Thông tin về luận án tiến sĩ trước bảo vệ cấp Học viện của NCS. Nguyễn Văn Tài

TRANG THÔNG TIN LUẬN ÁN TIẾN  SĨ

Tên đề tài luận án tiến sĩ: Nghiên cứu thiết kế ống dẫn sóng plasmonic nano trong ghép kênh phân chia theo bước sóng.

Chuyên ngành:           Kỹ thuật điện tử

Mã số:                        9.52.02.03

Họ và tên NCS:                    Nguyễn Văn Tài

Người hướng dẫn khoa học:

1.   PGS. TS. Đặng Hoài Bắc

2.  TS. Trương Cao Dũng

Cơ sở đào tạo: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN:

Ống dẫn sóng Plamonic kích thước nano mét có khả năng truyền dẫn ánh sáng dưới bước sóng có băng thông rộng, hiệu suất truyền cao, suy hao thấp và kích thước cực kỳ nhỏ gọn đã được các nghiên cứu khoa học chứng tỏ là một trong những ứng viên tốt cho việc thiết kế các vi mạch tích hợp trong các hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng và trong một số hệ thống tính toán tốc độ cao.

          Nghiên cứu các phương pháp thiết kế dựa trên kỹ thuật FDTD, thuyết ghép mode theo thời gian kết hợp với phương pháp mô phỏng EME để tối ưu các tham số cấu trúc của cấu kiện và phân tích, đánh giá các đặc tính của cấu kiện đề xuất như đặc tính truyền, hấp thụ, dung sai chế tạo cho phép,…

          Luận án đã trình bày các thiết kế ống dẫn sóng nano plsamonic theo cấu trúc MIM có chức năng quay phân cực, tính toán logic, thêm/bớt/chia các bước sóng trong cửa số bước sóng viễn thông để ứng dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng cũng như các thành phần chức năng xử lý tín hiệu trong mạng thông tin toàn quang.

Các kết quả chính của luận án như sau:

1) Đề xuất thiết kế ống dẫn sóng lai ghép plasmonic HPW có chức năng quay phân cực và các cổng logic XOR, OR, NOT, cổng Feynman quang thuận nghịch dựa trên ống dẫn sóng plasmonic kích thước nano mét theo cấu trúc MIM, gồm:

Ống dẫn sóng HPW có công suất hấp thụ và phản xạ nhỏ (hấp thụ dưới -7dB và phản xạ dưới -10dB), suy hao truyền thấp (nhỏ hơn -1.5dB) trong dải băng thông 100nm ở bước sóng 1500nm đến 1600nm. Kích thước của cấu kiện chỉ dài cỡ 4.1µm và rộng 400nm là rất nhỏ.

          Các cổng logic plasmonic đã đề xuất có thể giảm đáng kể kích thước do đó giảm tán xạ, giảm ngưỡng tín hiệu cho các hoạt động logic và có băng thông rộng trên 300nm trong khi kích thước nhỏ gọn, kích thước các cổng OR, XOR, NOT là 340nm x 1,073μm; cổng Feynman là 1,25μm x 963nm.

2) Đề xuất thiết kế các ống dẫn sóng plasmonic kích thước nano mét theo cấu trúc MIM để tạo ra các bộ lọc bước sóng quang có độ rộng băng thông lớn, hiệu suất truyền cao và cho phép dung sai chế tạo phù hợp, gồm:

Tạo ra một bộ tách kênh plasmonic hai băng sóng 1310nm và 1550nm có đặc điểm: kích thước toàn cấu kiện là 1,7μm x 3,4μm; khi nhiễu xuyên âm dưới -20dB, băng thông 80nm trong cửa sổ băng tần 1310nm (1290nm đến 1370nm) và băng thông bao phủ toàn bộ dải C + L (1525nm đến 1625nm) trong cửa sổ băng tần 1550nm; hệ số hấp thụ A là -1.8dB ở bước sóng 1310nm và hệ số hấp thụ A nhỏ hơn -3,7dB trong toàn bộ dải C + L.

