Tüm optik ağlar için optik anahtarlama teknolojilerinde son gelişmeler

Abstract

Bu tezde, tüm-optik ağlar elektro-optik dönüşümleri ortadan kaldırarak 100 Tbps'i aşan benzeri görülmemiş veri hızlarını mümkün kılmaktadır. Tez, 2014–2024 yılları arasındaki optik anahtarlama teknolojilerini sistematik bir biçimde incelemekte ve özellikle 2019–2024 dönemindeki ilerlemelere vurgu yapmaktadır. Bulgular, silikon fotonik aygıtlar için raporlanan anahtarlama sürelerinin kullanılan mekanizmaya bağlı olarak pikosaniyeden milisaniyeye kadar değiştiğini göstermektedir; boşaltma modu modülatörlerde pikosaniye ölçeğinde, termo-optik faz kaydırıcılarda ise mikro saniye ile mili saniye arasındadır. Bu çalışmada, deplasyon modu aygıtlar için yalnızca alt-nanosaniye anahtarlama varsayılırken, MEMS tabanlı çözümlerin 512×512 porta kadar ölçeklenebildiği kabul edilmektedir. Hibrit grafen–silikon modülatörler 5 fJ/bit enerji tüketimiyle 40 Gbps çalışmayı başarmaktadır. Kritik sınırlamalar arasında 3B entegre devrelerde yaklaşık −35 dB seviyesinde termal çapraz konuşma ve kontrol düzlemi standardizasyonundaki eksiklikler yer almaktadır. Öte yandan, kuantum nokta yönlendiricileri %99,7 tek-foton yönlendirme doğruluğu göstermektedir [1]. Çalışma, nöromorfik fotonik ve 2D malzeme tabanlı anahtarlar için bir yol haritası ile sonuçlanmaktadır.

In this thesis, all optical networks eliminate electro-optical conversions, enabling unprecedented data speeds exceeding 100 Tbps. The thesis presents a systematic review of optical switching technologies from 2014 to 2024, with emphasis on advancements from 2019 to 2024. Findings show that reported switching times for silicon photonic devices span picoseconds to milliseconds, depending on the mechanism; picosecond-scale for depletion-mode modulators and microsecond to millisecond for thermo-optic phase shifters. In this work, we assume sub-nanosecond switching only for depletion mode devices, while MEMS-based solutions scale to 512×512 ports. Hybrid graphene-silicon modulators demonstrate 40 Gbps operation at 5 fJ/bit. Critical limitations include thermal crosstalk ≈ of approximately −35 dB in 3D integrated circuits and gaps in control plane standardization. On the other hand, quantum dot routers demonstrate 99.7% single-photon routing fidelity [1]. The study concludes with a roadmap for neuromorphic photonics and 2D material based switches.