i
PEMODULAT OPTIK INTERFEROMETER MACH ZEHNDER (MZI)SUNTIKAN PEMBAWA DI ATAS SILIKON-DI ATAS- PENEBAT (SOI)
HANIM BINTI ABDUL RAZAK
TESIS YANG DIKEMUKAKAN UNTUK MEMPEROLEH IJAZAH DOKTOR FALSAFAH
INSTITUT KEJURUTERAAN MIKRO DAN NANOELEKTRONIK UNIVERSITI KEBANGSAAN MALAYSIA
BANGI
ii
PENGAKUAN
Saya akui karya ini adalah hasil kerja sendiri kecuali nukilan dan ringkasan yang tiap-tiap satunya telah saya jelaskan sumbernya.
1 Julai 2014 HANIM BINTI ABDUL RAZAK
iii
PENGHARGAAN
Syukur ke hadrat Ilahi kerana dengan limpah dan kurnianya, dapat saya menyiapkan tesis ini dengan jayanya. Jutaan terima kasih dirakamkan kepada penyelia utama saya, Prof Dr Sahbudin Shaari di atas segala bantuan dan bimbingan yang telah diberikan sepanjang penyelidikan ini. Ribuan terima kasih juga diucapkan kepada penyelia bersama saya, Prof Madya Dr P. Susthitha Menon atas dorongan dan bantuan yang telah dihulurkan. Penghargaan juga ingin ditujukan kepada Pengarah Institut Kejuruteraan Mikro dan Nanoelektronik (IMEN), Datuk Prof Dr Burhannudin Yeop Majlis, serta semua kakitangan, pelajar, pegawai penyelidik di IMEN atas sokongan padu serta galakan untuk menyiapkan penyelidikan ini.
Ucapan terima kasih juga ingin dirakamkan kepada Dekan Pusat Pengajian Siswazah (PPS) serta semua kakitangan PPS atas dorongan yang dihulurkan. Saya juga merasa terhutang budi kepada Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM) dan Kementerian Pengajian Tinggi (KPT) atas bantuan kewangan sepanjang penyelidikan ini. Kajian ini merupakan tajaan daripada Universiti Kebangsaan Malaysia di bawah geran OUP-NBT-119/2011, Industri-2011-015, GUP-2012-012 dan UKM-OUP-NBT-27-118/2012.
Saya juga berterima kasih kepada Prof Dr Apte Prakash (IIT Madras), Dr Fauziyah Salehudin (UTeM), Dr Sharizal (TMRnD) dan Dr. Eric (IMRE Singapura) di atas pandangan dan nasihat yang diberikan mengenai penyelidikan ini.
Terima kasih juga diucapkan kepada kakitangan dan pelajar dari Makmal Teknologi Fotonik terutamanya Hayati Husin, Dr Hesham, Dr Abang Annuar, Dr Norhana, Juliana, Khatijah, Azimah, Mastang, Sabiran, Zikri dan Syafik di atas sokongan, pandangan dan pendapat yang diberikan.
Kepada rakan-rakan seperjuangan, Hazura, Wan Maisarah, Affa Rozana serta Allahyarhamah Mardiana, kenangan susah dan senang bersama kalian tidak akan dilupakan selamanya. Al-Fatihah untuk Allahyarhamah; moga sentiasa dicucuri rahmat olehNya.
