Bộ định tuyến cho hai mode ánh sáng phân cực TM dùng vật liệu soi

5 nm đến 1625 nm, tức là 
các bộ giao thoa đa mode hỗ trợ các mode phân cực khác bao gồm cả băng C, L và hơn một phần ba băng S. Mặc 
nhau chỉ sai khác nhau về độ rộng của chúng, nên chúng dù, - 2.58 dB thể hiện một sự suy hao lớn khi một mode 
tôi đi tìm độ rộng WMMI phù hợp cho bộ ghép 2 × 2 MMI quang truyền qua thiết bị quang tử, nhưng sự suy hao này 
. 
BỘ ĐỊNH TUYẾ N CHO HAI MODE Á NH SÁ NG PHÂN CỰ C TM DÙ NG VẬT LIỆU SOI 
rất ít gây nhiễu đến ngõ ra bên cạnh, điều này thể hiện rõ nằm trong khoảng - 20.45 dB đến - 44.8 dB tốt hơn so với 
khi mà CrT cao nhất tại bước sóng 1625 nm của mode cấu trúc MUX/DEMUX ở [17]. Điều này chỉ để khẳng 
TM1 tại ngõ ra hai là - 27.1 dB. Bên cạnh đó, IL của cả định lại ưu thế về đặc tính hoạt động của các thiết bị 
bốn trường hợp không những có đồ thị giống nhau mà tách/ghép hay định tuyến cho các mode quang ở một 
còn bám khá sát nhau từ - 0.21 dB đến - 2.58 dB. Trong trạng thái 
 Hình 5. IL và CrT của thiết bị như các hàm số của dải bước 
 sóng hoạt động. 
 phân cực (TE hoặc TM) so với các thiết bị tương tự mà 
 hỗ trợ cả hai trạng thái phân cực như đã nêu trên. 
 3.2 Sai số chế tạo 
 Thực tế, việc khảo sát sai số chế tạo của thiết bị quang 
 tử không chỉ đánh giá khả năng đưa nó vào ứng dụng thực 
 tế, mà còn đánh giá được hiệu năng hoạt động của thiết bị 
 đó [26], [27]. Đã có những thiết bị quang tử mà sai số chế 
 tạo được đánh giá thông qua sai số độ rộng của bộ giao 
 thoa đa mode WMMI hay chiều dài LPS của PS với sai số 
 chế tạo tương đối rộng [5], [25]. Trong bài báo này, 
 chúng tôi sẽ đi khảo sát sai số chế tạo của thiết bị đề xuất 
 đối với độ rộng dẫn sóng đầu vào WIN, chiều dài bộ giao 
 thoa đa mode LMMI và chiều cao h0 lớp phiến slab. Việc 
 khảo sát này tương tự như việc kiểm tra IL và CrT của 
 Hình 4. Mô phỏng số trực quan quá trình truyền các mode dẫn thiết bị đối với các dải bước sóng hoạt động mà chúng tôi 
 TM0 và TM1 ứng với ∆Φ1 hàng trên và ∆Φ2 hàng dưới. đã thực hiện ở trên. Tuy nhiên, đối với khảo sát sai số chế 
 tạo, chúng tôi chỉ sử dụng cửa sổ bước sóng 1550 nm cho 
 các mode quang TM và TM để kiểm tra IL và CrT của 
 0 1
 Pout thiết bị xung quanh các giá trị mà chúng tôi đã chọn cho 
 IL 10log10 (5) 
 Pin WIN, LMMI và h0. Bằng mô phỏng số, chúng tôi cũng sử 
 dụng các dử liệu công suất đo được để mô tả IL và CrT 
 P của các sai số chế tạo lần lượt qua các hình vẽ 6, 7 và 8 ở 
 CrT 10log out (6) 
 10 bên dưới đây. Trong ba sự khảo sát này, ta có thể dễ dàng 
 Punwanted
 nhận ra một số điểm chung về CrT của các mode ở hai 
 Trong đó, Pin là công suất đầu vào được chuẩn hóa là 1, Pout là dữ trạng thái điều khiển PS. Cũng giống như CrT ở việc khảo 
 liệu công suất thu được tại ngõ ra, Punwanted là nhiễu xuyên kênh sát dải bước sóng hoạt động của thiết bị, CrT ở tất cả các 
 không mong muốn. 
