高速宽带光模块电磁干扰及热设计研究

作     者：蔡媛媛 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙小菡;刘旭

授予年度：2016年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：高速光模块 热设计 热流体动力学 热流路径 电磁兼容 传输线法 电磁干扰屏蔽 

摘      要：随着数据通信和电信技术的快速发展,光网络信息容量激增,高速光模块成为当前光通信领域的一大研究热点。以CFP、CFP2、CFP4以及QSFP+封装形式为主的100Gbit/s光收发模块,具有高集成度且支持热插拔的特点,主要应用于以太网核心路由器、交换机、大型数据中心。围绕高速光模块封装中光与热、电磁多场互作用及综合设计等关键问题进行研究,具有重要的科学意义。本文针对高速光模块的散热和电磁兼容问题开展了以下研究：首先给出了CFP模块内部组件功能及布局,分析模块以及组件的散热路径,建立热阻模型,进行初步的散热结构设计。提出了具有内部散热通道的光模块组件级复合散热结构,改善散热效果。然后,利用热仿真软件FLOTHERM分析模块内部的热场分布,提出改进方案,最终使模块的工作壳温满足指标要求。接着对光模块进行电磁屏蔽设计,]POSA、ROSA夕加屏蔽壳,组件之间用隔板隔开,屏蔽壳与中间隔板均采用三层吸波屏结构。本文首先分析了简单吸波屏的原理,并在此基础上提出基于光子晶体隔离层和新型纳米复合材料吸波层的结构优化设计方案。通过有限元仿真软件HFSS分析吸波屏反射系数,验证方案的可行性。又由于光模块尺寸较小,组件间距也很小,且需要功能开孔以通尾纤或满足散热需求,基于传输线法计算开孔屏蔽壳的屏蔽效能(SE),并研究相关参数对SE的影响。最后,通过HFSS仿真结果验证对于高速光模块的电磁兼容设计达到一定的屏蔽效果。本文围绕高速宽带光收发模块的散热问题和电磁干扰问题,为CFP/CFP2/CFP4封装形式的高速宽带光模块提供了一种可行的散热和电磁屏蔽结构设计方案,提高模块整体的散热效率,减小电磁噪声的影响,为1OOG高速宽带光模块的电磁屏蔽和热管理提供理论模型和设计原型。