iv
ABSTRAK
v
CARRIER INJECTION MACH ZEHNDER INTERFEROMETER (MZI) OPTICAL MODULATOR ON SILICON-ON-INSULATOR (SOI)
ABSTRACT
vi
KANDUNGAN
Halaman
PENGAKUAN ii
PENGHARGAAN iii
ABSTRAK iv
ABSTRACT v
KANDUNGAN vi
SENARAI JADUAL ix
SENARAI RAJAH x
SENARAI SIMBOL xiii
SENARAI SINGKATAN xv
BAB I PENGENALAN 1.1 Latar Belakang 1
1.2 Motivasi Kajian 4
1.3 Objektif Kajian 5
1.4 Skop Kajian 5
1.5 Metodologi Kajian 7
1.6 Organisasi Tesis 7
BAB II PEMODULAT PANDU GELOMBANG 2.1 Latar Belakang 9
2.2 Komponen- Komponen Sistem Gelombang Cahaya 11
2.3 Litar Planar Gelombang Optik (PLC) 14
2.4 Bahan Silikon Di Atas Penebat (SOI) 15
2.5 Pandu Gelombang Optik 17
2.6 Jenis – Jenis Pandu Gelombang 21
2.7 Simulasi Pandu Gelombang 22
2.8 Syarat Mod Tunggal 22
2.9 Pandu Gelombang Interferen Mod Pelbagai (MMI) 23
vii
2.11 Pemodulat Optik MZI 29
2.12 Pemodulat Fasa Kesan Serakan Plasma 32
2.13 Diod P-I-N 38
2.14 Struktur Optik Interferometrik Untuk Modulasi Intensiti 40
2.15 Kaedah Optimasi Taguchi 43
2.15.1 Tatasusun Ortogon 44
2.15.2 Analisis data eksperimen 45
2.16 Rumusan 47
BAB III METODOLOGI
3.1 Latar Belakang 48
3.2 Simulasi Dan Pencirian Pemodulat Fasa Suntikan Pembawa 49 3.3 Simulasi Dan Pencirian Pemodulat Optik MZI Suntikan Pembawa 51 3.4 Pengoptimasian Peranti Menggunakan Kaedah Statistik 53
3.5 Ringkasan 55
BAB IV REKABENTUK PEMODULAT PANDU GELOMBANG
4.1 Pengenalan 56
4.2 Pemodulat Fasa Suntikan Pembawa 56
4.2.1 Rekabentuk Pandu Gelombang 57
4.2.2 Rekabentuk Pemodulat Fasa Suntikan Pembawa 58 4.2.3 Proses Fabrikasi Pemodulat Optik MZI Suntikan
Pembawa 59
4.3 Pemodulat Optik MZI Suntikan Pembawa Di Atas SOI 66
4.3.1 Rekabentuk Pandu Gelombang MZI 67
4.3.2 Rekabentuk Pemodulat Optik MZI Suntikan Pembawa 67
4.4 Ringkasan 71
BAB V PENCIRIAN DAN OPTIMASI
5.1 Pengenalan 72
5.2 Pencirian Pemodulat Fasa Suntikan Pembawa 72
viii
5.3.1 Analisis Hubungan Perubahan Faktor Rekabentuk Terhadap
Prestasi Pemodulat 80
5.4 Optimasi Prestasi Peranti 103
5.4.1 Optimasi Kehilangan Sisipan 105
5.4.2 Optimasi ER 107
5.4.3 Optimasi Kecekapan Modulasi 109
5.4.4 Pemilihan Parameter-Parameter Untuk Prestasi Optimum
Keseluruhan 110
BAB VI KESIMPULAN
6.1 Kesimpulan Kajian 114
6.2 Sumbangan Kajian 115
6.3 Cadangan Masa Hadapan 116
RUJUKAN 117
LAMPIRAN
A Senarai Penerbitan 123
B Kod Pengaturcaraan Athena Dan Atlas 126
C Jadual Data 129
ix
SENARAI JADUAL
No. Jadual Halaman
2.1 Pemodulat MZI di atas SOI dengan peranti pemisah yang 32
berbeza-beza 2.2 Ciri-ciri pemodulat optik MZI dan MRR 42
2.3 Tatasusun ortogon piawai untuk L8,L9,L18 dan L27 45
3.1 Nilai parameter yang digunakan dalam simulasi ATHENA 51
3.2 Nilai parameter yang digunakan dalam simulasi OptiBPM 53
4.1 Cadangan resipi fabrikasi 60
5.1 Keputusan simulasi pemodulat fasa suntikan pembawa 75
5.2 Prestasi pemodulat dengan lebar MMI yang berbeza 82
5.3 Keputusan simulasi untuk pandu gelombang berlainan dalam rekabentuk pemodulat MZI 88
5.4 Keputusan simulasi untuk nilai voltan pincangan yang berbeza untuk kesan modulasi suntikan pembawa 91
5.5 Prestasi pemodulat untuk nilai panjang pemodulat fasa yang berbeza 96
5.6 Prestasi pemodulat optik MZI dengan panjang lengan pasif yang berbeza 100
5.7 Tatasusun L8 Taguchi 104
5.8 Nilai aras 105
5.9 Keputusan tatasusun L8 Taguchi untuk kehilangan sisipan 105
5.10 Peratus kesan setiap faktor untuk kehilangan sisipan 106