 trường hợp mà PS dịch pha - π/2 hầu như rất giống nhau. 
 khi CrT ở hai trạng thái điều khiển PS lại khác nhau Trong khi điều này ngược lại với tất cả trường hợp mà PS 
khá rõ rệt từ 1505 nm đến 1600 nm. Cụ thể, ở trạng thái dịch pha π/2, CrT hai mode luôn luôn cách nhau một 
điều khiển PS dịch pha π/2, CrT của hai mode đều dao khoảng khá lớn. Trong đó, với các sai số chế tạo của 
động dưới – 27 dB, thậm chí đạt cao nhất với CrT = - ∆WIN = ± 30 nm, ∆h0 = ± 60 nm và ∆LMMI = ± 2.78 μm 
44.7 dB đối với mode TM0 ngõ ra một. Chỉ trong khoảng thì CrT của chúng giao động lần lượt từ - 43.4 dB đến – 
1600 nm và 1625 nm thì CrT của hai mode mới giao động 20 dB, từ - 46.6 dB đến – 20.5 dB và từ – 43.8 dB đến – 
tương tự nhau trong khoảng từ - 28.8 dB đến – 25.9 dB. Ở 20 dB. Mặt khác, chỉ có IL trong trường hợp sai số chế 
trường hợp PS dịch pha - π/2 thì CrT của hai mode hầu tạo của chiều dài LMMI là tương tự IL trong khảo sát bước 
như đều giống nhau và có xu hướng giảm dần từ - 20.45 sóng hoạt động của thiết bị với IL giao động trong khoảng 
dB đến – 27 dB. CrT của cả bốn trường hợp chỉ giao động từ - 0.2 dB đến - 2.5 dB. Trong khi IL trong hai trường 
gần nhau bắt đầu từ bước sóng 1600 nm đến 1625 nm. hợp sai số chế tạo còn lại của WIN và h0 cũng tương tự 
Đặc biệt, khi chúng tôi giới hạn IL đến – 1.74 dB thì băng 
thông hoạt động của thiết bị đề xuất là 106 nm và CrT 
 Dương Quang Duy, Hồ Đức Tâm Linh, Nguyễn Tấn Hưng . 
 Hình 8. IL và CrT của thiết bị như các hàm số của sai 
 Hình 6. IL và CrT của thiết bị như các hàm số của sai 
 số chiều cao h0. 
 số độ rộng WIN. 
 REFERENCES 
nhau với các IL lần lượt – 0.36 dB đến – 0.2 dB và -0.31 
 [1] Dai .D, Bauteres J and Bowers J E 2012 Passive technologies for 
dB đến – 0.18 dB. future large-scale photonic integrated circuits on silicon: 
 polarization handling, light non-reciprocity and loss reduction 
 IV. KẾT LUẬN Light: Sci. Appl. 1 1-1. 
 [2] Dong P, Lee J, Chen Y K, Buhl L L, Chandrasekhar S, Sinsky J H 
 Tóm lại, bằng các phương pháp mô phỏng số, chúng and Kim K 2016 Four-channel 100-Gb/s per channel discrete multi-
 tôi đã trình bày một bộ định tuyến hai mode TM0 và tone modulation using silicon photonic integrated circuits J. Lightw. 
 TM1 mà có thể hoạt động trong dải bước sóng từ 1505 Technol. 34 79-84 
 nm đến 1625 nm với - 2.58 dB < IL < - 0.21 dB và - [3] Y Fazea et al., “5 × 5 25 Gbit/s WDM-MDM”, Journal of Optical 
 Communications, Vol. 36, pp. 1-7, 2015. 
