Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

Аннотации (09.2020) : Электрооптический модулятор направленной связи на основе поверхностных плазмон-поляритонов для кольцевых оптических сетей на кристалле

Электрооптический модулятор направленной связи на основе поверхностных плазмон-поляритонов для кольцевых оптических сетей на кристалле

УДК 535.8; 004.27; 537.5

 

© 2020 г.      Liang Zhi-Xun, Xu Chuan-Pei, Zhu Ai-Jun, Hu Cong, Du She-Hui, Zhao Chun-Xia

Электрооптические модуляторы являются ключевыми компонентами оптических сетей на кристалле. Разработан электрооптический модулятор направленной связи на основе поверхностных плазмон-поляритонов, позволяющий избавиться от таких недостатков, характерных для традиционных электрооптических устройств (например, кольцевых микрорезонаторов), как значительные площади опорных поверхностей, низкая термическая стабильность и невысокие частоты модуляции. Построена теория его работы на основе метода связанных мод. Модулятор обеспечивает управление изменением концентрации носителей в материале, активированном оксидом индия-олова, путем подачи электрического напряжения, что приводит к изменению коэффициента преломления в пленке. Для анализа передачи сигнала от модулятора в оптическую сеть на кристалле используется теория связанных мод. Данный тип модулятора подходит для оптических сетей на кристалле с кольцевой топологией. Для моделирования и анализа использована трехмерная схема конечных разностей во временной области, исследованы оптимизационные параметры структуры. Показана работа устройства на длине волны 1550 нм с эффективностью связи более 90%, потерями на вводе 1,17 дБ, коэффициентом экстинкции 15,4 дБ, при частоте модуляции до 0,75 Тбит/с. Габариты устройства 3,8ґ3,2ґ1,2 мкм.

Результаты работы предоставляют теоретический базис для конструирования электрооптических модуляторов для направленной связи на основе поверхностных плазмон-поляритонов для применения в кольцевых оптических сетях на кристалле.

Ключевые слова: электрооптический модулятор, поверхностные плазмон-поляритоны, кольцевые оптические сети на кристалле, оксид индия-олова, метод конечных разностей во временной области, кремниевая фотоника

 

 

Directional coupling surface plasmon polaritons electro-optic modulator for optical ring networks-on-chip

© 2020   Liang Zhi-Xun*, **, ***, Xu Chuan-Pei*, ***, Zhu Ai-Jun*, ***, Hu Cong*, ***, Du She-Hui*, ***, Zhao Chun-Xia*, ***

*     School of Electronic Engineering and Automation, Guilin University of Electronic Technology, Guilin, Guangxi, China

**   School of Computer and Information Engineering, Hechi University, Yizhou, Guangxi, China

*** Guangxi Key Laboratory of Automatic Detecting Technology and Instruments, Guilin, Guangxi, China

E-mail: xcp@guet.edu.cn

Submitted 20.04.2020

DOI:10.17586/1023-5086-2020-87-09-54-69

Electro-optic modulators are essential components of the optical network-on-chip. To resolve the large footprints, poor thermal stability, and low modulation rate of traditional optoelectronic devices such as micro-ring resonators, a directional coupled electro-optic modulator based on surface plasmon polaritons and coupled mode theory is designed. The modulator controls the change in carrier concentration of indium tin oxide activated material film by applying a voltage to realize electro-optic control. The modulator uses coupled-mode theory to couple the modulated optical signal into a ring waveguide. This type of modulator is suitable for an optical-on-chip network with an optical ring network-on-chip topology. The results show that the device operates at  1550 nm wavelength with a coupling efficiency of more than 90%, the insertion loss is 1.17 dB, the extinction ratio is 15.4 dB, the modulation rate is up to 0.75 Tbit/s, and the size is only 3.8ґ3.2ґ1.2 µm.

Keywords: electro-optic modulator, surface plasmon polariton, optical ring network-on-chip, indium tin oxide, finite difference time domain, silicon photonics.