Tạo ra bộ lọc bước sóng quang ba băng 1310nm, 1430nm và 1550nm và thiết bị chia bước sóng 3dB dựa trên cấu trúc ống dẫn sóng plasmonic MIM kích thước nano mét có đặc điểm: công suất truyền tại các cổng ra của bộ lọc ba băng sóng 1310nm, 1430nm và 1550nm tương ứng là -5.37dB, -6.19dB và -5.68dB; băng thông 3dB của ba băng tần 1310nm, 1430nm và 1550nm là tương đối rộng,lần lượt là 90nm, 80nm và 100nm; với dung sai chế tạo cho phép là  thì công suất truyền là không nhỏ hơn -7dB, công suất xuyên âm dưới -15dB, hấp thụ dưới -1dB và phản xạ dưới -10dB.

Bộ lọc bước sóng plasmonic RGB kích thước nano mét dựa trên cấu trúc MIM có đặc điểm: mức chênh lệch giữa tín hiệu trên nhiễu quang trong dải 3dB băng thông luôn lớn hơn -10dB và suy hao truyền < -8dB trong 30nm băng thông tại ba phổ màu RGB là 465nm, 520nm và 640nm; bắt giữ các mode quang có kích thước vài chục nano mét, kích thước toàn mạch là 2,2μm x 3,2μm.

CÁC ỨNG DỤNG, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN HOẶC NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN BỎ NGỎ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU:

Toàn bộ nội dung và các kết quả đạt được của luận án chỉ ra rằng hướng nghiên cứu ứng dụng ống dẫn sóng nano plasmonic trong ghép kênh phân chia theo bước sóng là khả thi và có tiềm năng cao. Hướng phát triển trong thời gian tới là triển khai thực hiện thử nghiệm các phương pháp đề xuất trên các mạch phần cứng, từ đó có được các kết quả đo thực tế về hiệu suất làm việc, tỷ lệ suy hao do hấp thu, do nhiễu xuyên âm cũng như kích thước thực tế của các mạch. So sánh giữa các kết quả đo đạc thực tế với kết quả lý thuyết và mô phỏng số ta sẽ có một đánh giá chính xác về các nội dung khoa học đã đề xuất cũng như khả năng áp dụng của các thiết bị đó vào các thiết bị hoặc các hệ thống thông tin liên lạc thực tế.

Ngoài ra, với những kiến thức mà nghiên cứu sinh đã có được trong quá trình thực hiện luận án này, nghiên cứu sinh sẽ tiếp tục nghiên cứu và hợp tác với cộng đồng nghiên cứu ứng dụng hiệu ứng plasmonic trong các cấu kiện quang siêu nhỏ gọn để có thể đề xuất được các phương pháp thiết kế tối ưu hơn nữa và đưa vào ứng dụng trong thực tế.

Xác nhận của tập thể Người hướng dẫn khoa học

PGS. TS. Đặng Hoài Bắc               

TS. Trương Cao Dũng

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Văn Tài

INFORMATION ON THE DOCTORAL THESIS

Thesis title: Study on design of nanoplasmonic waveguide in wavelength division multiplexing.

Speciality: Electronic Engineering

Code:        9.52.02.03

Name of PhD Candidate: Nguyen Van Tai

Scientific supervisors:

1.   Assoc. Prof, PhD Dang Hoai Bac

2.  PhD Truong Cao Dung

Training institution: Posts and Telecommunications Institute of Technology

NEW FINDINGS OF THE THESIS

The nanometer-sized plamonic waveguide has the ability to transmit sub-wavelength light with wide bandwidth, high transmission efficiency, low loss and extremely compact size, which has been proven by scientific studies to be one of the good candidates for the design of integrated circuits in wavelength division multiplexing systems and in some high-speed computing systems.

          Researching design methods based on FDTD technique, time-mode coupled theory combined with EME simulation method to optimize structural parameters of the structure and analyze and evaluate the structure’s properties. proposed such as transmission, absorption characteristics, allowable manufacturing tolerances.

