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基于光波导的光电互联技术的设计与实现

基于光波导的光电互联技术的设计与实现

作者：王一鸣西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着现代通信技术的高速发展,高速通信电子设备的通信速率成指数增长。由于电互联方式固有的物理特性,铜导线在高频情况下的寄生效应严重影响信号质量,传统的电互联方式已经成为限制通信系统快速发展的瓶颈。光互联被认为是下一代能够... 详细信息

随着现代通信技术的高速发展,高速通信电子设备的通信速率成指数增长。由于电互联方式固有的物理特性,铜导线在高频情况下的寄生效应严重影响信号质量,传统的电互联方式已经成为限制通信系统快速发展的瓶颈。光互联被认为是下一代能够替代电互联的通信技术,它具有高带宽,大容量且不受电磁干扰的优势。因此,对实现光电信号互相转换的光电互联技术进行研究是通信技术发展的必然趋势。本文通过对基于聚合物光波导的板级光电互联技术的研究,实现基板上4组通道的光电转换通信,并达到10Gbps的通信能力,光路平均衰减小于0.3dB/cm,主要的研究内容及成果如下:1.设计一种高耦合效率的垂直耦合结构,提高光互联层传输效率。针对传统光互联层光束90°转向的垂直耦合结构耦合效率较低的问题,提出一种利用弧面代替一部分平面,使得到达反射面的入射角不会随着光源入射角的增大而减小。最终保证所有到达反射面的入射角大于全反射角,理论上将光耦合效率从65%提高到100%。2.设计光收发模块,实现光电转换功能。为了便于集成,使用6104系列光电芯片作为主要的功能电路。在光发射模块HXT6104配以VCSEL阵列实现数字信号到光信号的转换,在光接收模块利用C8051微控制器对HXR6104接收到的光电流进行监控。3.设计PCB上的高速信号差分线,实现电互联部分10Gbps的数据传输能力。利用Si9000对板层结构进行设计并确定半固化片的材料和厚度,差分线的线宽和线距。在Altium Designer上进行差分线的布局布线并通过HFSS的TDR仿真,仿真结果显示差分阻抗在96.201.1Ω。符合10Gbps的通信要求。4.设计聚合物光波导的制备工艺,实现光互联部分光信号通信能力。根据负性光刻工艺选择Epo系列材料作为光波导的芯层和包层,使用SU-8作为光刻胶。结合光刻工艺与旋涂工艺将光波导的制备过程分为下包层、芯层和上包层三部分。通过基底选择、旋涂速度控制和曝光时间几个参数减少光波导侧壁粗糙度。通过插损测试仪测出制备好的光波导平均光衰为0.178dB/cm。5.设计45°反射面结构成型工艺,完成光路90°转向。以研磨抛光工艺为基础,通过增加基底表面附着力和减小光波导固化应力两个方面对工艺进行改进,解决在研磨过程中光波导的崩裂问题。

关键词：光电互联聚合物光波导耦合效率差分线光刻

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基于光波导的板级光电互联技术的研究

基于光波导的板级光电互联技术的研究

作者：方云山西安电子科技大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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0.24dB/cm,优于工艺较成熟的硅基波导损耗水平。综合实验结果和各项测试数据,表明通过对工艺流程和参数的不断优化,该聚合光波导的制备方案不仅可在PCB上制作任意多路光波导,而且具有较好的重复性与稳定性。(2)对于光收发组件,针对其SMT混合贴装时需要高精度耦合的要求进行了耦合分析和结构设计。首先利用射线光学理论,分析了激光器垂直出射光线经45°全反射镜耦合进水平光波导并在芯层全内反射传输的光路及其条件。然后,通过数值模拟,分别获取了光耦合效率与全反射镜角度偏差、对位偏差间的关系曲线。结果表明,3dB损耗的对位容差约为30mm,角度容差为2.5°,降低了光收发组件贴装时的对准难度。最后,在兼容SMT工艺的基础上,提出了一种光收发组件一体化埋入的新型叠层光电板结构,针对板内埋入有源器件易致局部温升过高的传统难题,通过有限元热分析,优化光波导包、芯层材料热导率得以有效解决。(3)基于计算机仿真软件对板级通信系统进行了系统级建模和仿真。详细介绍了通信链路的组成及建模的依据。尤其对光传输通道,在分析其传输特性的基础上,参考前文制备光波导的工艺、性能参数进行了单独建模。最终整仿结果表明,该系统在10Gbps的通信速率下,输出信号的眼图质量较好,最小误码率为2×10。