5.11 Keputusan tatasusun L8 Taguchi untuk ER 107
5.12 Peratus kesan setiap faktor untuk ER 108
5.13 Keputusan tatasusun L8 Taguchi untuk kecekapan modulasi 109
5.14 Peratus kesan setiap faktor untuk kecekapan modulasi 110
5.15 Ujian pengesahan 111
x
SENARAI RAJAH
No. Rajah Halaman
1.1 Carta alir skop kajian 6
1.2 Kerangka penulisan 8
2.1 Carta skop kajian literatur 10
2.2 Sistem am dalam sistem gelombang cahaya 11
2.3 Komponen-komponen dalam sebuah pemancar optik 12
2.4 Komponen-komponen dalam sebuah penerima optik 12
2.5 Blok diagram sistem komunikasi WDM 13
2.6 Contoh skematik PLC yang digunakan untuk modulasi laser 14
2.7 Pandu gelombang planar SOI 17
2.8 Klasifikasi pandu gelombang optik 18
2.9 Pembiasan cahaya melalui dua medium 19
2.10 Pantulan dalaman penuh pada dua antaramuka, konsep pandu gelombang yang mana n1>n2 19
2.11 Struktur pandu gelombang saluran 21
2.12 Keratan rentas pandu gelombang rusuk 23
2.13 Struktur peranti MMI 24
2.14 Pembinaan imej diri tunggal dan dua-lipat sepanjang pandu gelombang 25
2.15 Skematik pandu gelombang interferometer Mach Zehnder 28
2.16 Pemodulat optik MZI dengan pemodulat fasa ditunjukkan 29
2.17 Graf anjakan fasa 30
2.18 Struktur pemodulat fasa serakan plasma 35
2.19 Rajah skematik diod p-i-n 39
2.20 Graf ciri arus melawan voltan bagi diod p-i-n/ p-n 40
2.21 Rajah skematik pemodulat MZI, keratan rentas p-i-n ditunjukkan 42
2.22 Pandangan atas skematik sebuah pemodulat MRR, keratan rentas p-i-n ditunjukkan 42
3.1 Carta alir metodologi kajian 50
3.2 Skematik litar analisis optik 52
xi
4.2 Pandu gelombang rusuk bersama dimensi yang digunakan
dalam kajian 57
4.3 Plot ketinggian mod tunggal pandu gelombang yang dipilih 58 4.4 Peta imej mod tunggal pandu gelombang yang dipilih 58 4.5 Simulasi struktur keratan rentas pemodulat fasa dengan perigi n+ dan
p+ 59
4.6 Aliran kajian pemodulat optik intensiti MZI suntikan pembawa 66 4.7 Rajah skematik pandu gelombang MZI 67 4.8 Rajah skematik pemodulat optik MZI suntikan pembawa 68 4.9 Rekabentuk pemisah MMI 1 x 2 di dalam perisian OptiBPM, untuk We
= 22 m dan Lπ= 1436 m. 69
4.10 Simulasi pemisah MMI 1 x 2, untuk We = 22 m dan Lπ= 1436 m 69
4.11 Rekabentuk pengganding MMI 2 x1 di dalam perisian OptiBPM, untuk
We = 30 m dan Lπ= 2671 m. 70
4.12 Simulasi pemisah MMI 2 x 1, untuk We = 30 m dan Lπ= 2671 m 70 5.1 Suntikan elektron dan lubang sepanjang bahagian mendatar (y =
4.5 m) dalam keadaan pincangan = 1.0 V 74
5.2 Graf arus keluaran melawan masa fana 75
5.3 Graf perubahan indeks biasan melawan voltan pincangan hadapan 76 5.4 Graf kehilangan resapan melawan voltan 77
5.5 Graf kelajuan modulasi melawan voltan 77
5.6 Litar analisis statik dalam simulasi OptiSys 79 5.7 Transmisi spektrum pemodulat optik MZI dengan lebar MMI 38 m
untuk voltan pincangan 0 V dan 0.85 V 80
5.8 Transmisi spektrum pemodulat optik MZI dengan lebar MMI 30 m untuk voltan pincangan 0 V dan 0.85 V 81 5.9 Transmisi spektrum pemodulat optik MZI dengan lebar MMI 22 m
xii
5.13 Anjakan spektrum pemodulat MZI dengan pandu gelombang 3 m 86 5.14 Anjakan spektrum pemodulat MZI dengan pandu gelombang 4 m 86 5.15 Anjakan spektrum pemodulat MZI dengan pandu gelombang 5 m 87 5.16 Graf kehilangan sisipan melawan lebar pandu gelombang 88 5.17 Graf ER melawan lebar pandu gelombang 89 5.18 Graf kecekapan modulasi melawan lebar pandu gelombang 90 5.19 Anjakan spektrum pemodulat MZI dengan MMI 38 untuk