          The thesis has presented the designs of plsamonic nano waveguides according to the MIM structure with the functions of rotating polarization, calculating logic, adding/reducing/dividing wavelengths in the telecommunications wavelength window to apply multiplexing techniques. wavelength division as well as signal processing functional components in all-optical communication networks.

The main results of the thesis are as follows:

1) Proposed design of HPW plasmonic hybrid waveguide with rotation polarization function and XOR, OR, NOT logic gates, reversible optical Feynman gate based on nanometer plasmonic waveguide according to MIM structure, including:

HPW waveguide has small absorption and reflection power (absorption below -7dB and reflection below -10dB), low transmission loss (less than -1.5dB) in the 100nm bandwidth range at 1500nm to 1600nm. The size of the component is only 4.1µm long and 400nm wide, which is very small.

          The proposed plasmonic logic gates can greatly reduce the size thereby reducing scattering, reduce the signal threshold for logic operations, and have a wide bandwidth of over 300 nm while being compact in size, the size of the OR, XOR gates , NOT is 340nm x 1.073μm; Feynman gate is 1.25μm x 963nm.

2) Proposal to design nanometer plasmonic waveguides according to MIM structure to create optical wavelength filters with large bandwidth, high transmission efficiency and allowing suitable fabrication tolerances, including:

Create a 1310nm and 1550nm dual-band plasmonic demultiplexer with the following characteristics: the overall size of the device is 1.7μm x 3.4μm; when the crosstalk is below -20dB, the bandwidth is 80 nm in the band window of 1310 nm (1290 nm to 1370 nm) and the bandwidth covers the entire C + L range (1525 nm to 1625 nm) in the 1550 nm band window; Absorption coefficient A is -1.8dB at 1310nm and absorption coefficient A is less than -3.7dB in the whole C+L range.

Generate 1310 nm, 1430 nm and 1550 nm tri-band optical wavelength filters and 3dB wavelength divider based on nanometer-sized MIM plasmonic waveguide structure that features: transmitted power at the output ports of the tri-band filter 1310nm, 1430nm, and 1550nm waves are -5.37dB, -6.19dB and -5.68dB respectively; 3dB bandwidth of the three bands 1310nm, 1430nm, and 1550nm is relatively wide, 90nm, 80nm, and 100nm respectively; with manufacturing tolerances, the transmitted power is not less than -7dB, the crosstalk power is less than -15dB, absorption is less than -1dB and reflection is less than -10dB.

The nanometer RGB plasmonic wavelength filter based on the MIM structure has the characteristics: the signal-to-noise difference in the 3dB band is always greater than -10dB, and the transmission loss is <-8dB in the 30nm bandwidth at three RGB color spectrum is 465nm, 520nm and 640nm; capture optical modes with a size of several tens of nanometers, the size of the whole circuit is 2.2μm x 3.2μm.

APPLICATIONS, PRACTICAL APPLICABILITY, AND MATTES NEED FURTHER STUDIES

The entire content and obtained results of the thesis indicate that the research direction of applying plasmonic nanowaveguides in wavelength division multiplexing is feasible and has high potential. The development direction in the coming time is to test the proposed methods on hardware circuits, thereby obtaining actual measurement results of working efficiency, absorption loss rate, crosstalk as well as the actual size of the circuit. Comparing the actual measurement results with the theoretical and numerical simulation results, we will have an accurate assessment of the proposed scientific content as well as the applicability of those devices to other devices. equipment or actual communication systems.

In addition, with the knowledge that the PhD student has gained during the implementation of this thesis, the PhD student will continue to research and cooperate with the research community to apply plasmonic effects in ultra-optical structures. compact to be able to propose more optimal design methods and put them into practice.

Confirmation of representative Scientific supervisor

Assoc. Prof, PhD Dang Hoai Bac               

PhD. Truong Cao Dung

PhD. Candidate

Nguyen Van Tai

Luận án tiến sĩ

Tóm tắt Luận án tiến sĩ

Trang Thông tin Luận án tiếng việt 

Trang Thông tin Luận án Tiếng Anh