本文選題：微環(huán)諧振器 + 光路由器�。� 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：在片上多核處理器系統(tǒng)中,片上光互連網(wǎng)絡(luò)由于可以提高帶寬,減少時延以及降低功耗,可有效解決傳統(tǒng)電互連網(wǎng)絡(luò)發(fā)展瓶頸的問題,所以得到廣泛的研究和關(guān)注。而在片上光互連網(wǎng)絡(luò)中,光路由器是其關(guān)鍵組件之一,直接影響著片上光互連網(wǎng)絡(luò)的性能。本論文基于光波導(dǎo)理論和微環(huán)諧振理論,利用微環(huán)諧振器和聚合物材料/SOI材料的優(yōu)點,分別優(yōu)化設(shè)計了兩種無源和兩種有源光路由器;為進一步研究光路由器在光互連網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用,基于OPNET仿真平臺,利用無阻塞有源五端口光路由器建立了一種三維Mesh片上光互連網(wǎng)絡(luò),并對網(wǎng)絡(luò)性能進行了初步研究。首先,基于聚合物材料優(yōu)化設(shè)計并數(shù)值模擬了交叉耦合雙微環(huán)諧振器和平行耦合單微環(huán)諧振器,使用24組交叉耦合雙微環(huán)諧振器,設(shè)計了一種可路由7種信道波長的八端口光路由器,在1548.4~1553.2 nm范圍內(nèi)間隔為0.8 nm的波長下,八端口光路由器的插入損耗為0.02~0.58 dB,最大串?dāng)_-39 dB,芯片尺寸約0.79 mm2。為提高光路由器的通信帶寬,在八端口光路由器的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種新型通用的N級級聯(lián)八端口光路由器,級聯(lián)后的光路由器可路由7N(N≤43)種信道波長。此外,為降低器件損耗,基于平行耦合單微環(huán)諧振器優(yōu)化設(shè)計并數(shù)值模擬了一種可路由三種信道波長的新型無源四端口光路由器,它是目前所有四端口光路由器中使用微環(huán)數(shù)最少的一種,在選定的三個信道波長(1550、1551.6、1553.2nm)下,其沿不同路徑的插入損耗為0.02~0.6dB,串?dāng)_為-23.41~-37.71dB。其次,基于SOI材料優(yōu)化設(shè)計并數(shù)值模擬了兩種諧振波長為1550 nm的可熱光調(diào)諧的平行耦合單微環(huán)諧振器,使用4個和8個平行耦合單微環(huán)諧振器作為基本路由單元分別理論設(shè)計了無阻塞四端口和五端口有源光路由器,通過熱光效應(yīng)調(diào)諧每個基本路由單元的諧振,兩種光路由器分別具有9種和44種無阻塞路由狀態(tài)。通過建立理論模型,對兩種光路由器的輸出光譜、插入損耗、串?dāng)_和功耗等性能進行了詳細(xì)的表征。根據(jù)光路由器數(shù)據(jù)鏈路的分析得出,無阻塞四端口和五端口有源光路由器的插入損耗分別為0.13~3.36 dB和0.36~1.70 dB,串?dāng)_分別為-19.46 dB和-20 dB,功耗分別為0~88 mW和44.2~154.8mW。為進一步提高兩種光路由器的性能,對三個串聯(lián)微環(huán)代替單個微環(huán)的基本路由單元進行了研究。最后,為進一步研究光路由器的應(yīng)用性能,基于OPNET仿真平臺和有源無阻塞五端口光路由器,初步設(shè)計并仿真了一種三維Mesh片上光互連網(wǎng)絡(luò)。仿真結(jié)果顯示,在XY維序路由算法下,光信號從源節(jié)點到目的節(jié)點所經(jīng)歷的功耗和損耗與其所通過的中間節(jié)點數(shù)目呈線性關(guān)系。創(chuàng)新點:第一,基于聚合物材料交叉耦合雙微環(huán)諧振器,優(yōu)化設(shè)計并數(shù)值模擬了一種新型八端口無源光路由器件,其可實現(xiàn)寬光譜多波長信號的定點路由功能。第二,基于聚合物材料平行耦合單微環(huán)諧振器,優(yōu)化設(shè)計了一種使用微環(huán)數(shù)最少且插入損耗較小的新型無源四端口光路由器件。第三,基于SOI波導(dǎo),設(shè)計了兩種新型的熱光可調(diào)諧的平行耦合單微環(huán)諧振器,進而設(shè)計并研究了兩種新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無阻塞有源四、五端口光路由器件。
[Abstract]:In the on-chip multi core processor system, the optical interconnection network can improve the bandwidth, reduce the delay and reduce the power consumption, so it can effectively solve the bottleneck of the development of traditional electrical interconnection network, so it is widely studied and concerned. In the optical interconnection network, the optical path is one of the key components, which directly affects the light on the chip. Based on the theory of optical waveguide and the theory of microring resonance, two passive and two kinds of active optical routers are designed and designed, respectively, based on the advantages of the microring resonator and the /SOI materials of the polymer materials. The application of the optical router in the optical interconnection network is further studied. The OPNET simulation platform is based on the non blocking. The source five port optical router establishes a three-dimensional Mesh chip optical interconnection network, and studies the network performance preliminarily. First, based on the optimization design of the polymer materials and numerical simulation of the cross coupled double microring resonator and parallel coupled single microring resonator, a routing is designed using 24 sets of cross coupled double microring resonator. 