【摘要】：隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的高速發(fā)展,高速通信電子設備的通信速率成指數(shù)增長。由于電互聯(lián)方式固有的物理特性,銅導線在高頻情況下的寄生效應嚴重影響信號質(zhì)量,傳統(tǒng)的電互聯(lián)方式已經(jīng)成為限制通信系統(tǒng)快速發(fā)展的瓶頸。光互聯(lián)被認為是下一代能夠替代電互聯(lián)的通信技術(shù),它具有高帶寬,大容量且不受電磁干擾的優(yōu)勢。因此,對實現(xiàn)光電信號互相轉(zhuǎn)換的光電互聯(lián)技術(shù)進行研究是通信技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。本文通過對基于聚合物光波導的板級光電互聯(lián)技術(shù)的研究,實現(xiàn)基板上4組通道的光電轉(zhuǎn)換通信,并達到10Gbps的通信能力,光路平均衰減小于0.3dB/cm,主要的研究內(nèi)容及成果如下:1.設計一種高耦合效率的垂直耦合結(jié)構(gòu),提高光互聯(lián)層傳輸效率。針對傳統(tǒng)光互聯(lián)層光束90°轉(zhuǎn)向的垂直耦合結(jié)構(gòu)耦合效率較低的問題,提出一種利用弧面代替一部分平面,使得到達反射面的入射角不會隨著光源入射角的增大而減小。最終保證所有到達反射面的入射角大于全反射角,理論上將光耦合效率從65%提高到100%。2.設計光收發(fā)模塊,實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能。為了便于集成,使用6104系列光電芯片作為主要的功能電路。在光發(fā)射模塊HXT6104配以VCSEL陣列實現(xiàn)數(shù)字信號到光信號的轉(zhuǎn)換,在光接收模塊利用C8051微控制器對HXR6104接收到的光電流進行監(jiān)控。3.設計PCB上的高速信號差分線,實現(xiàn)電互聯(lián)部分10Gbps的數(shù)據(jù)傳輸能力。利用Si9000對板層結(jié)構(gòu)進行設計并確定半固化片的材料和厚度,差分線的線寬和線距。在Altium Designer上進行差分線的布局布線并通過HFSS的TDR仿真,仿真結(jié)果顯示差分阻抗在96.2~101.1Ω。符合10Gbps的通信要求。4.設計聚合物光波導的制備工藝,實現(xiàn)光互聯(lián)部分光信號通信能力。根據(jù)負性光刻工藝選擇Epo系列材料作為光波導的芯層和包層,使用SU-8作為光刻膠。結(jié)合光刻工藝與旋涂工藝將光波導的制備過程分為下包層、芯層和上包層三部分。通過基底選擇、旋涂速度控制和曝光時間幾個參數(shù)減少光波導側(cè)壁粗糙度。通過插損測試儀測出制備好的光波導平均光衰為0.178dB/cm。5.設計45°反射面結(jié)構(gòu)成型工藝,完成光路90°轉(zhuǎn)向。以研磨拋光工藝為基礎,通過增加基底表面附著力和減小光波導固化應力兩個方面對工藝進行改進,解決在研磨過程中光波導的崩裂問題。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN252
【圖文】：

圖3.6 45°反射面上不同入射角 θ1的反射率可知在傳統(tǒng) 45°反射面上入射角 θ1對應的反射率在-10°到 100%，但由于光束寬度的原因，越靠近 10°的光束在發(fā)面的入射角就會越小，當角度小于全反射角 =41.81°時則隨著反射面的入射角越小，反射率會越來越低。流反射率 R( (θ1))進行積分，求得理想情況下整個耦合結(jié)效率垂直耦合結(jié)構(gòu)設計中對兩種光互聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)進行了簡化建模和理論推導。并合結(jié)構(gòu)進行計算得到了理想情況下總的耦合效率為 81.要經(jīng)過兩次這樣的垂直光耦合：光源→光波導、光波導的單次光耦合效率，那么經(jīng)過兩次這樣的光耦合總的光

第三章 光電互聯(lián)系統(tǒng)組件設計23圖3.8 改進的反射面入射角 從圖 3.8 可知，改進后的結(jié)構(gòu)使得在入射角 θ1在 0 至 10°的范圍內(nèi)，到達反射面的入射角 隨著入射角 θ1的增加而增大。因而，新的反射面結(jié)構(gòu)可以使反射面的入射角 一直大于全反射角 41.81°，從而在理論上折射后的光束在新設計的反射面的能流反射率可以一直為 100%，進行積分后新設計的垂直耦合結(jié)構(gòu)的耦合效率為 100%。在光互聯(lián)通路中經(jīng)過發(fā)射區(qū)和接收區(qū)兩側(cè)耦合結(jié)構(gòu)的光耦合效率相乘得到的光耦合效率也為 100%，相較于傳統(tǒng)的 45°反射面結(jié)構(gòu)只有約 65%的耦合效率，在理論上很大程度的減少了光互聯(lián)通路上的傳輸損耗

顯示的監(jiān)控程序

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本文編號：2751803