基于COBO技术高速并行光互连模块的设计与实现

发布时间：2020-07-10 06:54

【摘要】：随着移动视频、大数据、云计算、智慧城市等应用需求的极速增长,全球各地支撑其运行的数据中心如雨后春笋般建立。然而传统的电互连技术带宽窄、距离短、功耗大、延迟长以及电磁兼容等问题,由于电互连自身的上述缺陷,因此无法满足带宽日益增长的需求。而具有高带宽、高密度、低功耗、长距离、低延迟交换和无干扰的光互连技术成为未来通信发展的必然趋势,成为越来越多的研究工作所在。基于COBO(Consortium for On-Board Optics)技术的板上或嵌入式光模块是数据中心高速并行光互连未来发展的方向。为此,微软、思科、英特尔等与14家数据中心供货商于2015年年初共同成立了一个名为COBO的组织,该组织旨在通过合作订立新的行业标准,对从而板到设备内部的光纤模块进行标准化,并研究板上或嵌入式光纤模块的行业路线图。COBO希望通过业界领先厂商的共同努力为下一代数据中心和云环境的光纤应用做出努力,在降低功耗和增加带宽上建立行业标准。本文旨在研究实现基于COBO技术高速并行光互连模块的关键技术,并给出一种行之有效的模块设计方案。全文分为五个部分：首先,介绍了本课题的研究背景、国内外相关课题研究现状、以及本课题研究意义。其次,阐述了光互连模块的组成、工作原理,光模块的设计要求和指标定义。接着,论述了基于COBO技术高速并行光互连模块设计的关键技术,主要涉及电路设计、光路设计和热设计三个部分。每个部分又从不同的维度进行理论分析和仿真模拟,为基于COBO技术高速并行光互连模块的设计提供技术支撑。然后,基于以上研究,给出一种基于COBO技术高速并行光互连模块的设计方案并予以实现,通过实验对研究所得的基于COBO技术高速并行光互连模块的各项性能参数进行测试分析,结果证实模块的各项性能指标均满足设计要求,进而验证设计方案的可行性和有效性。最后,对整个研究内容进行总结和展望。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【图文】：

激光二极管,输出功率,特性曲线,关系曲线

的阀值电流和斜率效率均不一致，受激光二极管材料生长制备时结构、惨杂情况、逡逑工艺参数等因素影响，具有分散性。激光二极管输出功率、电压与电流关系曲线逡逑如图２－３所示：逡逑４占邋逦—逦逦逦逦逦邋＂ＩＩ邋■￣￣…—ｒ邋＾逡逑，：；逡逑Ｓ。逦￣￣：＾逦＇邋Ｉ《逡逑皇逦Ｘ逦逦Ｐ－Ｔ１逡逑口邋＾逦逦逦…－逡逑＾逦…Ｐ－Ｔ２逡逑１逦０５逦逦ＬＤＶＪｔｌ逡逑。左邋…逦邋逦－ｉｒｉＴｒｉＴＴ邋ｉ邋－，逦逦邋逦逡逑——逦逦逦逡逑二邋0邋—？ＩＭＷ邋々一一邋－Ｄ邋Ｈ．邋８0邋Ｂ0邋ｃ？邋２邋三二：邋二逡逑奇巧电巧二．＝Ａ逡逑图２－３激光二极管输出功率、电压与电流关系曲线逡逑从图２－３激光二极管的尸－／和ｒ－／特性曲线可知，激光二极管的输出功率、逡逑电压与电流关系（ＬＩＶ）曲线分为四个阶段，分别是初始的０４自发福射产生巧光逡逑段、接着的＾公超福射发光段、再次是公Ｃ的受激福射产生激光段、Ｗ及超过顶逡逑点Ｃ之后的过饱和段。当激光二极管前向偏置有励电流往入时，电能转换为逡逑光子，但由于初始阶段注入电流很小，能量有限，只能产生微弱的炎光，故输出逡逑光功率随着正向注入电流变化的曲线斜率也很小，即图中片／特性曲线的平坦区逡逑０４段

反向电流,反向电压,纵轴,横轴

Ｖｂ：－｜：Ｖ；逡逑图２－５反向电压与反向电流关系图逡逑图２－５中，横轴为反向电皮ＰＶ，单位为Ｖ；纵轴为测量ＡＰＤ的反向电流片，逡逑单位为ｕＡ。图中呁线为ＡＰＤ的理论反向电压与反向电流关系曲线，当加载ＡＰＤ逡逑上的反向电压较小，ＡＰＤ二极管尚未发生雪崩效应，光生载流子数量与产生的逡逑电子－空穴对是一一对应的，如国２－５中的初始平坦段，此时光倍X椧蜃樱ǎ粒觯幔欤幔睿悖瑁邋义希停酰欤簦椋穑欤椋悖幔簦椋铮铄澹疲幔慊颍停剑欤凰孀偶釉胤聪虻缪沟脑黾樱浞聪虻缌鞲嬷鸾ゼ哟螅诲义系奔釉氐姆聪虻缙ご蟮揭欢ㄊ凳保浞聪虻缌骷本鏧椉樱淝呓朴诖怪焙徨义现幔耸奔捶⑸┍佬вΓ杂Φ姆聪虻缪孤滴鞔┑缪梗疲椋颍缤迹玻抵杏冶咤义洗怪焙煜摺Ｍ贾蟹酆烨呶粒校牡姆聪蚬ぷ鞯缪埂ｅ义侠砺凵仙杓谱罴压ぷ鞯缪苟ㄒ逶诒对鲆蜃樱停剑保埃捎谑导屎苣训玫剑停剑保板义系淖既饭ぷ鞯鏦'值

机械尺寸,光互连,模块封装,外形

逦山东大学硕壬学位论文逦逡逑全金属封装，外置散热片，支持风冷散热，保证模块在０°—７0°ｃ箱体温度范围逡逑内连续工作。逡逑２．２．１光互连模块的机械尺寸逡逑光互连模块封装外形机械尺寸如图２－６所示，协议规定了模块长度为５０ｍｍ，逡逑宽度为３５ｍｍ，高度为２０ｍｍ邋（计算尺寸从电连接器底到散热片顶）。逡逑Ｌｅｎｇｔｈ逦如孤逡逑

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