شماره مدرك
20960
شماره راهنما
2450 دكتري
پديد آورنده
كريميان كاكلكي، محسن
عنوان
ﻃﺮﺍﺣﻲ ﻭ ﺷﺒﻴﻪﺳﺎﺯﻱ ﻣﺪﻭﻟﻪﺳﺎﺯﻫﺎﻱ ﻧﻮﺭﻱ ﻓﺮﺍﭘﻬﻦﺑﺎﻧﺪ ﻣﺒﺘﻨﻲ ﺑﺮ ﻟﻴﺘﻴﻮﻡ ﻧﺎﻳﻮﺑﻴﺖ ﻻﻳﻪ ﻧﺎﺯﻙ ﺑﺎ ﻛﺎﺭﺍﻳﻲ ﺑﻬﺒﻮﺩ ﻳﺎﻓﺘﻪ
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
مخابرات (ميدان)
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
نوزده، 155ص. مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
ليتيوم نايوبيت لايه نازك , مدوله سازهاي الكترواپتيكي , الكترودهاي موج رونده هم محور قسمت بندي شده , مدوله ساز با خط انتقال صفحه اي موازي قسمت بندي شده جزئي و ماده ي گذردهي بالا با اتصال سري غير كامل
تاريخ ورود اطلاعات
1404/12/17
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/12/23
كد ايرانداك
23206834
چكيده فارسي
تلفات مايكروويو يك عامل مهم محدود كننده ي پهناي باند الكترواپتيكي در مدوله سازهاي ليتيوم نايوبيت لايه نازك است. در ساختارهاي متداول با خطوط هم صفحه كاهش تلفات مايكروويو معمولاً به بهاي افزايش حاصل ضرب ولتاژ نيم موج طول تمام مي شود در اين رساله از خطوط انتقال هم محور كه داراي ميدان الكتريكي شعاعي هستند استفاده شده است تا با فاصله هاي الكترودي بزرگتر تلفات مايكروويو كاهش يابد ضمن آن كه با قرار دادن موج بر نوري در نزديكي رساناي داخلي بهره ي مدوله سازي پايين باقي بماند، همچنين خطوط انتقال هم محور از مد TEM خالص با امپدانس و ضريب شكست مايكروويو موثر تقريباً مستقل از فركانس پشتيباني مي كنند كه عملكرد الكترواپتيكي فراپهن را ممكن مي سازد با يك خط هم محور قسمت بندي شده پهناي باندي تا اندازه ي تراهرتز و حد ولتاژ پهناي باند بالا به همراه عرض سطح مقطع فوق فشرده ارائه گرديد برخلاف موج برهاي هم صفحه خطوط انتقال هم محور توزيع جريان يكنواختي در درون هر الكترود دارند؛ با اين حال چگالي جريان در رساناي داخلي بيشتر از رساناي خارجي است براي كاهش بيشتر تلفات مايكروويو داشتن توزيع جريان يكسان بين هر دو الكترود ضروري است ولي در خطوط هم محور براي فاصله ي الكترودي كوچك و حفظ امپدانس 50 اهم بايد شعاع هادي داخلي كوچك باشد و توزيع جريان بين الكترودهاي سيگنال و زمين يكسان نمي باشد براي رفع اين محدوديت ساختار خط انتقال صفحه اي موازي معرفي گرديد كه از مد TEM پشتيباني مينمايد و همچنين توزيع جريان برابر بين الكترودهاي سيگنال و زمين را فراهم مي سازد براي فاصله ي الكترودي و امپدانس مشخصه ي يكسان تلفات مايكروويو يك خط انتقال صفحه اي موازي كم تر از خط هم محور است. در اين ساختار از قسمت بندي جزئي الكترودها استفاده شده تا ضمن استفاده از فاصله هاي الكترودي كوچك براي بهبود بازده مدوله سازي تلفات مايكروويو نيز پايين باقي بماند. اين طراحي به طور هم زمان داراي حاصل ضرب ولتاژ نيم موج طول بسيار پايين و تلفات مايكروويو كم ميباشد. كاهش بيش تر حاصل ضرب ولتاژ نيم موج طول با استفاده از يك ماده با گذردهي بالا در مسير ميدان الكتريكي محقق ميگردد. با اجتناب از اتصال سري كامل از ضرايب پرشدگي نزديك به يك به جاي يك استفاده شد كه از افزايش زيادي ضريب شكست مايكروويو موثر جلوگيري نموده و در نتيجه تطبيق سرعت را حفظ مي نمايد. اين ساختار حد ولتاژ پهناي باند فوق العاده اي را در ميان مدوله سازهاي اخير نشان ميدهد براي بهبود قابليت ساخت از همين ماده ي گذردهي بالا با ضريب پرشدگي نزديك به يك در يك مدوله ساز با خط هم صفحه استفاده شد كه پهناي باند الكترواپتيكي بالا و بهره ي مدوله سازي پايين را نتيجه ميدهد ساير طراحيهاي ارائه شده شامل مدوله سازهايي با خطوط الكترود ساده ي هم محور مربعي و دايره اي است كه در آنها با كاهش تلفات مايكروويو از طريق فاصله هاي الكترودي بزرگتر حد ولتاژ پهناي باند افزايش مييابد و همچنين خط انتقال هم محور قسمت بندي شده با ماده ي گذردهي بالا كه به پهناي باند بيشتري ميرسد در مجموع اين رساله از خطوط انتقال TEM براي تحقق مدوله سازهاي الكترواپتيكي فراپهن ليتيوم نايوبيت لايه نازك با قابليت عملكرد در گستره ي فركانسي تراهرتز استفاده مي نمايد. همچنين مدوله سازهاي ليتيوم نايوبيت لايه نازك با ولتاژ نيم موج زير يك ولت و پهناي باندهاي الكترواپتيكي صدها گيگاهرتز را ارائه مي نمايد كه مصرف توان پايين را براي كاربردهاي نوري پرسرعت ممكن مي سازد.