关键词：光电互联光波导耦合效率叠层光电印制板误码率

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光电互联基板信号传输检测技术

中国科技信息 2019年第11期 103-105页

作者：卓良明阎德劲中国西南电子技术研究所

针对内埋光纤的光电互联基板信号传输检测难题,设计并制作了光电互联基板测试接口,搭建了光电信号测试平台。首先采用光功率计测试了埋入光纤的传输损耗,然后采用HDMI数据传输法定性检测了光电互联基板的信号传输能力;最后用误码仪和示... 详细信息

针对内埋光纤的光电互联基板信号传输检测难题,设计并制作了光电互联基板测试接口,搭建了光电信号测试平台。首先采用光功率计测试了埋入光纤的传输损耗,然后采用HDMI数据传输法定性检测了光电互联基板的信号传输能力;最后用误码仪和示波器对光电互联基板进行了眼图测试,解决了光电互联基板的测试难题。结果表明在电路板中内埋光纤,用光纤传输高速信号,能很好的完成信号传输,传输速率达到10Gb/s以上。

关键词：光电互联信号传输光纤传输眼图测试电路板测试接口

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光电互联组装工艺流程设计

电讯技术 2008年第12期48卷 75-78页

作者：阎德劲郑大安谢明华中国西南电子技术研究所成都610036

光电互联技术是解决电子设备向高频率、高速度、高集成发展瓶颈的关键技术,而组装工艺技术在光电互联中处于重要地位。针对光电互联要求高精度定位、高兼容性的特点,在分析光电互联技术原理的基础上,从新的角度提出光电互联的组装工艺难... 详细信息

光电互联技术是解决电子设备向高频率、高速度、高集成发展瓶颈的关键技术,而组装工艺技术在光电互联中处于重要地位。针对光电互联要求高精度定位、高兼容性的特点,在分析光电互联技术原理的基础上,从新的角度提出光电互联的组装工艺难题,提出组装工艺解决方案,设计关键组装工艺流程。分析表明,通过控制组装工艺关键技术参数,设计合理的组装工艺流程,能够解决所提出的新组装工艺难题,满足基于光波导的光电互联技术的组装要求。

关键词：光电互联高精度对准工艺兼容性工艺流程设计

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光电互联技术分析

现代表面贴装资讯 2008年第6期7卷 37-39页

作者：阎德劲中国电子科技集团公司第十研究所

随着电子产品向高容量、高速度、高频率的方向发展，电互联技术成为电子产品更快、更好发展的障碍，光电互联技术的出现弥补了电互联的不足。本文在分析光电互联原理的基础上，介绍应用于光电互联领域的光电器特性和封装特点，并总结光... 详细信息

随着电子产品向高容量、高速度、高频率的方向发展，电互联技术成为电子产品更快、更好发展的障碍，光电互联技术的出现弥补了电互联的不足。本文在分析光电互联原理的基础上，介绍应用于光电互联领域的光电器特性和封装特点，并总结光互联的发展方向和研究难点。

关键词：光电互联光电器件光电印刷电路板工艺兼容性

光电互联技术及其光电集成器件/组件发展概述

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光电互联技术及其光电集成器件/组件发展概述

以攻克高速光电互联为目标围绕新型极化激元开展系统研究——国家纳米科学中心戴庆研究员团队

第十一届中国高端SMT学术会议

作者：周德俭成磊汪智奇桂林电子科技大学机电工程学院西安电子科技大学机电工程学院

随着现代电子产品集成度和工作频率的迅速提高,电路组件/器件对电路布线密度和信号传输速度等性能指标的要求也在不断提升,传统以金属导线传输工艺为基础的电子电路电气互联工艺技术,由于其固有的信号延迟和电磁干扰等问题的制约,已经... 详细信息

随着现代电子产品集成度和工作频率的迅速提高,电路组件/器件对电路布线密度和信号传输速度等性能指标的要求也在不断提升,传统以金属导线传输工艺为基础的电子电路电气互联工艺技术,由于其固有的信号延迟和电磁干扰等问题的制约,已经难以适应现代电子产品技术发展需求,由此光电互联技术应运而生并得以快速发展。本文在介绍光电互联技术的基本概念、原理和特点,以及基本互联方式基础上,概述了光电集成器件和印制板级组件光电互联技术的研究进展,介绍了典型光电集成器件的集成结构和光电印制板组件互联结构形式,以及板级光电互联技术的主要研究内容。