OCIS codes: 230.4110, 240.6680

 

REFERENCES

1.    Donoho D.L. Compressed sensing // IEEE Trans. Inf. Theory 2006. V. 52. № 4. P. 1289–1306.

2.   Paczkowski L.W., Balmakhtar M. Hardware-trusted network-on-chip (NOC) and system-on-chip (SOC) network function virtualization (NFV) data communications // U.S. Patent 10,318,723. Nov. 6, 2019.

3.   Chen K., Li X., Gu H., Song L. Optical network-on-chip, optical router, and signal transmission method // U.S. Patent Application 10/250,958. Feb. 2, 2019.

4.   Le Beux S., Trajkovic J., O’Connor I., Nicolescu G. Layout guidelines for 3D architectures including optical ring network-on-chip (ORNoC) // 2011 IEEE/IFIP 19th Internat. Conf. VLSI and System-on-Chip. IEEE. 2011. P. 242–247.

5.   Cerutti I., Acmad M.N.A., Reyes R., Castoldi P., Andriolli N. Scheduling in multi-wavelength ring-based optical networks-on-chip // J. Opt. Commun. Netw. 2018. V. 10. № 4. P. 322–331.

6.   Wang K., Wang K., Yang Y., Wang Y., Gu H. Layout optimization methodology for ring-based on-chip optical network // IEICE Electron. Exp. 2019. V. 16. № 20. P. 20190458.

7.    Wang X., Gu H., Yang Y., Wang K., Hao Q. RPNoC: A ring-based packet-switched optical network-on-chip // IEEE Photonics Technol. Lett. 2015. V. 27. № 4. P. 423–426.

8.   Thelakkat H.M. Performance and energy evaluation of parallelization strategies for network on chip communication architectures: Case study of canny edge detector application // Diss. Concordia University, 2018.

9.   Hu Y.C., Chen H.M., Zhou H.T. Mach-Zehnder modulator based on photonic crystal and nanowire waveguide // J. Infrared Millim. Waves. 2018. V. 38. № 4. P. 499–507.

10. He M., Xu M., Ren Y., Jian J., Ruan Z., Xu Y., Gao S., Sun S., Wen X., Zhou L., Liu L., Guo C., Chen H., Yu S., Liu L., Cai X. High-performance hybrid silicon and lithium niobate Mach-Zehnder modulators for 100 Gbit s-1 and beyond // Nat. Photonics. 2019. V. 13. № 5. P. 359–364.

11.  Yue W.C., Yao P.J., Chen X.L., Tao R.X. Hybrid dual wedge plasmonic waveguide with long-range propagation and subwavelength mode confinement // J. Infrared Millim. Waves. 2018. V. 37. № 6. P. 663–667.

12.  Badr M.M., Abdelatty M.Y., Swillam M.A. Ultra-fast silicon electro-optic modulator based on ITO-integrated directional coupler // Phys. Scr. 2019. V. 94. № 6. P. 065502.

13.  Tahersima M.H., Ma Z., Gui Y., Sun S., Wang H., Amin R., Dalir H., Chen R., Miscuglio M., Sorger V.J. Coupling-enhanced dual ITO layer electro-absorption modulator in silicon photonics // Nanophotonics. 2019. V. 8. № 9. P. 1559–1566.

14.  Kuang Y., Liu Y., Tian L., Han W., Li Z. A dual-slot electro-optic modulator based on an epsilon-near-zero oxide // IEEE Photonics J. 2019. V. 11. № 4. P. 1–12.

15.  Cooper M.L., Mookherjea S. Numerically-assisted coupled-mode theory for silicon waveguide couplers and arrayed waveguides // Opt. Exp. 2009. V. 17. № 3. P. 1583–1599.

16.  Bellanca G., Orlandi P., Bassi P. Assessment of the orthogonal and non-orthogonal coupled-mode theory for parallel optical waveguide couplers // JOSA A. 2018. V. 35. № 4. P. 577–585.