 20.45 dB < CrT < -44.7 dB. Hơn nữa, thiết bị đề xuất [4] KDDI Research Inc., and Sumitomo Electric Industries, Ltd., 
 có sai số chế tạo của độ rộng dẫn sóng đầu vào, chiều "Success of ultra-high capacity optical fiber transmission breaking 
 dài bộ giao thoa đa mode và chiều cao lớp phiến slab the world record by a factor of five and reaching a 10 Petabits per 
 lần lượt là ∆W = ± 30 nm, ∆L = ± 2.78 μm và ∆h Second", European Conference on Optical Communications 
 IN MMI 0 (ECOC) 2017, September 17 to 21 in Gothenburg, Sweden. 
 = ± 60 nm. Cùng với kích thước thiết bị là 4 μm × 208 [5] T. Uematsu et al., “Design of a compact two-mode 
 μm, thiết bị đề xuất có thể được tạo ra bởi các công multi/demultiplexer consisting of multimode interference 
 nghệ chế tạo mạch tích hợp hiện tại như E-beam hoặc waveguides and a wavelengthinsensitive phase shifter for mode-
 DUV lithography để tích hợp vào các mạch quang tử division multiplexing transmission,” J. Lightwave Technol. 30, 
 2421–2426 (2012). 
 và thực hiện các ứng dụng truyền dẫn quang trong các [6] Y. Li et al., “Compact two-mode (de)multiplexer based on 
 hệ thống kết hợp MDM-WDM. symmetric Y-Junction and multimode interference waveguides,” 
 Opt. Express 22, 5781–5786 (2014). 
 [7] D. C. Truong, D. A. Vu, and C. V. Hoang, “Two mode - (de) 
 muxer based on a symmetric y junction coupler, a 2 × 2 MMI 
 coupler and a ridge phase shifter using silicon waveguides for 
 WDM applications,” Commun. Phys. 27, 327–338 (2017). 
 [8] Yu .Y et al, “Integrated switchable mode exchange for 
 reconfigurable mode-multiplexing optical networks” vol. 41, no. 14, 
 Optics Letters, July 15 2016. 
 [9] L. D. T. Ho et al., “Reconfigurable Mode Converter Using Two 
 Silicon Y-Junction Couplers for Mode Division Multiplexing 
 Network”, 2018 5th NAFOSTED Conference on Information and 
 Computer Science (NICS), pp.24-29. 
 [10] H. Ye et al., “Ultra-Compact Waveguide-Integrated TE-Mode 
 Converters with High Mode Purity by Designing Ge/Si Patterns,” 
 IEEE Photonics J., vol. 11, no. 4, 2019. 
 [11] B. Stern et al., “On-chip mode-division multiplexing switch,” 
 Optica, vol. 2, no. 6, p. 530, 2015. 
 [12] R. B. Priti and O. Liboiron-Ladouceur, “Reconfigurable and 
 Scalable Multimode Silicon Photonics Switch for Energy Efficient 
 Hình 7. IL và CrT của thiết bị như các hàm số của sai số Mode-division-multiplexing Systems,” J. Light. Technol., vol. 37, 
 no. 15, pp. 3851–3860, 2019. 
 chiều dài LMMI. 
 [13] R . B. Priti, H. P. Bazargani, Y. Xiong, and O. Liboiron-
 Ladouceur, “Mode selecting switch using multimode interference 
 for on-chip optical interconnects,” Opt. Lett., vol. 42, no. 20, pp. 
 4131–4134, 2017. 
 [14] R. B. Priti, F. Shokraneh, and O. Liboiron-Ladouceur, “Scalable 
 2 × 2 Multimode Switch for Mode- Multiplexed Silicon Photonics 
 Interconnects,” in 2018 Asia Communications and Photonics 
 Conference (ACP), 2018, pp. 1–3. 
 [15] T. Barwicz, M. R. Watts, M. A. Popovic, P. T. Rakich, L. 
 Socci, F. X. Kartner, E. P. Ippen, and H. I. Smith, “Polarization-
 transparent microphotonic devices in the strong confinement limit,” 
 Nat. Photonics 1, 57-60 (2007). 
. 
