طراحي و شبيه ‌سازي مبدل تمام-نوري هار براي فشرده ‌سازي داده

دكتري

تبديل هار يكي از انواع تبديل‌ موجك است كه كارآيي و سرعت بالايي داشته و به سادگي مي‌تواند به صورت تمام-نوري توسط مدارات مجتمع نوري پياده سازي گردد. از طرفي، تحقق نوري تبديل هار، به دليل حذف تبديلات نوري-الكتريكي-نوري و در نتيجه افزايش سرعت محاسباتي، در حوزه پردازش و فشرده سازي داده‌هاي نوري با حجم بالا، به ويژه در ارتباطات بي‌درنگ، بسيار مورد توجه قرار گرفته است. در اين رساله، يك واحد ساختاري جديد براي پياده سازي تبديل هار نوري پايه، بر اساس تزويج كننده تداخل چند-مدي، طراحي شده است. مزيت مبدل هار پيشنهادي نسبت به نمونه‌هاي قبلي اين است كه طراحي آن، براي طول موج‌ها و تكنولوژي‌هاي مواد مختلف، مبتني بر روابط تحليلي و نه شبيه سازي‌هاي مكرر بوده و داراي تلرانس ساخت بالايي مي‌باشد. سه واحد ساختاري، بر اساس طرح ارائه شده، بر روي سه پلتفرم مادۀ شفاف در طيف مرئي: Di-Ureasil (Di-U)، Ge:SiO2 و TriPleX، در طول موج نور سبز رنگ (532 نانومتر) طراحي و شبيه سازي شده است كه ابعاد آنها به ترتيب برابر 3440×30، 1509×24 و 1200×18 ميكرومتر مربع مي‌باشد. با استفاده از نتايج شبيه ‌سازي، نرخ‌هاي تزويج 1:99 درصد براي دو پلتفرم Di-U و Ge:SiO2 و 0:100 درصد براي پلتفرم TriPleX و تلفات اضافي 0.26، 0.22 و 0.18 دسي‌بل به ترتيب براي هر سه پلتفرم به دست آمده است كه ضمن اثبات عملكرد خوب، نشان مي‌دهد با افزايش كنتراست ضريب شكست، كارآيي نيز بهبود مي‌يابد. يك تراشه فوتوني، بر اساس واحد ساختاري پيشنهادي، بر روي پلتفرم Di-U كه داراي كنتراست ضريب شكست پاييني (حدود 0.2 درصد) مي‌باشد، در طول موج 532 نانومتر طراحي و شبيه سازي شده كه مدارات موجود در آن به پياده سازي تبديلات هار نوري مرتبه اول و مرتبه دوم مي‌پردازند. نرخ‌هاي تزويج 1:99 درصد براي تبديل هار مرتبه اول دو نقطه‌اي و 1:2:46:1:1:46:2:1 درصد براي تبديل هار مرتبه دوم هشت نقطه‌اي به دست آمده و براي يك آرايۀ خطي 8 تايي از پيكسل¬هاي يك تصوير ورودي، يك نرخ فشرده ‌سازي نوري برابر با 75 درصد حاصل شده است. با استفاده از تكنولوژي TriPleX، كه داراي كنتراست ضريب شكست نسبتاً بالايي (حدود 27 درصد) مي‌باشد و ابعاد طراحي كوچكتري را ارائه مي‌دهد، تراشه نوري ديگري در طول موج 532 نانومتر طراحي و ساخته شده و مشخصات آن اندازه گيري شده است. نتايج حاصل از شبيه سازي و اندازه‌ گيري به خوبي با هم مطابقت داشته و صحت عملكرد و كارآيي بالاي تراشه طراحي شده را تأييد مي‌كنند. به عنوان مثال، نرخ‌هاي تزويج شبيه سازي شده و اندازه گيري شده براي تبديل هار مرتبه اول به ترتيب برابر با 0:100 و 2:98 درصد و براي تبديل هار مرتبه دوم به ترتيب برابر 0:0:50:0:0:50:0:0 و 1:3:42:4:5:40:3:2 حاصل شده است. جهت كنترل فاز سيگنال‌هاي ورودي در مرحله تست تراشه در آزمايشگاه، تعديل كننده‌هاي فاز فعال (PM) در ورودي مدارات طراحي گرديده كه موجب بهبود نتايج اندازه گيري شده است. به عنوان نمونه، با فعال سازي PM در يكي از مدارات تراشه، بهبود 7 درصدي در نرخ تزويج اندازه گيري شده به دست آمده است.

209255

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر آنتونيو تيشيرا

مهندسي برق مخابرات-ميدان

دكتر محمد هاشم واجد سميعي