17.  Jin L., Chen Q., Liu W., Song S. Electro-absorption modulator with dual carrier accumulation layers based on epsilon-near-zero ITO // Plasmonics. 2015. V. 11. № 4. P. 1087–1092.

18.  Kim J.T. Silicon optical modulators based on tunable plasmonic directional couplers // IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 2015. V. 21. № 4. P. 184–191.

19.  Kim J.-S., Kim J.T. Silicon electro-optic modulator based on an ITO-integrated tunable directional coupler // J. Phys. D. Appl. Phys. 2016. V. 49. № 7. P. 075101.

20. Abdelatty M.Y., Badr M.M., Swillam M.A. Compact silicon electro-optical modulator using hybrid ITO tri-coupled waveguides // J. Light. Technol. 2018. V. 36. № 18. P. 4198–4204.

21.  Farhan M.S., Zalnezhad E., Bushroa A.R., Sarhan A.A.D. Electrical and optical properties of indium-tin oxide (ITO) films by ion-assisted deposition (IAD) at room temperature // Int. J. Precis. Eng. Manuf. 2013. V. 14. № 8. P. 1465–1469.

22. Li Z.-Q., Yue Z., Bai L.D., Liu T.L., Feng D.D., Gu E.D., Li W.C. Metal ridge-triangular semiconductor of mixed surface plasma waveguide // J. Infrared Millim. Waves. 2017. V. 36. № 6. P. 761–766.

23. FDTD Solutions. Lumerical’s Nanophotonic FDTD Simulation Software.

24. Sun S., Narayana V.K., Sarpkaya I., Crandall J., Soref R.A., Dalir H., El-Ghazawi T., Sorger V.J. Hybrid photonic-plasmonic nonblocking broadband 5ґ5 router for optical networks // IEEE Photonics J. 2018. V. 10. № 2. P. 1–12.

25. Koch U., Hoessbacher C., Niegemann J., Hafner C., Leuthold J. Digital plasmonic absorption modulator exploiting epsilon-near-zero in transparent conducting oxides // IEEE Photonics J. 2016. V. 8. № 1. P. 1–13.

26. Kim H.J., Lee S.H., Lee D., Lee A.R., Lim K.-J., Shin W.-S., Kim J. Improvement of ohmic contact between the indium tin oxide and copper-plated contact of solar cells by using the Cu–Sn alloy film // J. Nanosci. Nanotechnol. 2020. V. 20. № 1. P. 245–251.

27.       Liu E.K., Zhu B.S., Luo J.S. The physics of semiconductors. Beijing: Electronic Industry Press, 2017.

 

/:0>iXL ��� A.A., Plotnikov M.Y., Ashirov A.N., et al. The method for protection of sensitive fiber optic components from environmental noise and vibration impacts // 2019 IEEE Internat. Conf. Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). 2019. P. 305–307.

 

38. Poulsen C.V., Hansen L.V., Sigmund O., et al. Articles comprising an optical fibre with a fibre Bragg grating and methods of their production // Патент США 7809029. 2010.

39. Vlasov A.A., Plotnikov M.Yu., Volkovsky S.A., et al. Development of the passive vibroacoustic isolation system for the path matched differential interferometry based fiber-optic sensors // Optical Fiber Technol. 2020. V. 57. P. 102241.  

40. Cielo P.G. Fiber optic hydrophone: Improved strain configuration and environmental noise protection // Appl. Opt. 1979. V. 18. № 17. P. 2933–2937.

41.  Waagaard O.H., Rønnekleiv E., Forbord S., et al. Suppression of cable induced noise in an interferometric sensor syste // 20th Internat. Conf. Optical Fibre Sensors. 2009. V. 7503. P. 75034Q.

42. Baney D.M., Van Wiggeren G.D., Motamedi A. Vibration noise mitigation in an interferometric system // Патент США 6825934. 2004.

43.      Иванов Н.И., Шашурин А.Е. Защита от шума и вибрации. СПб: Печатный цех, 2019. 284 с.

 

 

Полный текст