beberapa nilai voltan pincangan 91
5.20 Graf kehilangan sisipan melawan voltan 92
5.21 Graf ER melawan voltan 93
5.22 Graf kecekapan modulasi melawan voltan 94
5.23 Anjakan spektrum pemodulat MZI dengan MMI 38 untuk
beberapa panjang pemodulat fasa 95 5.24 Graf kehilangan sisipan melawan panjang pemodulat fasa 96
5.25 Graf ER melawan panjang pemodulat fasa 97
5.26 Graf kecekapan modulasi melawan panjang pemodulat fasa 98
5.27 Anjakan spektrum pemodulat MZI dengan MMI 38 untuk 99 panjang lengan pasif 1180 m
5.28 Anjakan spektrum pemodulat MZI dengan MMI 38 untuk
panjang lengan pasif 1300 µm 99
5.29 Anjakan spektrum pemodulat MZI dengan MMI 38 untuk
panjang lengan pasif 1500µm 100
5.30 Graf kehilangan sisipan melawan panjang lengan pasif 101
5.31 Graf ER melawan panjang lengan pasif 102
5.32 Graf kecekapan modulasi melawan panjang lengan pasif 103
5.33 Aliran kajian optimasi prestasi peranti 104
5.34 Plot kesan utama untuk nisbah isyarat dan hingar untuk
kehilangan sisipan 106
5.35 Plot kesan utama untuk nisbah isyarat dan hingar untuk ER 108 5.36 Plot kesan utama untuk nisbah isyarat dan hingar untuk
xiii
SENARAI SIMBOL
c halaju cahaya dalam vakum e cas elektronik
E1 medan elektrik pada lengan 1
E2 medan elektrik pada lengan 2
f3dB lebar jalur modulasi
H tinggi dari substrat silikon ke permukaan h tinggi pandu gelombang
Imax intensiti maksimum penghantaran
Imin intensiti minimum penghantaran
Lπ panjang pemodulat fasa yang diperlukan untuk anjakan fasa sebanyak π radian n indeks biasan
n1 indeks biasan medium 1
n2 indeks biasan medium 2
Ne kepekatan lubang yang bebas
Nh kepekatan elektron yang bebas
r pekali biasan kompleks rTE pekali biasan kompleks TE
rTM pekali biasan kompleks TM
Rx penerima
SiO2 silikon oksida
ST intensiti pada pandu gelombang
tr masa naik
Tx penghantar
VπLπ kecekapan modulasi
Vπ nilai voltan yang diperlukan untuk mendapatkan anjakan fasa sebanyak π
radian
Yi ciri sambutan eksperimen
min
e kebolehgerakan elektron h kebolehgerakan lubang
xiv
θ2 sudut
θc sudut genting
ε0 kebertelusan ruang bebas
λ0 panjang gelombang ruang bebas
τp jangka hayat lubang
τn jangka hayat elektron
η nisbah S/N
σ varians
n perubahan indeks biasan
ne perubahan kepekatan elektron bebas
nh perubahan kepekatan lubang bebas
ϕ anjakan fasa
λ anjakan panjang gelombang
xv
SENARAI SINGKATAN
ANOVA Analysis Of Variance
AWG Arrayed Waveguide Grating
BPM Beam Propagation Method
CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
CW Continuous Wave
DC Direct Current
DEMUX Demultiplexer
ER Extinction Ratio
ELO Epitaxial Lateral Overgrowth FDTD Finite Difference Time Domain
FSR Free Spectral Range
FFD Fractional Factorial Design
IR Infra Red
I-V Current-Voltage
LOC Lab-on-chip
LED Light Emitting Diode
MEMS Microelectromechanical System
MUX Multiplexer
MMI Multimode Interference
MRR Micro Ring Resonator
MOS Metal Oxide Semiconductor
MZI Mach Zehnder Interferometer OEIC Optoelectronic Integrated Circuit PLC Planar Lightwave Circuit
RC Resistance Capacitance
RSM Response Surface Methodology
S/N Signal-to-Noise
SRAM Static Random Access Memory
SOI Silicon-On-Insulator
TCAD Technology Computer Aided Design
0
TEM Transverse Electromagnetic Modes
TM Transverse Magnetic
