面向板级光互连的聚合物光波导及器件
发布时间：2023-02-18 12:52
随着数据中心及高性能计算机的发展,其内部数据速率及吞吐量呈爆炸式增长,短距互连对互连带宽及互连密度的需求不断增长,传统电互连技术面临着前所未有的挑战。相比之下,光互连技术在传输带宽、互连密度、能耗以及抗电磁干扰等方面都具有显著优势。光互连技术正从长距离通信向板间及芯片间的板级光互连发展。在板级光互连传输媒质的选择中,聚合物光波导由于具有成本低、互连密度高、特别是制备工艺与传统印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)工艺兼容、能与普通PCB层压集成形成光电复合线路板(Optical Printed Circuit Board,OPCB)等优势,受到学术界及产业界的高度重视。基于多模聚合物光波导与850 nm波长光收发器的板级光互连技术已日臻成熟,成为目前板级光互连系统的主要解决方案。另一方面,片上光互连是实现下一代超高速、低功耗芯片的有效解决方案,工作在长波长的硅基光电集成被视为最有前途的片上光互连技术。在此背景下,工作在1310 nm及1550 nm波长的单模聚合物光波导被认为是实现芯片间高密度、高速光互连的关键传输媒质。此外,除了聚合物光波导本身,要实现具有特...
【文章页数】：181 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号对照表
第一章 绪论
1.1 光互连技术的研究背景
1.1.1 光互连技术的优势
1.1.2 光互连技术的发展趋势
1.2 板级光互连系统的关键技术
1.2.1 有源器件
1.2.2 耦合方式
1.2.3 传输媒质
1.2.4 无源器件
1.3 聚合物光波导的制备
1.3.1 聚合物材料
1.3.2 聚合物光波导制备工艺
1.4 板级光互连的实现方式及研究现状
1.4.1 多模解决方案
1.4.2 单模解决方案
1.5 本论文结构安排及主要内容
第二章 波导模式分析与仿真计算
2.1 平板光波导
2.1.1 平板光波导的亥姆霍兹方程
2.1.2 TE模和TM模的色散方程
2.2 矩形光波导
2.2.1 马卡梯里近似解法
2.2.2 有效折射率法
2.3 光波导模式仿真计算方法
2.3.1 有限元法
2.3.2 光束传播法
2.4 波导间耦合
2.4.1 耦合模理论
2.4.2 定向耦合器
2.5 本章小结
第三章 高性能、大带宽多模聚合物光波导设计与制备
3.1 多模聚合物光波导的模式分析及带宽计算
3.1.1 模场分布
3.1.2 模式分析
3.1.3 带宽计算
3.2 矩形波导芯多模聚合物光波导制备与性能分析
3.2.1 多模聚合物光波导的光刻工艺参数
3.2.2 FR-4 衬底上多模光波导的光学性能及带宽分析
3.2.3 柔性光波导的制备与性能分析
3.2.4 米级聚合物光波导性能的综合评价
3.3 圆形波导芯多模聚合物光波导的制备与测试分析
3.3.1 3D直写工艺参数
3.3.2 光学性能评估
3.3.3 高速传输性能评估
3.3.4 双层聚合物光波导
3.4 多模聚合物光波导集成
3.4.1 封装MT接头的柔性光波导
3.4.2 FR-4 衬底上聚合物光波导的压板集成
3.5 本章小结
第四章 1550 nm波长单模聚合物光波导设计与制备
4.1 单模聚合物光波导设计
4.1.1 矩形单模聚合物光波导的设计
4.1.2 圆形单模聚合物光波导的设计
4.2 矩形单模聚合物光波导的制备与性能分析
4.2.1 单模光波导光刻工艺参数
4.2.2 光学性能分析
4.3 圆形单模聚合物光波导的制备与测试分析
4.3.1 圆形单模聚合物光波导的制备
4.3.2 光学性能评估
4.3.3 高速传输性能评估
4.4 本章小结
第五章 聚合物波导器件的设计与制备