7 channel wavelength eight port optical routers, with a wavelength of 0.8 nm within the range of 1548.4~1553.2 nm, the insertion loss of the eight port optical router is 0.02~0.58 dB, the maximum crosstalk -39 dB, and the chip size about 0.79 mm2. to improve the communication bandwidth of the optical router, and a new general N level is designed on the basis of the eight port optical router. Cascaded eight port optical routers, the cascaded optical routers can route 7N (N < 43) channel wavelengths. In addition, in order to reduce device loss, a new passive four port optical path, which can route three channel wavelengths, is designed and numerically simulated by parallel coupled single microring resonators. It is currently made in all four port optical routers. With the least number of microloops, the insertion loss along different paths is 0.02~0.6dB and the crosstalk is -23.41~-37.71dB. next to the selected three channel wavelengths (15501551.61553.2nm). Based on the SOI material optimization design and the numerical simulation of the parallel coupled single microring resonator with two kinds of resonant wavelengths of 1550 nm, 4 are used. 8 parallel coupled single micro loop resonators are used as the basic routing units to design the non blocking four port and five port active optical router respectively. The resonance of each basic routing unit is tuned by the thermal optical effect. The two optical routers have 9 and 44 non blocking routing states respectively. By establishing the theoretical model, two kinds of optical routers are established. The output spectrum, insertion loss, crosstalk and power consumption are characterized in detail. According to the analysis of the optical router data link, the insertion loss of the four port and five port active optical routers is 0.13~3.36 dB and 0.36~1.70 dB respectively, the crosstalk is -19.46 dB and -20 dB respectively, and the power consumption is 0~88 mW and 44.2~154.8mW. respectively. In order to further improve the performance of two optical routers, the basic routing units of three series microloops instead of single microloops are studied. Finally, in order to further study the application performance of optical routers, based on OPNET simulation platform and active non blocking five port optical routers, a three-dimensional Mesh chip optical interconnection network is designed and simulated. The simulation results show that, under the XY routing algorithm, the power consumption and loss of the optical signal from the source node to the destination node have a linear relationship with the number of intermediate nodes. First, based on the cross coupled double microloop resonator of polymer materials, a new type of eight port passive optical router is designed and simulated. Second, based on the parallel coupled single microring resonator of polymer materials, a novel passive four port optical router which uses the least microloop number and the insertion loss is optimized. Third, based on the SOI waveguide, two new type of thermo optic tunable parallel coupling is designed. Combined with single microring resonator, two new non blocking active four and five port optical routers are designed and studied.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN25

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本文編號：1933774