 BỘ ĐỊNH TUYẾ N CHO HAI MODE Á NH SÁ NG PHÂN CỰ C TM DÙ NG VẬT LIỆU SOI 
 [16] L. M. Augustin, J. J. G. M. van der Tol, R. Hanfoug, W. J. M. [23] Maegami. Y et al, “High-efficiency strip-loaded waveguide 
 de Laat, M. J. E. van de Moosdijk, P. W. L. van Dijk, Y. S. Oei, based silicon Mach-Zehnder modulator with vertical p-n junction 
 and M. K. Smit, “A single etch-step fabrication-tolerant phase shifter ”, Optics Express , 2017, vol. 25, pp. 31407 - 31416. 
 polarization splitter,” J. Lightwave Technol. 25, 740-746 (2007). [24] J. D. Love et al, “Single-, Few-, and Multimode Y-Junctions,” 
 [17] D. Q. Duy et al, Polarization-insensitive two-mode (de)- vol. 30, no. October, pp. 304–309, 2015. 
 multiplexer using silicon-on-insulator-based Y-Junction 360 and [25] L. B. Soldano and E. C. M. Pennings,“Optical multi-mode 
 multimode interference couplers, Optical Engineering 58(6) (2019) interference devices based on self-imaging: principles and 
 067105. applications,” J. Lightwave Technol. 13, 615–627 (1995). 
 [18] J.Wang et al, Improved 8-channel silicon mode demultiplexer with [26] Z. Lu et al., “Performance prediction for silicon photonics 
 grating polarizers, Optics Express 22 (2014) 12799–12807. integrated circuits with layout-dependent correlated manufacturing 
 [19] Dai .D, Wang . J and Shi .Y, “Silicon mode (de)multiplexer variability,” Opt. Express, vol. 25, no. 9, pp. 9712–9733, 2017. 
 enabling high capacity photonic networks-on-chip with a single- [27] Bogaerts W, Xing Y and Khan U, " Layout-aware variability 
 wavelength-carrier light”, Opt Lett. 2013 May 1;38(9):1422-4. analysis, yield prediction and optimization in photonic integrated 
 [20] Yuan .W et al, “ Mode-evolution-based polarization rotator- circuits", IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 25 6100413, 
 splitter design via simple fabrication process”, Opt Express. 2012 2019. 
 Apr 23;20(9):10163-9. 
 [21] Liu. L et al, “Design of a compact silicon-based TM-polarized 
 mode-order converter based on shallowly etched structures”, Appl 
 Opt. 2019 Nov 20;58(33):9075-9081. 
 [22] Zhu .C et al, “A compact silicon-based TM0-to-TM2 mode-order 
 converter using shallowly-etched slots”, Journal of Optics, 22, 
 .015802, 2019. 
 SILICON-ON-INSULATOR-BASED TWO-MODE 
 ROUTER FOR TRANSVERSE-MAGNETIC- 
 POLARIZED LIGHT 
 Abstract: A TM-polarized two-mode router based Tác giả Hồ Đứ c Tâm Linh: 
 on the mode (de)multiplexers in form of rid waveguide nhận bằng Đại học từ trườ ng 
 using SOI platform that is flexibly controlled by an Đại học Khoa học Huế, Huế, 
 active Phase shifter (PS). Beside of PS, the proposed Việt Nam, năm 2009 và 
 device is built on the basic couplers including a Y- bằng Thạc sĩ tại trườ ng Đại 
 Junction and a Multimode interference (MMI). By using học Kỹ thuật và Công nghệ - 
 the numerically simulated methods (3D-BPM và EIM), Đại học Quốc gia, Hà Nội, 
 the proposed device is demonstrated to be able to Việt Nam, vào năm 2014. 