5.1 Y型分束器/合束器
5.1.1 平面Y型分束器/合束器设计与制备
5.1.2 3D Y型分束器/合束器设计与制备
5.2 定向耦合器
5.2.1 2D定向耦合器设计与制备
5.2.2 3D定向耦合器设计与制备
5.3 模式复用/解复用器
5.3.1 基于少模波导拉锥的模式复用/解复用器设计与制备
5.3.2 基于双波导拉锥的模式复用/解复用器设计与制备
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
攻读学位期间参与的项目
本文编号：3745005
【文章页数】：181 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号对照表
第一章 绪论
1.1 光互连技术的研究背景
1.1.1 光互连技术的优势
1.1.2 光互连技术的发展趋势
1.2 板级光互连系统的关键技术
1.2.1 有源器件
1.2.2 耦合方式
1.2.3 传输媒质
1.2.4 无源器件
1.3 聚合物光波导的制备
1.3.1 聚合物材料
1.3.2 聚合物光波导制备工艺
1.4 板级光互连的实现方式及研究现状
1.4.1 多模解决方案
1.4.2 单模解决方案
1.5 本论文结构安排及主要内容
第二章 波导模式分析与仿真计算
2.1 平板光波导
2.1.1 平板光波导的亥姆霍兹方程
2.1.2 TE模和TM模的色散方程
2.2 矩形光波导
2.2.1 马卡梯里近似解法
2.2.2 有效折射率法
2.3 光波导模式仿真计算方法
2.3.1 有限元法
2.3.2 光束传播法
2.4 波导间耦合
2.4.1 耦合模理论
2.4.2 定向耦合器
2.5 本章小结
第三章 高性能、大带宽多模聚合物光波导设计与制备
3.1 多模聚合物光波导的模式分析及带宽计算
3.1.1 模场分布
3.1.2 模式分析
3.1.3 带宽计算
3.2 矩形波导芯多模聚合物光波导制备与性能分析
3.2.1 多模聚合物光波导的光刻工艺参数
3.2.2 FR-4 衬底上多模光波导的光学性能及带宽分析
3.2.3 柔性光波导的制备与性能分析
3.2.4 米级聚合物光波导性能的综合评价
3.3 圆形波导芯多模聚合物光波导的制备与测试分析
3.3.1 3D直写工艺参数
3.3.2 光学性能评估
3.3.3 高速传输性能评估
3.3.4 双层聚合物光波导
3.4 多模聚合物光波导集成
3.4.1 封装MT接头的柔性光波导
3.4.2 FR-4 衬底上聚合物光波导的压板集成
3.5 本章小结
第四章 1550 nm波长单模聚合物光波导设计与制备
4.1 单模聚合物光波导设计
4.1.1 矩形单模聚合物光波导的设计
4.1.2 圆形单模聚合物光波导的设计
4.2 矩形单模聚合物光波导的制备与性能分析
4.2.1 单模光波导光刻工艺参数
4.2.2 光学性能分析
4.3 圆形单模聚合物光波导的制备与测试分析
4.3.1 圆形单模聚合物光波导的制备
4.3.2 光学性能评估
4.3.3 高速传输性能评估
4.4 本章小结
第五章 聚合物波导器件的设计与制备
5.1 Y型分束器/合束器
5.1.1 平面Y型分束器/合束器设计与制备
5.1.2 3D Y型分束器/合束器设计与制备
5.2 定向耦合器
5.2.1 2D定向耦合器设计与制备
5.2.2 3D定向耦合器设计与制备
5.3 模式复用/解复用器
5.3.1 基于少模波导拉锥的模式复用/解复用器设计与制备
5.3.2 基于双波导拉锥的模式复用/解复用器设计与制备
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
攻读学位期间参与的项目
本文编号：3745005
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