基于微环谐振器的片上光互连研究本科学位论文.doc

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1、目录ABSTRACT3一、绪论51.1光互连网络技术概述51.1.1电互连技术的特点与局限51.1.2光互连网络的特点与优势61.1.3片上光互连网络71.2微环的由来和发展101.3论文的工作与主要创新点111.3.1论文工作及内容安排111.3.2论文创新点12二、理论基础142.1微环的基本原理142.1.1单个微环152.1.2微环的参数和指标172.1.3串联双环232.1.4交叉双环252.2片上光网络基础262.2.1常见的光互连网络272.2.2重要参量292.3本章小节30三、基于串联双环的N×N的交换网络323.1串联双环的设计333.2网络拓扑4

2、03.3仿真结果及分析413.3.1仿真平台简介413.3.2结果及分析423.3.3优缺点及改进方向453.4本章小结45四、基于交叉双环的8×8Bense网络464.1交叉双环的设计464.2网络拓扑504.2.1Bense网络514.2.2交叉波导设计514.3仿真结果及分析554.4本章小结55五、总结与展望57致谢59参考文献60在学期间的研究成果61摘要现有的互连网络面对着日益增长信息流量和越来越多的处理端口，其固有的局限性越来越难以掩饰。主要矛盾集中在基于电的互连方式在带宽、能耗、抗干扰性等方面难以满足发展需求。摩尔定律被打破是迟早的事情了。此时基于光信

3、号的互连方式由于近年来研究的不断发展已经有了弥补甚至取代电互连的希望。片上光互连在带宽、能耗、抗干扰性等方面有着电互连难以企及的巨大优势，而且由于能有效结合CMOS技术工艺，现在业已成为突破当前瓶颈的不二之选。论文主要研究了基于微环谐振器的片上光互连结构，分别从基本元器件的设计和片上光互连网络拓扑结构的优化两个方面进行了阐述。主要取得了以下成果：（1）论文系统的归纳总结了设计片上光互连网络的整套流程。从材料的选取到基本串联双环和交叉双环的设计优化，再到网络拓扑结构比较选取，论文都有详细阐述。（2）论文从串联双环和交叉双环的性能指标入手，通过传输矩阵法推导出了包括场传输

4、特性T、增强因子FE、精细度F和自由频谱范围FSR等参数的表达式，并分析了耦合系数和传输系数等对这些参数的影响。论文最终设计出了工作在1550nm通信波段的半径为7µm，波导宽度200nm，波导间距Gap100nm的串联双环。同样工作在1550波段的6µm大小的交叉双环也完成了设计，其波导宽度为300nm，波导间隙100nm。（3）论文重点提出了基于串联双环的能实现点对点任意连接的N×N交换网络，并举例说明了4×4网络结构。是通过在谐振器上加工电极来控制的该设计具有易集成、可大规模互连、使用微环数量少、控制简单等优点。其中该结构的插入损耗约为2.2dB,消光比大于13

5、0dB。而且每次只用控制其中的两个微环。（4）论文同样对基于交叉双环的8×8Bense网络进行了尝试。利用已有的交叉双环设计，我们完成了对bense网络的设计，并对网络基本单元之间的交叉波导进行了优化设计。最后我们通过仿真软件对比了常见的互连网络，证明了该设计在功耗和面积等方面均有所提高。关键词：微环谐振器片上光互连串联双环交叉双环ABSTRACTExistinginterconnectionnetworkinthefaceofthegrowingtrafficanddealwiththemoreandmoreports,isincreasinglydifficult

6、todisguiseitsinherentlimitations.Principalcontradictionisfocusedontheinterconnectbasedonelectricityinsuchaspectsasbandwidth,powerconsumption,anti-jammingisdifficulttomeetthedemandofdevelopment.Moore'slawhasbeenbrokensoonerorlater.Atthispointbasedontheopticalsignalinterconnectionwaydueto

7、thedevelopmentofresearchinrecentyearstherehasbeenamakeuporevenreplaceelectricalinterconnectionofhope.Pieceofglazinginterconnectioninsuchaspectsasbandwidth,powerconsumption,anti-interferencewithelectricalinterconnectionbeyondthereachofahugeadvantage,andwithcombinedwithCMOStechno