基于光波导的板级光电互联技术的研究
发布时间：2021-11-08 04:59
在21世纪信息技术革命的浪潮下,电子信息技术的发展可以说一日千里,电子系统似乎会不断突破高速率、高密度、小型化的极限,但电互连导线的物理特性难以改变,随着传输的速率和频率的升高,电互连中寄生效应愈发严重,即使可以通过优化布局布线,缩短传输路径等方法提升其性能,但不能从根本上解除对高速通信系统发展的限制。作为一种很有潜力的替代电互连的方案,光电互联技术吸引了越来越多的研究人员的关注,将导光层植入基板的光电印制板将是未来PCB发展的必然趋势。本文对波导植入式板级光电互联中所涉及到的关键组件及技术展开研究,主要完成了以下几个方面的工作:（1）对光波导进行了工艺缺陷模拟分析和FR4板上制备。首先根据光波导的射线和电磁理论,仿真分析了侧壁粗糙度和陡峭度等工艺缺陷对光场分布的影响。然后,在FR4基板上通过显影刻蚀技术制作了多路聚合物光波导,详细介绍了工艺过程及参数。制备完成后,利用3D测量激光显微镜对光波导的顶表面和侧面进行了粗糙度测试,顶表面粗糙度为12nm,侧面粗糙度为58nm,结果在工艺容限范围内,侧壁形貌也较为陡直。最后,进行通光测试,当激光波长为850nm时,光波导的传输损耗为0.24d...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
低倍显微镜下光波导照片
第三章 光互连层的模拟与制备35OLS4100 3D激光显微镜测量多组光波导样品，图3.14(a)和图3.14(b)分别是检测顶面、侧面粗糙度时的显微照片。(a) 光波导正面 (b) 光波导侧面图3.13 低倍显微镜下光波导照片(a) 顶面粗糙度检测 (b) 侧面粗糙度检测图3.14 顶面和侧面粗糙度检测显微照片为降低偶然误差，对多组光波导样品进行检测，取平均值。粗糙度检测结果如表3.5 所示，其中，光波导顶面粗糙度为 12nm，侧壁粗糙度为 58nm。由 3.1 节工艺缺陷模拟分析可知，当侧壁凹陷深度在 2~3 m 时，波导内光场分布曲线的形变不再明显，对比实测 58nm 的侧壁粗糙度，表明该工艺的侧蚀控制较好，对传输光场模式的影响比较微弱。除了粗糙度
光波导侧壁(a) 光波导 3D 显微镜图像 (b) 光波导剖面显微照片图3.15 光波导轮廓表3.5光波导表面粗糙度检测测试位置测量结果(μm)光波导表面粗糙度(μm)1 2 3顶面样品 1 0.013 0.012 0.0130.012样品 2 0.013 0.010 0.011样品 3 0.011 0.011 0.010样品 4 0.012 0.014 0.013样品 5 0.010 0.012 0.011侧壁样品 1 0.058 0.057 0.0570.058样品 2 0.059 0.056 0.058样品 3 0.059 0.056 0.058样品 4 0.060 0.057 0.059样品 5 0.056 0.058 0.0573.3.2 传输损耗测试在六维调节平台上分别对4路9cm长的光波导和4路4.5cm的光波导进行测试，所谓六维调节平台，就是指平台可沿六个方向调节，包括：x 轴方向、y 轴方向、z轴方向、绕 x 轴方向、绕 y 轴方向和绕 z 轴方向，相较于通光测试常用的五维调节平台，多了一个绕 z 轴转动的调节方向，所以可以调节置物台使一组光波导同时和两侧的光纤耦合，如图 3.16(a)所示。耦合好以后，激光器阵列发出波长为 850nm 的光束经入射光纤进入光波导再经出射光纤耦合进另一侧多通道光功率计
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机聚合物光波导的研究进展[J]. 侯有军. 激光与光电子学进展. 2017(05)
[2]板级波导光互联技术研究现状及发展趋势[J]. 杨伟,毛久兵,冯晓娟. 激光与光电子学进展. 2016(06)
[3]云计算数据中心光互连网络:研究现状与趋势[J]. 余晓杉,王琨,顾华玺,王曦. 计算机学报. 2015(10)
[4]光电印制板（OEPCB）制作工艺浅析[J]. 纪成光,吕红刚,陶伟,李民善. 印制电路信息. 2013(07)
[5]高频大功率开关电源结构的热设计[J]. 何文志,丘东元,肖文勋,张波. 电工技术学报. 2013(02)
[6]用于光互连的聚硅氧烷波导弯曲损耗[J]. 冯向华,季家镕,窦文华. 光学学报. 2012(08)
[7]中国PCB设备发展概况及前瞻[J]. 陈世金. 印制电路信息. 2012(08)
[8]聚硅氧烷改性及多模光波导制备[J]. 冯向华,季家镕,窦文华. 光学学报. 2012(05)
[9]硅基光波导材料的研究[J]. 陈媛媛. 激光与红外. 2010(08)
[10]Si基芯片光互连研究进展[J]. 程勇鹏,陈少武. 微纳电子技术. 2009(11)
博士论文