 operate in the large range of wavelength covering the Hiện anh đang theo học Tiến 
 entire C, L bands and over the third of the S band along sĩ tại trườ ng Đại học Bách 
 with the Insertion loss (IL) and the Crosstalk are - 2.58 khoa-Đại học Đà Nẵng, Việt 
 dB < IL < - 0.21 dB and -20.45 dB < CrT < -44.7 dB, Nam. Nghiên cứu của ông 
 respectively. In addition, owning the size of 4 μm × 208 bao gồm mang̣ truyền thông quang học, xử lý tín hiệu 
 μm and the relatively large tolerance make it easily quang học và mạch tích hợp quang tử 
 compatible for the current integrated-circuit fabrication 
 technologies and then it can be applied in photonic 
 circuits inside the combined systems MDM-WDM. Tác giả Nguyêñ Tấ n Hưng: 
 nhận bằng Đại học từ Trườ ng 
 Keywords- ridge waveguide, multimode Đại học Bách Khoa - Đaị hoc̣ 
 interference, polarization mode dispersion, silicon on Đà Nẵng, năm 2003, anh 
 insulator, silicon photonics, transverse electric, nhâṇ bằng Thạc sĩ và Tiến sĩ 
 transverse magnetic, beam propagation method, của Đại học Điện tử-Thông 
 effective index method. tin, Tokyo, Nhật Bản, vào các 
 năm 2009 và 2012. Từ năm 
 2012 đến 2016, anh là nhà 
 Tác giả Dương Quang Duy nghiên cứu của Viện Khoa 
 nhận bằng Đại học và Thạc sĩ học và Công nghệ Công 
 về kỹ thuật điện tử viễn thông nghiệp Tiên tiến Quốc gia, 
 của Đại học Bách Khoa - Đaị Tsukuba, Nhật Bản, nơi anh làm việc về các công nghệ 
 hoc̣ Đà Nẵng, Việt Nam vào mạng quang cực nhanh vớ i hiệu suất phổ cao và phát triển 
 các năm 2007 và 2015. Hiện bộ chuyển đổi bước sóng toàn quang. Anh hiện là Phó Giáo 
 anh đang theo học Tiến sĩ điện sư, Giảng viên Khoa Điện tử-Viễn thông, Trường Đại học 
 tử viễn thông tại Học viện Bách Khoa và là Trưởng Ban biên tập Tạp chí Khoa học và 
 Công nghệ Bưu chính Viễn Công nghệ, Đại học Đà Nẵng. Nghiên cứu của anh bao gồm 
 thông, Hà Nội, Việt Nam. mạng và hệ thống thông tin quang, xử lý tín hiệu toàn 
 Nghiên cứu của anh là về các quang và mạch tích hợp quang tử. Anh cũng là thành viên 
 mạch tích hợp quang tử cho của IEEE.. 
các kết nối viễn thông và trên chip. Tác giả được hỗ trợ bởi 
chương trình học bổng tiến sĩ trong nước của Quỹ đổi mới 
Vingroup với mã số VINIF.2019.TS.16. 
 Dương Quang Duy, Hồ Đức Tâm Linh, Nguyễn Tấn Hưng . 
 Tác giả Trương Cao Dũng: 
 nhận các bằng Đại học, Thạc 
 sĩ và Tiến sĩ của trườ ng Đại 
 học Bách Khoa Hà Nội, Việt 
 Nam, lần lượt vào các năm 
 2003, 2006 và 2015. Anh 
 hiện là Giảng viên khoa Kỹ 
 thuật điện tử, Học viện Công 
 nghệ Bưu chính Viễn thông 
 (PTIT), Hà Nội, Việt Nam. 
 Các nghiên cứu của ông bao 
 gồm các mạch tích hợp 
photonic, plasmonics và hệ thống thông tin quang. 
 Tác giả Đăng̣ Hoài Bắ c: 
 nhận bằng Đại học từ 
 trườ ng Đại học Bách khoa 
 Hà Nội, Việt Nam, vào 
 năm 1997, các bằng Thạc sĩ 
 và Tiến sĩ của Học viện 
 Công nghệ Bưu chính Viễn 
 thông (PTIT), Hà Nội, Việt 
 Nam, lầ n lươṭ vào các năm 
 2004 và 2010. Năm 2007, 
 Anh là thưc̣ tâp̣ sinh taị 
 Viêṇ nghiên cứu Điện tử và 
 Viễn thông, Daejeon, Hàn Quốc. Từ năm 2009 đến 
 2010, anh làm Nghiên cứ u viên tại Orange Lab, France 
 Telecom R & D, Paris, France. Anh hiện là Phó giáo sư 
 / Phó giám đốc tại PTIT. Các nghiên cứu hiện tại của 
 anh bao gồm các lĩnh vực điều khiển tự động, xử lý tín 
 hiệu, hệ thống nhúng và mạch tích hợp. 
 .