粗糙表面高数多模光波导的局部光散射的研究

摘要

随着现代科学技术的飞速发展，越来越多的光互连技术开始逐渐取代电互连技术在科技领域的应用，众所周知在长远距离通信领域光互连技术已经完全取代了电互连，但是互联网络和高端处理器对处理急速增长的数据量的要求，使得在电路板水平也急需要光互连技术来解决电互连所存在的瓶颈，因此现在在传统印制电路板内内嵌光波导层的光电印制电路板(EOCB)技术受到了广泛的重视，并在世界范围内得到快速的发展。
　　 EOCB的发展就必然需要可以对高数多模光波导进行模拟分析的算法和软件以辅助设计。但是由于该波导存在大量的模式数目，传统的光波导的分析方法都无法直接应用，例如光束传播法、有限元法以及时域有限差分法等。本文介绍了德国的Elmar Griese教授提出的一种新方法，即扩展的光线追迹算法，他对于传统的光线追迹算法根据高数多模光波导的粗糙表面特性进了适当的扩展，使之成为一种有效的模拟算法。
　　 基于几何光学的光线追迹算法可以用在任何波导的几何尺寸比光波长大很多的情况下，但是传统的光线追迹算法需要界面足够平滑并且每次只能同时追踪一条光线。由于高数多模光波导的制造工艺的原因，它的粗糙性造成的散射现象不可忽略，于是传统的光线追迹算法必须对于粗糙界面的反射和透射的散射问题进行扩展。本文完成了粗糙表面高数多模光波导的局部光散射算法的编程实现，并进行了数值模拟；利用编制的光波导模拟分析程序，进行了大量的模拟仿真实验，并对模拟的结果进行了进一步的分析，得到了很多粗糙表面高数多模光波导的局部光散射特性。并介绍了怎样通过蒙特卡洛理论用统计学的方法进一步确定追迹光线，来解决光线追迹理论的边界条件问题，以通过扩展光线追迹算法来对粗糙表面高数多模光波导进行模拟分析。