چكيده انگليسي
Microwave loss is an important limiting factor for the electro-optic (EO) bandwidth of thin-film lithium niobate (TFLN) modulators. In conventional coplanar waveguide (CPW) structures, reducing RF loss often comes at the expense of an increased half-wave voltage–length product (Vπ L). Here, we employed coaxial transmission lines (TLs) supporting a radial electric field to reduce RF loss by enabling larger electrode gaps, while maintaining a low Vπ L by positioning the optical waveguide closer to the inner conductor. In addition, coaxial TLs support a pure TEM mode with nearly frequency-independent impedance and RF effective index, enabling ultra-wide EO bandwidths. Using a segmented coaxial TL, we demonstrated terahertz bandwidth operation together with high voltage–bandwidth limit in a compact cross-sectional geometry. Unlike CPWs, coaxial TLs exhibit uniform current distribution within each electrode; however, the current density is higher in the inner conductor than in the outer one. To further reduce RF loss, it is therefore necessary to achieve uniform current distribution between both electrodes. To address this limitation, we introduced a parallel-plate TL structure, which supports a TEM mode while providing equal current distribution between the signal and ground electrodes. For the same electrode gap and characteristic impedance, the RF loss of a parallel-plate TL is lower than that of a coaxial TL. Partial electrode segmentation was also employed to further suppress RF loss while using small electrode gaps to reduce Vπ L. This design achieves simultaneously low RF loss and ultra-low half-wave voltage–length product. A further reduction in Vπ L is achieved by introducing a high-permittivity material into the electric-field path. By avoiding a full series junction, near-unity (rather than unity) filling factors are employed, preventing a significant increase in the RF effective index and thereby preserving velocity matching. This structure demonstrates exceptional voltage–bandwidth limit among TFLN Mach–Zehnder modulators (MZMs). To improve manufacturability, the same high-permittivity, near-unity filling factor concept was applied to CPW-based MZMs, resulting in high EO bandwidth and low voltage efficiency. Additional designs presented in this thesis include non-segmented square and circular coaxial TL modulators, which increase the voltage–bandwidth limit by reducing RF loss through larger electrode gaps, as well as segmented coaxial TLs incorporating high-permittivity materials to enable further bandwidth enhancement. In summary, this dissertation employs TEM-based transmission lines to realize ultra-wideband TFLN electro-optic modulators operating in the terahertz frequency regime. It also presents sub-volt half-wave voltage TFLN modulators with EO bandwidths approaching the hundreds of gigahertz, enabling reduced power consumption for high-speed optical applications.
استاد راهنما
احمد بخت افروز
استاد مشاور
پريسا كريمي
استاد داور
ابوالقاسم زيدابادي نژاد , محسن مداح علي , مسعود موحدي