TIR Total Internal Reflection ULSI Ultra Large Scale Integration WDM Wavelength Division Multiplexing
WWW World Wide Web
1
BAB I
PENGENALAN
1.1 LATAR BELAKANG
Kesesakan dalam trafik rangkaian telekomunikasi semakin meningkat disebabkan oleh penggunaan yang meluas dalam komunikasi multimedia seperti penggunaan world wide web (WWW), perbankan internet, rangkaian sosial media seperti facebook,
twitter, instagram dan lain-lain, penyebaran servis-servis interaktif seperti skype, permintaan atas video (video-on-demand) selain penggunaan youtube iaitu laman komunikasi awam atas talian yang begitu meluas (Iannone 2012). Maka, kapasiti rangkaian telekomunikasi seperti keupayaan jalur lebar dan capaian jarak rangkaian harus sentiasa dinaik taraf untuk memenuhi keperluan pengguna. Teknologi komunikasi gentian optik telah pun mendominasi kebanyakan talian penghantaran. Walaubagaimanapun, nod-nod rangkaian seperti pensuisan dan sambung silang masih bergantung pada teknologi elektrik. Teknologi elektrik mempunyai kelemahan kerana terdedah dengan masalah- masalah seperti penggunaan kuasa yang tinggi, hingar elektromagnetik, kelajuan litar yang rendah dan jalur lebar yang terhad. Keadaan ini akan memberi kesan pada prestasi keseluruhan rangkaian kerana nod- nod rangkaian akan mengehadkan prestasi keseluruhan rangkaian. Oleh itu, penggunaan teknologi optik untuk operasi multipleks dan penyahmultipleks (MUX/DEMUX) pada nod-nod rangkaian dilihat sebagai satu cara untuk mengatasi masalah ini (Benvenuto & Zorzi 2011).
2
pilihan yang praktikal. Dalam sistem ini, setiap isyarat optik mempunyai panjang elombang yang berlainan dan boleh diasingkan mengikut panjang gelombang masing-masing menggunakan elemen optik panjang gelombang terpilih. Situasi ini memungkinkan rangkaian WDM dibina dengan nod-nod rangkaian menggunakan teknologi optik sepenuhnya (Agrawal 2012).
Pemancar optik merupakan salah satu komponen dalam sistem komunikasi gentian optik dan terdiri daripada beberapa subkomponen iaitu pemacu, sumber optik, pemodulat dan pengganding saluran. Terdapat dua cara untuk mengintegrasikan subkomponen-subkomponen ini iaitu yang pertama, secara hibrid yakni menggunakan peranti-peranti berdiri-sendiri dan menyambungkan peranti-peranti tersebut untuk mendapatkan fungsi yang diingini. Cara yang kedua adalah penggunaan litar yang dikenali sebagai litar planar gelombang cahaya (PLC) yang mengintegrasikan kesemua subkomponen ini ke atas sebuah cip yang disambungkan oleh pandu gelombang. PLC mempunyai kelebihan dari segi keteguhan, sensitiviti kepada persekitaran yang rendah, kehilangan yang rendah, kos pempakejan yang kurang dan produksi skala besar yang lebih mudah (Takahashi 2003).
3
Pada kebiasaannya, peranti fotonik silikon dibina berasaskan silikon-di atas- penebat (SOI). Struktur SOI merujuk kepada lapisan kristal tunggal silikon yang dilapisi oleh lapisan oksida. Tujuan lapisan oksida ini adalah untuk bertindak sebagai pelapisan bawah bagi menghalang mod-mod optik dari menembusi substrat silikon yang berada di lapisan terbawah. Penggunaan pandu gelombang SOI untuk pembangunan peranti-peranti secara planar berpotensi untuk mengintegrasikan peranti-peranti ini dengan lebih padat. Ini membolehkan pandu gelombang menjadi lebih kecil disebabkan kontra indeks biasan yang tinggi antara silikon dan lapisan oksida (Reed 2004).
