Οπτικά Flip-Flop μονολιθικής ολοκλήρωσης για αμιγώς οπτικές μνήμες RAM
Creators: name: Πίτρης, Στυλιανός Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: ολοκληρωμένο οπτικό συμβολόμετρο SOA-MZI
οπτικό SR Flip-Flop
οπτικές μνήμες τυχαίας προσπέλασης
integrated SOA-MZI interferometer
optical SR Flip-Flop
optical random access memories

description: Σκοπός της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι η παρουσίαση μιας αμιγώς οπτικής μνήμης Set/Reset Flip-Flop (FF) για χρήση σε αρχιτεκτονικές οπτικών μνημών RAM και ο πειραματικός χαρακτηρισμός τους σε ταχύτητες χρονισμού των 5 Gpbs και των 10 Gbps. Αρχικά τοποθετείται η παρούσα ερευνητική δραστηριότητα ανάμεσα στις τεχνολογικές εξελίξεις, τα προβλήματα και τους εγγενείς περιορισμούς που υπάρχουν στο πεδίο των ηλεκτρονικών μνημών και εξηγείται η αναγκαιότητα για τη μετάβαση σε οπτικές μνήμες. Παρουσιάζονται οι προσεγγίσεις που έχουν γίνει ιστορικά για την επίτευξη δισταθούς λειτουργίας στο οπτικό πεδίο για την δημιουργία οπτικών μνημών με διαφορετικούς μηχανισμούς. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική των μνημών που είναι το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής και τα φυσικά φαινόμενα στα οποία στηρίζεται η λειτουργία τους. Οι μνήμες FF που περιγράφονται βασίζονται σε συζευγμένους οπτικούς διακόπτες ON/OFF βασισμένους σε Ημιαγώγιμους Οπτικούς Ενισχυτές (SOA) και σε συζευγμένες πύλες συμβολομετρικών διατάξεων Mach-Zehnder που ενσωματώνουν SOAs (SOA-MZI). Οι συζευγμένοι οπτικοί διακόπτες, που σχηματίζουν το οπτικό FF, βρίσκονται σε σχηματισμό master/slave σε πλήρη αντιστοιχία αρχιτεκτονικής με τα ηλεκτρονικά FFs. Στη συνέχεια παρουσιάζεται το φωτονικό ολοκληρωμένο chip που αποτελεί το οπτικό FF της παρούσας διπλωματικής. Το chip είναι μονολιθικά ολοκληρωμένο σε πλατφόρμα φωσφιδίου του ινδίου (InP) και πακεταρισμένο πλήρως ώστε να παρέχεται πρόσβαση τόσο ηλεκτρική αλλά και οπτική. Ακολουθεί ο πειραματικός χαρακτηρισμός των οπτικών διακοπτών που αποτελούν το οπτικό FF και περιγράφεται η επιτυχής πειραματική διεκπεραίωση του chip σε λειτουργία ως Set/Reset FF σε ταχύτητες 5 Gbps και 10 Gbps. Τα ληφθέντα αποτελέσματα αναδεικνύουν την επιτυχή λειτουργικότητα του ως οπτική μνήμη υψηλής ταχύτητας και τις προοπτικές που έχει για ενσωμάτωση και χρήση σε πιο προηγμένα και πολύπλοκα κυκλώματα οπτικών μνημών.
description: The aim of this thesis is to present an all-optical Set/Reset Flip-Flop (FF) for future optical RAM architectures and its experimental evaluation at 5 Gbps and 10 Gbps, respectively. Firstly, the specific research area is presented along the up-to-date technological achievements, the problems and the limitations of the electronic RAM memories. It is discussed and justified the necessity of the movement towards incorporating optical memories in future computer architectures. The literature of optical memories is presented, shaping the steps towards finding the best candidate offering optical bistability to form high-speed and stable optical memories. Next, the architecture of the optical memories of this thesis is presented and the phenomena that are based upon are analyzed extensively. These memories are based on optical coupled ON/OFF switches that incorporate Semiconductor Optical Amplifiers (SOA) or SOA-based Mach-Zehnder Interferometers (SOA-MZI). The coupled switches that form the optical FF are in a master-slave configuration, as a direct analogy to the electronic FFs. The photonic integrated chip (PIC) that comprises the FF device is presented next. This PIC is monolithically integrated on InP platform and fully packaged in terms of optical and electrical connections. The experimental characterization of the optical switches of the FF is presented next, in addition with the experimental evaluation of the Set/Reset FF functionality of the device at 5 Gbps and 10 Gbps. The obtained results highlight the successful operation of the device and indicate the potential of this memory to be incorporated in more complex memory schemes in the future.