关键词：光电互联光电器件印制板组件概述

来源： cnki会议评论

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科技成果管理与研究 2023年第10期18卷 9-10页

作者：赵静不详

攻克高速光电互联是世界性难题,用纳米材料的表面波(极化激元)为媒介实现高效光电互联为解决这一难题提供了新的思路。极化激元是一种存在于材料表界面上的电磁模式,能将光场压缩聚焦至很小尺度,因而可实现在纳米尺度上的光信息传输和... 详细信息

攻克高速光电互联是世界性难题,用纳米材料的表面波(极化激元)为媒介实现高效光电互联为解决这一难题提供了新的思路。极化激元是一种存在于材料表界面上的电磁模式,能将光场压缩聚焦至很小尺度,因而可实现在纳米尺度上的光信息传输和处理。近年来,国家纳米科学中心戴庆研究员团队围绕新型极化激元的物理机制、光场调控、工艺制备和测试技术方面展开系统研究,在极化激元的产生、压缩、传输、调制和检测等纳米光学功能设计与器件应用方面取得一系列原创成果,为纳米尺度光电融合与集成重大挑战提供科学依据。

关键词：光电互联极化激元信息传输功能设计器件应用纳米光学纳米尺度媒介实现

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埋入光纤板级光电互联组件的光路损耗

埋入光纤板级光电互联组件的光路损耗

2018中国高端SMT学术会议

作者：周德俭桂林电子科技大学机电工程学院

板级光电互联是电子产品制造中新兴的电气互联工艺技术,是光电互联的主要技术类型,它以电路板上制作光链路的光电基板为基础形成组件,组件上各功能模块之间的信号连接采用光链路作为传输通道,信号处理由电路承担。在电路板中埋入光纤形... 详细信息

板级光电互联是电子产品制造中新兴的电气互联工艺技术,是光电互联的主要技术类型,它以电路板上制作光链路的光电基板为基础形成组件,组件上各功能模块之间的信号连接采用光链路作为传输通道,信号处理由电路承担。在电路板中埋入光纤形成光电基板作为光路载体,是实现板级光电互联的主要结构形式之一。由光纤弯曲、埋入光纤槽型结构形式及其定位误差、光路耦合模块结构形式及其组装工艺误差等因素引起的光路损耗,是影响埋入光纤板级光电互联组件实现信号高效、精确、可靠传输的主要障碍。本文在介绍埋入光纤板级光电互联组件基本组成形式的基础上,分析其光路损耗产生的主要原因及其预防设计方法。

关键词：光电互联板级组件光纤误差光路损耗

来源： cnki会议评论

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埋入光纤挠性基板的光电耦合模块设计

发光学报 2019年第1期40卷 76-81页

作者：雷庭周德俭唐睿强陈小勇桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004 广西制造系统与先进制造技术重点实验室广西桂林541004

为了提高埋入光纤挠性基板光电互联系统中激光束与光纤之间的耦合效率,设计了一种可分离式的高效光电耦合模块。对耦合模块的结构尺寸进行了设计,并运用Matlab软件分析了激光束经过45°全反射镜时的能流变化情况;针对芯径为62.5μm、数... 详细信息

为了提高埋入光纤挠性基板光电互联系统中激光束与光纤之间的耦合效率,设计了一种可分离式的高效光电耦合模块。对耦合模块的结构尺寸进行了设计,并运用Matlab软件分析了激光束经过45°全反射镜时的能流变化情况;针对芯径为62.5μm、数值孔径为0.25的多模光纤,利用Zemax软件仿真模拟光纤耦合系统,并用正交下降法优化耦合系统结构,将单路波长为1 310 nm、输出功率为1 W的垂直腔面激光束耦合进光纤。分析结果表明,耦合效率与轴向偏差、角向偏差成中心对称分布,当制造误差最大时,耦合效率达到79.37%,耦合损耗为1. 00 d B。该光电耦合模块具有较高的定位误差,最高耦合效率可达85.35%,最低耦合损耗为0.69 d B。

关键词：光电互联光纤耦合 Zemax 正交下降法误差分析

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