Kajian-kajian terkini menggunakan fotonik silikon dalam penghasilan peranti-peranti seperti sumber optik, pemodulat, pengesan, penderia, penyalun dan pelbagai subsistem lain membuktikan bahawa fotonik silikon merupakan bidang kajian yang aktif dan berpotensi (Cheben et al. 2010). Potensi fotonik silikon untuk integrasi peranti-peranti optik secara planar pula telah dibuktikan dengan laporan mengenai cip optik silikon berasaskan WDM yang telah direkabentuk, difabrikasi dan dicirikan. Cip ini berjaya mengintegrasikan secara planar jujukan lapan pemodulat silikon dengan DEMUX/MUX 8:1 berasaskan silikon (Liu et al. 2010).
4
tinggi (Reed et al. 2010). Maka, struktur suntikan pembawa ini berpotensi untuk digunakan sebagai pemodulat silikon bagi aplikasi rangkaian komunikasi optik.
Perubahan ketumpatan pembawa bebas dalam silikon akan menyebabkan perubahan dalam indeks biasan bahan dan seterusnya modulasi fasa berlaku terhadap gelombang terpandu yang melalui kawasan aktif tersebut. Struktur interferometrik seperti Penyalun Gegelung Mikro (MRR) atau Interferometer Mach Zehnder (MZI) kemudiannya digunakan untuk menukar modulasi fasa kepada modulasi intensiti. Penggunaan MZI mengurangkan sensitiviti peranti terhadap suhu dan proses fabrikasi. Tambahan pula, struktur MZI beroperasi pada julat panjang gelombang yang lebih besar berbanding struktur MRR menjadikannya lebih praktikal (Reed et al. 2010).
Penggunaan peranti MMI sebagai struktur MZI berpotensi untuk mengurangkan penyerakan optik pada pandu gelombang dan kehilangan radiasi seperti yang dialami dengan penggunaan lengkok S dan cabang Y. Kelebihan peranti MMI ini pula adalah ianya mempunyai jalur lebar yang baik, saiz yang kompak, toleransi terhadap fabrikasi yang tinggi serta imbangan kuasa yang baik (Chuang et al. 2012).
Pemodelan peranti menggunakan teknologi terbantu computer (TCAD) dapat memastikan parameter-parameter penting yang memberi kesan terhadap reka bentuk peranti dikenal pasti dan proses pengoptimuman peranti dapat dilakukan. Proses ini penting sebelum proses fabrikasi dijalankan kerana ianya lebih mudah, menjimatkan masa dan dapat mengurangkan kos fabrikasi berbanding metodologi eksperimental sepenuhnya (Menon 2008). Kaedah optimasi peranti menggunakan kaedah statistik Taguchi mempunyai keistimewaan tersendiri berikutan penggunaan tatasusun ortogon dalam rekaan. Ini membolehkan analisis dan optimasi peranti dapat dilakukan dengan bilangan eksperimen yang minimum (Salehuddin et al. 2011).
1.2 MOTIVASI KAJIAN
5
mengintegrasi pelbagai komponen optik secara planar juga adalah kajian yang menarik kerana teknik ini dapat mengurangkan kos fabrikasi disamping mempamerkan prestasi yang kompetitif berbanding bahan-bahan lain. Pemodulat silikon suntikan pembawa dilihat sesuai untuk aplikasi rangkaian telekomunikasi optik seperti WDM. Justeru, pemodulat SOI MZI yang menggunakan kesan suntikan pembawa dibangunkan kerana teknik fabrikasinya serasi dengan teknik CMOS yang sedia ada yang mudah dan murah. Struktur MZI pula direka dengan menggunakan peranti MMI untuk mengurangkan kehilangan radiasi serta memastikan toleransi yang tinggi dalam proses fabrikasi. Bagi memastikan rekabentuk peranti dapat mempamerkan prestasi optimum, maka permodelan maya serta optimasi prestasi peranti perlu dilakukan sebelum proses fabrikasi.
