Đang tải... (xem toàn văn)
Tóm tắt đồ ánTrong đồ án này, ghép nối giữa đường dẫn sóng điện môi thông thường truyền dẫn tín hiệu quang đơn mode và đường dẫn sóng SPPs gap waveguides (SPGWs) của mạch quang tích hợp được nghiên cứu và thiết kế tối ưu. Từ đó chứng minh có khả năng chuyển đổi tương ứng từ sóng ánh sáng đơn mode ghép kênh theo bước sóng thành sóng SPPs ghép kênh theo bước sóng. Sự phụ thuộc của sóng SPPs vào mảng chu kỳ các cách tử hình chữ nhật khắc trong đường dẫn sóng SPGWs được nghiên cứu. Từ sự phụ thuộc này tôi đề xuất hai ứng dụng thực tế đó là bộ lọc và bộ tách kênh phân chia theo bước sóng SPPs, hoạt động với hiệu năng cao và kích thước nhỏ.
Bộ lọc và tách kênh theo bước sóng plasmon bề mặt Lời nói đầu Ngày nay, với sự phát triển bùng nổ của khoa học và công nghệ các thiết bị điện tử và thiết bị quang ngày càng nhỏ đi, các nhà khoa học luôn luôn không ngừng hướng tới các công nghệ mới để tối ưu và thu nhỏ kích thước của các thiết bị nhằm thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của con người. Vì thế những cấu trúc nhỏ hơn một nửa bước sóng (subwavelength) ngày càng được quan tâm nghiên cứu và phát triển, các khe subwavelength trong các tấm film kim loại mỏng (như vàng, bạc, đồng…) làm cho sự giam hãm ánh sang vượt qua giới hạn của sự nhiễu xạ trong quang học cơ bản. Điều này có vẻ vô lý vì theo lý thuyết nhiễu xạ hiệu suất năng lượng truyền qua khe suy giảm tỷ lệ với ( d / λ ) 4 , trong đó d là đường kính khe, còn λ là bước sóng. Như vậy phải có một hiệu ứng đặc biệt nào đó đã xảy ra trên bề mặt kim loại khi nó bị kích thích bởi sóng điện từ ở vùng tần số ánh sáng. Gần đây, người ta đã phát hiện và chứng minh được sự tồn tại của sóng phân cực plasmon (SPPs - Surface Plasmon Polaritons) trên bề mặt kim loại-điện môi, chính hiệu ứng này làm cho ánh sáng có thể truyền ở kích thước subwavelength. Phân cực plasmon bề mặt (SPPs) là sóng điện từ truyền lan dọc theo bề mặt tiếp xúc giữa kim loai và điện môi, nó được kích thích bởi chùm bức xạ điện từ có bước sóng trong vùng nhìn thấy và hông ngoại chiếu lên bề mặt tiếp xúc kim loại – điện môi với một số điều kiện nhất định. Mặc dù SPPs là sóng lan truyền suy hao rất nhanh theo hàm mũ với độ dài truyền dẫn khoảng vài μm , nhưng khoảng đó cũng đủ xa để truyền trong các mạch quang học tích hợp kích thướng nano. Hiệu ứng phân cực plasmon bề mặt được ứng dụng trong các mạch quang tích hợp (IOCs- Integrated Optical Circuits), hứa hẹn tạo ra một thế hệ các chíp máy tính mới hoạt động với tốc độ siêu nhanh, trên cơ sơ đó các máy tính quang học của tương lai sẽ ra đời. Trong máy tính quang học, các bus dữ liệu tín hiệu điện sẽ được thay thế bởi các bus dữ liệu tín hiệu quang, với nhận định như vậy cần có 1 Bộ lọc và tách kênh theo bước sóng plasmon bề mặt những nghiên cứu về khả năng ghép nối năng lượng giữa đường dẫn sóng quang thông thường và mạch quang tích hợp. Vì thế nhiệm vụ của đồ án này là đi nghiên cứu khả năng ghép nối năng lượng từ đường dẫn sóng quang học thông thường và mạch quang tích hợp, từ đó đi nghiên cứu thiết kế bộ lọc và tách kênh theo bước sóng SPPs ứng dụng trong mạch quang tích hợp. Tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Đào Ngọc Chiến, người đã hướng dẫn, chỉ dạy tận tình và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đồ án. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, thầy cô và bạn bè trong phòng nghiên cứu và phát triển truyền thông - những người đã luôn giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành đồ án. Sinh viên thực hiện 2 Bộ lọc và tách kênh theo bước sóng plasmon bề mặt Tóm tắt đồ án Trong đồ án này, ghép nối giữa đường dẫn sóng điện môi thông thường truyền dẫn tín hiệu quang đơn mode và đường dẫn sóng SPPs gap waveguides (SPGWs) của mạch quang tích hợp được nghiên cứu và thiết kế tối ưu. Từ đó chứng minh có khả năng chuyển đổi tương ứng từ sóng ánh sáng đơn mode ghép kênh theo bước sóng thành sóng SPPs ghép kênh theo bước sóng. Sự phụ thuộc của sóng SPPs vào mảng chu kỳ các cách tử hình chữ nhật khắc trong đường dẫn sóng SPGWs được nghiên cứu. Từ sự phụ thuộc này tôi đề xuất hai ứng dụng thực tế đó là bộ lọc và bộ tách kênh phân chia theo bước sóng SPPs, hoạt động với hiệu năng cao và kích thước nhỏ. 3 Bộ lọc và tách kênh theo bước sóng