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物理学报 2023年第18期72卷 46-74页

作者：杜特马汉斯姜鑫鹏赵芬张兆健王志成彭政张伊祎张煜青罗鸣宇邹宏新吴加贵闫培光朱刚毅于洋何新陈欢张振福杨俊波国防科技大学理学院长沙410073 国防科技大学计算机学院长沙410073 重庆理工大学两江人工智能学院重庆400054 西南大学人工智能学院重庆400715 广西大学计算机与电子信息学院南宁530004 深圳大学物理与光电工程学院深圳518060 南京邮电大学通信与信息工程学院南京210023

光互连技术相比于电互连等传统通信技术具有带宽大、能耗低、抗干扰等系列优势,正在逐渐成为短距离、甚短距离数据终端间通信的重要手段和发展趋势.基于绝缘体上硅的片上光互连技术作为光互连在芯片尺度上的实现,在一系列复用技术的支... 详细信息

光互连技术相比于电互连等传统通信技术具有带宽大、能耗低、抗干扰等系列优势,正在逐渐成为短距离、甚短距离数据终端间通信的重要手段和发展趋势.基于绝缘体上硅的片上光互连技术作为光互连在芯片尺度上的实现,在一系列复用技术的支持下得到了非常广泛的应用.智能设计方法具有原理直观、设计自由度高、材料兼容性好等优点.随着智能设计方法在片上光互连器件设计活动中的广泛应用,目前片上光互连器件逐渐呈现出超紧凑化、可调控化、系统集成化等重要发展趋势.本文首先归纳了几种目前最常用的片上光互连器件的智能设计方法,然后详细分析了智能化设计的片上光互连器件的几个重大研究进展与趋势,最后对未来智能化设计的片上光互连器件的发展进行了展望.

关键词：片上光互连器件智能设计方法相变材料光子集成回路

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基于逆向设计的片上多波长路由光互连网络研究

基于逆向设计的片上多波长路由光互连网络研究

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作者：徐艳红广西大学

学位级别：硕士

随着时代的不断发展,通信技术突飞猛进的同时,也带来大数据时代的各种挑战。集成光学系统可以大大降低设备的制造成本,提高信息传输能力,可以广泛的应用于片上光互连中。片上光互连的基础是集成光学器件,所以对关键器件的研究和设计至... 详细信息

随着时代的不断发展,通信技术突飞猛进的同时,也带来大数据时代的各种挑战。集成光学系统可以大大降低设备的制造成本,提高信息传输能力,可以广泛的应用于片上光互连中。片上光互连的基础是集成光学器件,所以对关键器件的研究和设计至关重要。在追求光子芯片高度集成化的过程中,提出了一种新的逆向设计方法,克服了手工调整参耗时长和器件尺寸大的缺点。通过优化算法实现逆向设计,设计的器件不仅体积小、损耗低,而且能够实现各种不同的功能。本论文基于对片上光互连网络关键器件的认识,使用逆向设计的方法进行器件的研究设计。首先讨论了单个器件性能的提升及其应用,然后通过对优化算法的改进,对级联器件如何提高性能进行了研究。最后,设计了一种片上多波长路由光互连网络。主要的研究内容包括如下几个方面:(1)首先使用直接二进制搜索算法,设计了三个任意方向的1×3功率分束器,它们有着任意的输出的方向,并且可以在任何方向上连接到其他器件,极大地减少了光子集成电路所占用的空间。同时还了讨论内存占用对设备性能的影响。通过设计结果,三个1×3功率分束器可以自由组合,实现任意方向、多通道、超紧凑的功率分束器,并可以更好地与不同的设备连接,实现不同的功能。同时,还展示了一个组合后的1×6功率分束器。(2)基于直接二进制搜索算法设计了一个尺寸仅为3.6μm×2.4μm的波长解复用器。此外,还设计了一个波导交叉,所设计结构的尺寸为3.6μm×2.4μm。然后,利用所提出的波长解复用器和波导交叉设计了一个光学互连结构,可以作为基本的光交叉连接结构。与传统的光学互连相比,应用于片上光学系统的集成密度和增益得到了很大的提高。在优化过程中,通过调整FOM函数的权重和对结构参数的讨论来提高器件的性能。通过器件的集成,可以减少插入损耗和串扰,为实现任意波长路由光互连网络奠定了基础。(3)首先提出了一种基于光滤波器和波长交叉的光互连网络。该结构可以支持TE模式下的1300 nm、1400 nm、1500 nm、1600 nm四个波长的波长路由。其中单个结构的足迹仅为3.8×2.6μm,最后整个网络的足迹仅为12.84×6.8μm,这将显著提高集成密度,并有利于各种片上光通信系统。同时对器件进行了实验制备,来验证器件的可制造性。此外,将设计的基础器件与该光互连网络进行级联,可以组合成一个完整的片上多波长路由光互连网络。该集成网络既支持多个波长的路由,又可以支持功率的分束。并且有着较小的尺寸、较好的性能,为片上光子集成芯片奠定了基础。

关键词：片上光互连器件逆向设计直接二进制搜索算法片上多波长路由光互连网络

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