Modulador Eletro-óptico multinível baseado em Grafeno para aplicações DWDM

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Carvalho, Maurício Moderno de
Orientador(a): Souza, Eunezio Antonio de
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
modulador eletro óptico
óptica integrada
interconexão óptica
transmissor óptico
fotônica do silício
modulação multinível
Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/28909
Resumo: A próxima geração de redes de transporte óptico requer sistemas compactos, alta capacidade de canal, baixo custo e operação com tensões compatíveis à tecnologia Complementary Metal–Oxide–Semiconductor (CMOS), ou seja, aproximadamente 1V. Nessa tese, demonstramos de uma perspectiva de cálculos e simulações (baseadas no método dos elementos finitos cuja ferramenta de simulação foi o COMSOL Multiphysics e por análises numéricas usando o MATLAB) uma nova arquitetura de modulador óptico multinível (PAM4) baseado em grafeno, cujo design e materiais permitem aplicações diretas em componentes baseados em CMOS que é a tecnologia que tem respondido às demandas de alta escala de integração. O modulador é composto por quatro segmentos de grafeno numa configuração de capacitor de placas paralelas integrados em um guia de onda de silício, formando um conversor digital-analógico no domínio óptico para a geração da codificação PAM-4 multinível, simétrico e com um layout muito compacto (21 µm2 ). As simulações mostraram uma capacidade de transmissão ultra-alta (136 Gbps) obtida pela otimização de um guia de onda de silício, técnicas para redução das capacitâncias e uma proposta inovadora baseada em indutor de grafeno para melhorar a resposta em frequência, onde esse indutor ocupa uma reduzida área no dispositivo (largura x comprimento de 19 µm x 5 µm). Aqui demonstramos via simulações, também como obtivemos uma baixa tensão de comutação 1,4 Vpp (tensão pico a pico compatível com CMOS) e altas taxas de transmissão sobre toda a Banda C DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) em um mesmo dispositivo.
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spelling Carvalho, Maurício Moderno deSouza, Eunezio Antonio de2022-04-05T13:23:35Z2022-04-05T13:23:35Z2021-09-30https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/28909A próxima geração de redes de transporte óptico requer sistemas compactos, alta capacidade de canal, baixo custo e operação com tensões compatíveis à tecnologia Complementary Metal–Oxide–Semiconductor (CMOS), ou seja, aproximadamente 1V. Nessa tese, demonstramos de uma perspectiva de cálculos e simulações (baseadas no método dos elementos finitos cuja ferramenta de simulação foi o COMSOL Multiphysics e por análises numéricas usando o MATLAB) uma nova arquitetura de modulador óptico multinível (PAM4) baseado em grafeno, cujo design e materiais permitem aplicações diretas em componentes baseados em CMOS que é a tecnologia que tem respondido às demandas de alta escala de integração. O modulador é composto por quatro segmentos de grafeno numa configuração de capacitor de placas paralelas integrados em um guia de onda de silício, formando um conversor digital-analógico no domínio óptico para a geração da codificação PAM-4 multinível, simétrico e com um layout muito compacto (21 µm2 ). As simulações mostraram uma capacidade de transmissão ultra-alta (136 Gbps) obtida pela otimização de um guia de onda de silício, técnicas para redução das capacitâncias e uma proposta inovadora baseada em indutor de grafeno para melhorar a resposta em frequência, onde esse indutor ocupa uma reduzida área no dispositivo (largura x comprimento de 19 µm x 5 µm). 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The modulator is composed of four graphenebased capacitor-like parallel plate capacitors integrated on a silicon waveguide consisting of a digital-analog converter in the optical domain for the generation of symmetric multilevel PAM4 coding transmission with a very compact layout (21 µm2 ). The simulations shown ultra-high transmission capacity (136 Gbps) enabled by the silicon waveguide optimization and the technics to reduce the capacitances and an innovative technique based on the graphene's inductor to improve the frequency response and reduced on-chip area (width x length equal 19 µm x 5 µm). Here we demonstrate how the design overcomes the trade-off between the low switching voltage 1.4 V (CMOS-compatible drive voltage) while supporting very high bandwidths over the entire DWDM C-Band in the same device.electro-optic modulatorsintegrated opticsoptical interconnectionsoptical transmitterssilicon photonicsmultilevel optical modulationEscola de Engenharia Mackenzie (EE)Engenharia Elétrica e ComputaçãoEngenharia de TelecomunicaçõesORIGINALMAURICIO MODERNO DE CARVALHO - protegido.pdfMAURICIO MODERNO DE CARVALHO - protegido.pdfMaurício Moderno de Carvalhoapplication/pdf2035394https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/b761af5b-682d-4ba0-87b8-6cc80759d4d0/downloadfe61e518f2ac0538b214c703c6451a14MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/dd603a51-3467-4208-9126-95ba7cc60bb7/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52falseAnonymousREADLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81997https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/b3888351-2328-4eb8-9b4d-f7a32db48997/downloadfb735e1a8fa1feda568f1b61905f8d57MD53falseAnonymousREADTEXTMAURICIO MODERNO DE CARVALHO - protegido.pdf.txtMAURICIO MODERNO DE CARVALHO - protegido.pdf.txtExtracted texttext/plain132576https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/3d5a966f-c17b-4eec-9e1b-824679ea6ca6/download8e1125d8cc460094455a914281dc454bMD54falseAnonymousREADTHUMBNAILMAURICIO MODERNO DE CARVALHO - protegido.pdf.jpgMAURICIO MODERNO DE CARVALHO - protegido.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1245https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/005961d0-182f-4ddf-b56e-f8952a6c2ca4/download838b500a65d9ad440d928c52c83109bbMD55falseAnonymousREAD10899/289092022-04-06T06:01:36.253Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:dspace.mackenzie.br:10899/28909https://dspace.mackenzie.brBiblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede.mackenzie.br/jspui/PRIhttps://adelpha-api.mackenzie.br/server/oai/repositorio@mackenzie.br||paola.damato@mackenzie.bropendoar:102772022-04-06T06:01:36Repositório Digital do Mackenzie - Universidade Presbiteriana Mackenzie (MACKENZIE)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