Skip to main content
SUPERVISOR
Reza Safian,Asghar Gholami
رضا صفیان (استاد مشاور) اصغر غلامی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sayedeh Shirin Afyouni Akbari
سیده شیرین افیونی اکبری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Simulation and Implementation of Silicon Optical Bench for VCSEL to MMF and Photodiode to MMF Optical Coupling
Growing demand for more bandwidth has led to extensive research in the field of optical communication. Optical communication systems are divided in two categories, fiber optic communication systems in which light is propagated in leading channels as ordinary single and multimode optical fibers and Free Space Optical communication which uses the air as communication channel. High speed, affordable cost to implement, does not require a spectrum license, safe communication, light weight and immunity to electromagnetic interference (EMI) are the most advantages of the fiber optical communication systems. The biggest problem in free space optical communication is due to its propagated channel. Atmosphere channel is unstable and the channel characteristics change by time, season and weather conditions. Fiber-optic communication systems have a quasi-stable channel but in these systems to have an acceptable optical power in the fiber, a good coupling between the light source and fiber in transmitter side and between fiber and detector in receiver side should be created. Using Silicon Optical Bench is a practical method to assembly transmitter and receiver side with a suitable coupling efficiency. In this thesis, fiber-optic communications systems and silicon optical benches are fully introduced and a 6 × 8× 0.5 mm 3 silicon optical bench includes four v-grooves in transmitter side for parallel coupling between Multi Mode Fibers and VCSEL array and four v-grooves in receiver side for parallel coupling between the Multi Mode Fibers and PIN photodiodes is designed and implemented. Wave propagation and ray tracing method are used to investigate such systems. Wave propagation method is more accurate and sophisticated than ray tracing. Since the dimension of multi mode fiber is much larger than the VCSEL wavelength, results of simulation with ray tracing are also an acceptable accuracy. Therefore by using ray tracing method, VCSEL to MMF and PIN photodiode to MMF coupling in the transmitter and receiver side, respectively are investigated. Different misalignment as, longitudinal, transversal and angular misalignment and fiber angular rotation and fiber end facet angle misalignment are considered in our simulation. Design and Implantation process of Silicon Optical Bench is explained in detail. Finally, data of simulation results were compared with the measurement results. Keywords: Silicon Optical Bench, Active Alignment, Passive Alignment, Ray tracing, VCSEL, Photodiode, Multi Mode Fiber, Coupling efficiency
نیاز روز افزون به پهنای باند بیشتر باعث شده است تا تحقیقات وسیعی در زمینه مخابرات نوری صورت گیرد چرا که مخابرات نوری قادر به فراهم سازی پهنای باند بسیار زیادی می باشد. سیستم‌های مخابرات نوری از لحاظ کانالی که نور در آن منتشر می‌شود به دو دسته‌ی هدایت شده (مخابرات فیبر نوری) و هدایت نشده (مخابرات نوری در فضای آزاد) تقسیم می‌شوند. از مزیت‌های این سیستم‌ها می‌توان به سرعت بالا، هزینه‌ی مقرون به صرفه‌ی پیاده سازی، عدم نیاز به مجوز طیف، مخابرات امن، وزن سبک و مصونیت در برابر تداخل های الکترومغناطیسی اشاره کرد. بزرگترین مشکل در تکنولوژی مخابرات نوری در فضای آزاد از کانال انتشارآن ناشی می‌شود. کانال اتمسفر ناپایدار بوده و ویژگی های آن با تغییر زمان در طول روز، فصل ها و شرایط آب و هوایی تغییر می‌کند. سیستم‌های مخابرات فیبر نوری مشکل انتشار در کانال ناپایدار را نداشته اما برای داشتن کارایی بالا، باید کوپلینگ مناسبی بین منبع نوری و فیبر در طرف فرستنده و فیبر و آشکارساز نوری در طرف گیرنده ایجاد شود. در این سیستم‌ها برای ایجاد کوپلینگ مناسب در طرف فرستنده و گیرنده، میز نوری سیلیکونی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این پایان‌نامه، ضمن معرفی کامل سیستم مخابرات فیبر نوری و میز نوری سیلیکونی، یک میز نوری سیلیکونی 6×8×0.5 mm 3 شامل 4 شیار v شکل در طرف فرستنده جهت کوپلینگ موازی بین فیبرهای چند مود و آرایه‌ی چهارتایی لیزر نوع VCSEL و همچنین 4 شیار v شکل در طرف گیرنده جهت کوپلینگ موازی بین فیبرهای چند مود وآرایه‌ی دیود نوری نوع PIN طراحی و ساخته شده است. برای بررسی چنین سیستم‌های نوری دو روش انتشار موج و ردیابی پرتو مورد استفاده قرار می‌گیرد. باید دقت داشت که روش انتشار موج دقیق‌تر و پیچیده‌تر از روش ردیابی پرتو می‌باشد. از آنجایی که ابعاد فیبر نوری چند مود در برابر طول موج VCSEL بسیار بزرگتر می‌باشد نتایج شبیه‌سازی با ردیابی پرتو نیز می‌تواند دقیق باشد. بنابراین با استفاده از روش ردیابی پرتو، سیستم طراحی شده شبیه‌سازی شده است و میزان کوپلینگ نوری بین VCSEL و فیبر در طرف فرستنده و فیبر و دیود نوری در طرف گیرنده با در نظر گرفتن میزان تلرانس‌های طولی و عرضی و زاویه‌ای، چرخش فیبر و زاویه‌ی سر فیبر در هر دو طرف محاسبه شده است و مراحل طراحی و پیاده‌سازی میز نوری به طور مفصل توضیح داده شده است. در نهایت نیز نتایج حاصل از داده‌های شبیه‌سازی‌شده با نتایج واقعی مورد مقایسه قرار گرفته‌ است.‌ کلمات کلیدی: میز نوری سیلیکونی، هم‌ترازی فعال،هم‌ترازی منفعل، ردیابی پرتو، VCSEL، فوتودایود، فیبر مالتی مود،بهره‌ی کوپلینگ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی