thuận, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng (DUT)
3. Lê Văn Sơn, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng (DUT)
4. Nguyễn Tấn Hưng, Viện Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Tiên tiến - Đại học Đà Nẵng (AIST)
5. Võ Duy Phúc, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng (DUT)
6. Đào Duy Tuấn, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng (DUT)

Tóm tắt

Bài báo trình bày một đề xuất mới của một thiết bị sử dụng trong hệ thống ghép kênh theo mode, tích hợp 2 chức năng chuyển đổi và định tuyến mode có 5 đầu ra khi xử lý 5 mode khác nhau ở đầu vào. Thiết bị được thiết kế gồm 1 ống dẫn sóng (1x5-Y), 1 bộ giao thoa đa mode (5x5-MMI) và 2 bộ dịch pha để định tuyến các mode TE₀ ở 5 đầu ra. Thiết bị thực hiện được chức năng chuyển đổi lần lượt 5 luồng tín hiệu ở đầu vào tương ứng với các mode khác nhau: TE₀, TE₁, TE₂, TE₃ và TE₄ thành 5 luồng tín hiệu ở mode cơ sở (mode TE₀), sau đó định tuyến chúng ở 5 đầu ra khác nhau. Thiết bị được tính toán thiết kế hoạt động tại bước sóng 1550 nm. Quá trình tối ưu hóa và mô tả hoạt động được thực hiện bằng phương pháp truyền chùm tia ba chiều 3D-BPM. Kết quả mô phỏng cho thấy trong dải rộng 15 nm của băng tần C (1530 nm - 1565 nm) thiết bị đề xuất có suy hao chèn rất thấp, bé hơn 0,5 dB (tương ứng với hiệu suất truyền dẫn > 90%) và nhiễu xuyên kênh rất nhỏ, bé hơn -14 dB (< 4%). Riêng tại bước sóng 1550 nm, suy hao chèn và nhiễu xuyên kênh đạt được các giá trị tốt hơn, lần lượt là > 94,4% và < -14,2 dB. Thiết bị được thiết kế với cấu trúc đơn giản, gồm 1 ống dẫn sóng (1x5-Y), 2 bộ dịch pha kết hợp với 1 bộ giao thoa đa mode (5x5-MMI) nên có thể giảm nhỏ kích thước (Wmmi×Lmmi×H=6 µm×138 µm× 0,5 µm) và nâng cao hiệu suất truyền dẫn.

Từ khóa

Chuyển đổi mode và định tuyến mode quang; Truyền chùm tia ba chiều; TE0, TE1, TE2, TE3, TE4; Tổn hao chèn; Nhiễu xuyên kênh

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] X. Wang et al., “High-Density MDM-WDM Silicon Photonic Transmitter Chiplet Based on MRMs and Dual-Mode GC for Single-Fiber 4×56-Gbps Signaling,” IEEE 2024 Asia Communications and Photonics Conference (ACP) and International Conference on Information Photonics and Optical Communications (IPOC), Nov. 2-5, 2024, doi: 10.1109/ACP/IPOC63121.2024.10809627.

[2] S. A. Chanu and R. K. Sonkar, “Photonic-crystal-based hybrid wavelength-mode division multiplexer for SOI platforms,” Applied Optics, vol. 63, no. 21, pp. 5728-5737, 2024, doi: 10.1364/AO.529016.

[3] A. Sharma, S. Kaur, N. Nair, and K. S. Bhatia, “Investigation of WDM-MDM PON employing different modulation formats,” Elsevier, Optik, vol. 257, May 2022, doi: 10.1016/j.ijleo.2022.168855.

[4] P. Guo, W. Hou, L. Guo, Z. Ning, M. S. Obaidat, and W. Liu, “WDM-MDM Silicon-Based Optical Switching for Data Center Networks,” ICC 2019 IEEE International Conference on Communications Shanghai China, May 2019, pp. 20-24, doi: 10.1109/ICC.2019.8762082.

[5] J. Du, W. Shen, J. Liu, Y. Chen, X. Chen, and Z. He, “Mode division multiplexing: from photonic integration to optical fiber transmission,” Chinese Optics Letters, vol. 19, no. 9, 2021, doi: 10.1364/COL.19.091301.

[6] M. Shuhrawardy et al., “Reconfigurable Three-Mode Converter for Flexible Mode Division Multiplexing Optical Networks,” IEEE Photonics Journal, vol. 16, no. 4, August 2024, doi: 10.1109/JPHOT.2024.3428912,

[7] X. Zhao, Y. Huang, and Z. Xu, “High‐Efficiency Silicon Optical Mode Converter Using an Asymmetric Tapered Waveguide Design,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 10, pp. 543–546, May 2021.

[8] M. Chen, S. Wang, and R. Guo, “Inverse Design of Compact Optical Mode Converters for Silicon Photonics,” IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 27, no. 1, pp. 140–147, Jan.–Feb. 2021.

[9] Y. Asadi, “Optical network-on-chip (ONoC) architectures: a detailed analysis of optical router designs,” Journal of Semiconductors, vol. 45, 2024, doi: 10.1088/1674-4926/24060006.

[10] L. Kumar, P. Li, and D. K. Sharma, “Broadband Integrated Optical Mode Router for Multimode Photonic Networks,” IEEE Journal of Lightwave Technology, vol. 39, no. 12, pp. 3700–3708, June 2021.

[11] H. Lee, J. Park, and Y. Kim, “Demonstration of a Reconfigurable Optical Mode Router for On-Chip Communication,” IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking, vol. 13, no. 4, pp. 304–311, April 2021.

[12] T. X. Hop et al., “Design of Silicon TE0/TE1 Mode Router Using Mach-Zehnder and Multimode Interferometers,” UD-Journal of Science and Technology: Issue on Information and Communications Technology, Vol. 19, No.6.2, pp. 22-27, 2021.

[13] C. Smith, A. Johnson, and M. Patel, “Multi-Functional Multi-Mode Waveguide Structures for Integrated Optical Mode Conversion and Routing,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 8, pp. 1920–1925, Aug. 2022.

[14] H. D. T. Linh, “Mode Division Multiplexing signal processing based on photonic integrated circuits,” PhD thesis in engineering, Danang University of Science and Technology - University of Danang, 2022.

[15] Rsoft, BeamPROP. Synopsys, Inc., Synopsys Optical Solutions Group, 2015.06 Version, 2015.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.12219

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