Исследование, моделирование и разработка многоканальных интегрально-оптических межсоединений

• Автор: Романов, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 177 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1.ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНО ОПТИЧЕСКИХ СХЕМ И МЕЖСОЕДИНЕНИЙ

1.1 .Физические принципы формирования интегрально-оптических схем, используемых в качестве основы оптических межсоединений

1.2.Принципы построения оптических

межсоединений интегральных схем

1.3.Основные методы моделирования распространения излучения в

многомодовых интегрально-оптических схемах

Выводы к главе

2.МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ВОЛНОВОДНЫХ И ФОКУСИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТАХ МНОГОМОДОВОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОПТИКИ ПРОГРАММНЫМИ СРЕДСТВАМИ
2.1.Основные положения метода трассировки луча
2.2.Разработка программных средств для моделирования распространения оптического излучения в волноводных и фокусирующих элементах многомодовой интегральной оптики, сформированных по технологии электростимулированного ионного
обмена
Выводы к главе
3.РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОМЕРНОГО ИНТЕГРАЛЬНООПТИЧЕСКОГО МЕЖСОЕДИНЕНИЯ
3.1.Разработка принципов построения нового интегрально-оптического многоканального делителя излучения на основе матричной микролинзовой структуры
3.2.Физико-математическая модель многомерного интегрально-оптического матричного делителя излучения и расчет его основных параметров
3.3.Разработка оптимальной топологии интегрально-оптического делителя
излучения
Выводы К ГЛАВЕ
4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНООПТИЧЕСКОГО ДЕЛИТЕЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ МИКРОЛИНЗОВОЙ СТРУКТУРЫ
4.1.Расчет и исследование оптимальных физико-технологических параметров формирования интегрально-оптического делителя излучения методом электростимулированной миграции ионов в
стекле

4.2.Экспериментальное исследование основных оптических характеристик
интегрально-оптического матричного делителя излучения
Выводы к главе
5.РАЗРАБОТКА, МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НОВОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО МЕЖСОЕДИНЕНИЯ МНОГОМОДОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИХ СХЕМ
5Л.Разработка принципов построения вертикального межсоединения планарных оптических схем на основе
многомодовых канальных волноводов
5.2.Экспериментальное исследование вертикального интегральнооптического межсоединения
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Общеизвестно, что скорости передачи данных, обеспечиваемые современными электронными межсоединениями, которые являются основой для построения как настольной, так и специальной высокопроизводительной вычислительной и телекоммуникационной техники, приближаются к своему максимальному значению, определяемому физическими особенностями конструктивных элементов межсоединений. Это обусловлено спектром физических эффектов, связанных с влиянием распределенных параметров линий передачи сигналов и свойствами материалов, из которых они формируются. По этой причине наращивание производительности специальных вычислительных систем (супер-ЭВМ) в последнее время обеспечивается в основном за счет увеличения количества вычислительных модулей, выполняющих операции в параллельном режиме и функционирующих на относительно низких тактовых частотах, имеющих порядок единиц гигагерц.
В [1-3] приводятся прогнозы, на основании которых можно заключить, что физическим пределом скорости передачи данных в пределах электронной печатной платы на расстояние 30-50 см являются 20 Гбит/с. В то же время на основе экспериментальных оптических межсоединений получены скорости передачи данных до 80 Гбит/с на расстояние до 1 м [4] через оптический шлейф и 240 Гбит/с при параллельной передаче по 10 каналам [5] оптической интегральной схемы. При сравнении приведенных выше данных становятся очевидными преимущества оптических межсоединений, что описано в целом ряде современных научно-конструкторских разработок.
Развитие современной базы оптических компонентов для передачи и обработки информации обеспечивает возможность интеграции оптических межсоединений в структуры электронных интегральных схем и многослойных печатных плат, что позволит значительно повысить производительность как персональных, так и специальных вычислительных

интегральной схемы, но и его вывод в перпендикулярном ей направлении (многомерных распределителей). Во-вторых, актуальной является задача создания разъемного планарного соединения, обеспечивающего непосредственную передачу оптического излучения между оптоэлектронными печатными платами.
Рассмотрим существующие типы межсоединений, обладающие некоторыми преимуществами перед описанными выше и являющиеся перспективными для исследования.
К интегрально-оптическим разветвителям, удовлетворяющим приведенным выше требованиям, относится интегрально-оптический делитель излучения [45-47]. Данный делитель обеспечивает возможность вывода излучения из плоскости печатной платы и формируется в едином технологическом процессе электристимулированной миграции ионов одновременно с прочими элементами оптической интегральной схемы. Принцип работы делителя основан на явлении отражения, возникающего на закругленных поверхностях окончаний канальных волноводов и микролинз, имеющих профиль распределения показателя преломления, близкий к ступенчатому. Подобный способ формирования ответвляющих элементов является перспективным, поскольку в потенциале может обеспечить распределение излучения между значительным количеством каналов, что позволит создавать межплатные и внутриплатные оптические соединения, выполненные в соответствии с концепцией смартлинков на основе оптоэлектронных печатных плат. Еще одним преимуществом ответвляющего элемента данного типа является практически полное отсутствие ограничений на расположение в топологии оптической интегральной схемы.
Недостатком данного делителя является низкий коэффициент ответвления, составляющий единицы процентов от введенной в волновод мощности [46]. В указанных выше публикациях не приводится детальный анализ данной конструкции и физических принципов ее функционирования. В [46] проведен анализ распространения оптического излучения методом