1.3 OBJEKTIF KAJIAN
Objektif utama kajian ini adalah untuk mengkaji sifat pemodulat dari kesan suntikan pembawa ke atas konfigurasi MZI PLC di atas SOI pada λ = 1550 nm untuk kajian dalam sistem komunikasi optik. Secara terperinci, objektif kajian dihuraikan seperti berikut:
a) Mengkaji kesan suntikan pembawa terhadap modulasi fasa peranti.
b) Menganalisa prestasi pemodulat MZI di atas SOI berasaskan kesan suntikan pembawa.
c) Mengoptimasi prestasi pemodulat menggunakan kaedah Taguchi.
1.4 SKOP KAJIAN
6 ! ! " # $ "" " % " "" "
% ! ! & ! ' # $ ( ! ! & ) " ! " ! ! ' # $ ! ( ! * ! ( & #** $ + ! " (& ! # $
Terdapat tiga cara modulasi dalam kesan serakan plasma bagi modulasi dalam silikon iaitu kesan penumpukan pembawa, susutan pembawa dan suntikan pembawa. Kajian ini memfokus kepada kesan suntikan pembawa yang dimodelkan serta dicirikan sifat elektriknya. Untuk menukarkan modulasi fasa kepada modulasi intensiti, struktur interferometrik seperti MRR dan MZI digunakan. Dalam kajian ini, struktur MZI direkabentuk dengan menggunakan gandingan pemisah MMI 3 dB 1x2 dan pengganding MMI 3 dB 2x1. Kedua-dua pemisah dan pengganding ini dihubungkan dengan lengan-lengan yang tidak simetri. Rekabentuk baru untuk pemodulat optik silikon suntikan pembawa ini merupakan yang pertama seumpamanya. Selain itu, teknik baru yang menggabungkan penggunaan perisian ATHENA, ATLAS, OptiBPM dan OptiSys untuk tujuan rekabentuk dan analisis pemodulat ini juga dipertengahkan.
7
Kaedah Taguchi pula dipilih untuk tujuan optimasi. Analisis pengoptimasian parameter rekabentuk pemodulat optik MZI di atas SOI yang menggunakan peranti-peranti MMI dengan lengan tidak simetri juga belum pernah dilaporkan.
1.5 METODOLOGI KAJIAN
Rekabentuk dan pencirian pemodulat fasa suntikan pembawa SOI dilakukan menggunakan perisian keluaran SILVACO International. Perisian ATHENA digunakan untuk simulasi proses peranti manakala perisian ATLAS digunakan untuk pencirian elektrik. Kaedah ini dilakukan untuk mendapatkan struktur pemodulat fasa suntikan pembawa SOI yang sesuai sebelum diimplementasikan dalam proses fabrikasi. Kemudian, MZI pasif direkabentuk dengan peranti interferensi mod pelbagai (MMI) menggunakan perisian OptiBPM. Salah satu lengan struktur MZI diubah indeks biasannya berdasarkan nilai perubahan indeks biasan suntikan pembawa yang didapati daripada simulasi ATHENA dan ATLAS untuk menukar fungsinya sebagai pemodulat optik intensiti suntikan pembawa. Kemudian, fail dari perisian OptiBPM diekspot ke perisian OptiSys untuk tujuan analisis optik. Kaedah Taguchi pula digunakan untuk merekabentuk pemodulat yang mempamerkan prestasi optimum. Manakala perisian MINITAB digunapakai untuk tafsiran statistik daripada data eksperimen.
1.6 ORGANISASI TESIS
8
dibincangkan. Bab IV pula menerangkan hasil rekabentuk peranti, pencirian elektrik dan optik peranti. Rekabentuk yang memberikan prestasi optimum peranti turut disertakan. Akhir sekali, bab V mengandungi kesimpulan, sumbangan kajian dan
cadangan untuk kajian lanjut
PENGENALAN FOKUS KAJIAN KESIMPULAN
BAB I
Pengenalan
BAB II
Pemodulat Pandu Gelombang
BAB III Metodologi
BAB IV Rekabentuk Pemodulat Pandu
Gelombang
BAB VI
Kesimpulan
Rajah 1.2 Kerangka penulisan
BAB V