plasmon bề mặt Abstract In this thesis, the optimum inter-connection between conventional single mode optical dielectric waveguides and surface plasmon polariton gap waveguides (SPGWs) is investigated and designed. Accordingly, demonstrating the light wavelength division multiplexing wave can be correspondingly transformed to the SPPs wavelength division multiplexing wave. The dependence of Surface Plasmon Polaritons (SPPs) wave on array of periodic rectangular grating formed in SPGWs is studied. From the dependent characteristics I propose two practical applications which are filter and SPPs wavelength division multiplexing detector. The filter and detector have been demonstrated high efficiency and high integration. 4 Bộ lọc và tách kênh theo bước sóng plasmon bề mặt Mục lục 5 Bộ lọc và tách kênh theo bước sóng plasmon bề mặt Danh mục hình vẽ 6 Bộ lọc và tách kênh theo bước sóng plasmon bề mặt Danh mục bảng biểu 7 Bộ lọc và tách kênh theo bước sóng plasmon bề mặt Thuật ngữ viết tắt STT Từ viết tắt Từ gốc tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt 1 B E M Boundary Element Method Phương pháp phần tử biên 2 F D T D Finite-Difference Time Domain Phương pháp vi phân hữu hạn miền thời gian 3 F E M Finite Element Method Phương pháp phần tử hưu hạn 4 G M E I E Guided-Extracted Integral Equation Phương trình tích phân tách mốt dẫn 5 M o M Method of Moment Phương pháp mô men 6 S P P s Surface Plasmon Polaritons Phân cực plasmon bề mặt 7 S P G W s Surface Plasmon Polaritons Gap Waveguides Đường dẫn sóng phân cực plasmon bề mặt kiểu khe 8 Bộ lọc và tách kênh theo bước sóng plasmon bề mặt 9 Bộ lọc và tách kênh theo bước sóng plasmon bề mặt Giới thiệu đề tài Vài thập niên trở lại đây, các mạch quang tích hợp kích thước nano dựa trên cơ sở sóng SPPs được nghiên cứu và phát triển trong các phòng thí nghiệm trên thế giới hứa hẹn sẽ tạo ra một thế hệ các chip máy tính và máy tính quang học hoạt động ở tốc độ siêu nhanh trong tương lai gần. Với xu thế phát triển như vậy, trong các máy tính quang học của tương lai các bus dữ liệu tín hiệu điện thông thường sẽ được thay thế bởi các bus dữ liệu quang học. Điều này đặt ra tính cấp thiết phải có những nghiên cứu về khả nắng kết nối giữa các đường dẫn sóng quang học thông thường và các mạch quang tích hợp ở kích thước nano. Theo đó với công nghệ truyền dẫn trong trông tin quang ngày nay tín hiệu quang ghép kênh theo bước sóng WDM đã chứng tỏ được tính ưu việt của mình, tuy nhiên khi được ứng dụng trong các thiết bị quang tích hợp theo cách thông thường, nghĩa là tín hiệu quang được tách kênh trước khi kết nối với các mạch quang tích hợp, khi đó sẽ là không khả thi bởi các bộ tách kênh WDM thông thường có kích thước rất lớn (cỡ cm) so với kích thước của các mạch quang tích hợp, hơn nữa sử dụng bao nhiêu bước sóng thì sẽ cần bấy nhiêu đầu vào trên mạch quang tích hợp như vậy sẽ là không tối ưu về mặt thiết kế. Trong đồ án này trình bày ý tưởng, phương pháp thực hiện và kết quả tính toán để giải quyết vấn đề nêu trên. Trong phạm vi đồ án này, tôi trình bày làm 3 chương: Chương 1: Chương này đi giới thiệu công nghệ mạch quang tích hợp kích thước nano, tìm hiểu hiện trạng của bài toán các vấn đề gặp phải liên quan đến công nghệ nanooptic, động lực để phát triển nghiên cứu và thiết kế bộ lọc và bộ tách kênh theo bước sóng và các kết quả mong muốn đạt được. Chương 2: Chương này giới thiệu các kiến thức cơ bản về lý thuyết trường điện từ (hệ phương trình Maxwell, các phương trình thế và điều kiện biên…), lý thuyết cơ bản về hiệu ứng phân cực plasmon bề mặt, phương pháp kích thích và các mô hình đường dẫn sóng ứng dụng trong thực tế, phương pháp tính toán trường điện từ và giới thiệu công cụ mô phỏng. 10 . kiện cho tôi hoàn thành đồ án. Sinh viên thực hiện 2 Bộ lọc và tách kênh theo bước sóng plasmon bề mặt Tóm tắt đồ án Trong đồ án này, ghép nối giữa đường. thiết kế. Trong đồ án này trình bày ý tưởng, phương pháp thực hiện và kết quả tính toán để giải quyết vấn đề nêu trên. Trong phạm vi đồ án này, tôi trình
![Hình 2: Mô hình hóa SPPs bandgab[9] - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (ĐIỆN TỬ VIỂN THÔNG ) BỘ LỌC VÀ TÁCH KÊNH THEO BƯỚC SÓNG PLASMON BỀ MẶT](https://media.store123doc.com/figures/003/317/hinh-mo-hinh-hoa-spps-bandgab-3317049.png)