[1]用于光互连的单元器件研究[D]. 冯向华.国防科学技术大学 2012
[2]基于软光刻的短距离光互连研究[D]. 倪玮.浙江大学 2009
硕士论文
[1]聚合物波导光互连耦合器的设计[D]. 康世涛.电子科技大学 2016
[2]板级光互连链路设计研究[D]. 邵科杰.中国工程物理研究院 2009
[3]基于EOPCB光互连板的光耦合研究[D]. 张瑾.华中科技大学 2008
[4]光电混合印制电路板（EOPCB）光互连波导研究[D]. 付凯.华中科技大学 2005
本文编号：3483050
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
低倍显微镜下光波导照片
第三章 光互连层的模拟与制备35OLS4100 3D激光显微镜测量多组光波导样品，图3.14(a)和图3.14(b)分别是检测顶面、侧面粗糙度时的显微照片。(a) 光波导正面 (b) 光波导侧面图3.13 低倍显微镜下光波导照片(a) 顶面粗糙度检测 (b) 侧面粗糙度检测图3.14 顶面和侧面粗糙度检测显微照片为降低偶然误差，对多组光波导样品进行检测，取平均值。粗糙度检测结果如表3.5 所示，其中，光波导顶面粗糙度为 12nm，侧壁粗糙度为 58nm。由 3.1 节工艺缺陷模拟分析可知，当侧壁凹陷深度在 2~3 m 时，波导内光场分布曲线的形变不再明显，对比实测 58nm 的侧壁粗糙度，表明该工艺的侧蚀控制较好，对传输光场模式的影响比较微弱。除了粗糙度
光波导侧壁(a) 光波导 3D 显微镜图像 (b) 光波导剖面显微照片图3.15 光波导轮廓表3.5光波导表面粗糙度检测测试位置测量结果(μm)光波导表面粗糙度(μm)1 2 3顶面样品 1 0.013 0.012 0.0130.012样品 2 0.013 0.010 0.011样品 3 0.011 0.011 0.010样品 4 0.012 0.014 0.013样品 5 0.010 0.012 0.011侧壁样品 1 0.058 0.057 0.0570.058样品 2 0.059 0.056 0.058样品 3 0.059 0.056 0.058样品 4 0.060 0.057 0.059样品 5 0.056 0.058 0.0573.3.2 传输损耗测试在六维调节平台上分别对4路9cm长的光波导和4路4.5cm的光波导进行测试，所谓六维调节平台，就是指平台可沿六个方向调节，包括：x 轴方向、y 轴方向、z轴方向、绕 x 轴方向、绕 y 轴方向和绕 z 轴方向，相较于通光测试常用的五维调节平台，多了一个绕 z 轴转动的调节方向，所以可以调节置物台使一组光波导同时和两侧的光纤耦合，如图 3.16(a)所示。耦合好以后，激光器阵列发出波长为 850nm 的光束经入射光纤进入光波导再经出射光纤耦合进另一侧多通道光功率计
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机聚合物光波导的研究进展[J]. 侯有军. 激光与光电子学进展. 2017(05)
[2]板级波导光互联技术研究现状及发展趋势[J]. 杨伟,毛久兵,冯晓娟. 激光与光电子学进展. 2016(06)
[3]云计算数据中心光互连网络:研究现状与趋势[J]. 余晓杉,王琨,顾华玺,王曦. 计算机学报. 2015(10)
[4]光电印制板（OEPCB）制作工艺浅析[J]. 纪成光,吕红刚,陶伟,李民善. 印制电路信息. 2013(07)
[5]高频大功率开关电源结构的热设计[J]. 何文志,丘东元,肖文勋,张波. 电工技术学报. 2013(02)
[6]用于光互连的聚硅氧烷波导弯曲损耗[J]. 冯向华,季家镕,窦文华. 光学学报. 2012(08)
[7]中国PCB设备发展概况及前瞻[J]. 陈世金. 印制电路信息. 2012(08)
[8]聚硅氧烷改性及多模光波导制备[J]. 冯向华,季家镕,窦文华. 光学学报. 2012(05)
[9]硅基光波导材料的研究[J]. 陈媛媛. 激光与红外. 2010(08)
[10]Si基芯片光互连研究进展[J]. 程勇鹏,陈少武. 微纳电子技术. 2009(11)
博士论文
[1]用于光互连的单元器件研究[D]. 冯向华.国防科学技术大学 2012
[2]基于软光刻的短距离光互连研究[D]. 倪玮.浙江大学 2009
硕士论文
[1]聚合物波导光互连耦合器的设计[D]. 康世涛.电子科技大学 2016
[2]板级光互连链路设计研究[D]. 邵科杰.中国工程物理研究院 2009
[3]基于EOPCB光互连板的光耦合研究[D]. 张瑾.华中科技大学 2008
[4]光电混合印制电路板（EOPCB）光互连波导研究[D]. 付凯.华中科技大学 2005
本文编号：3483050
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