基于LTCC的自由空间光互连模块研究

摘要

随着信息技术的发展，高速电子器件的应用越来越广泛，电互连已难以满足信息高速传输的需求。光互连具有抗电磁干扰能力强、信号串扰小和可用带宽高等优点，因而有望取代电互连成为新一代互连技术。目前，光互连技术中光纤互连和波导互连的应用较广、技术较为成熟，而自由空间光互连的研究尚处于初级阶段，但却最具吸引力和发展前景。
　　本文以低温共烧陶瓷（LTCC）为基板，研制了一款近距离自由空间光互连模块，测试结果表明该模块达到了设计要求，实现了传输速率为2.5Gb/s的近距离自由空间光互连，传输性能良好。
　　本文内容主要围绕自由空间光互连技术展开。首先，阐述了光互连的研究背景、发展现状和基本原理。其次，探讨了实现自由空间光互连的关键技术，包括LTCC技术、发射和接收模块以及差分传输线的传输原理和特性。其中发射和接收模块是实现自由空间光互连的核心，文中重点分析了发射模块中激光发射器和驱动电路，以及接收模块中激光探测器、前置放大器、主放大器和缓冲电路。再次，针对激光发射器发射的高斯光束，介绍了光强、光功率等基本特性，并通过仿真得到其在自由空间的传播损耗。然后，提出了自由空间光互连模块的总体设计方案，包含发射模块和接收模块的芯片选择、光收发器的管脚安装和布局等，并且设计了两种实用的光收发器对准安装方法。最后，介绍了光互连模块的测试原理和样品的测试过程，研制的光互连模块样品的测试性能优于设计指标；通过分析测试结果，得出改变匹配电阻可以改善传输效果，总结出最根本的改善方式是进行阻抗控制并严格按照高速差分线的布线规则布线。本文的研究内容对自由空间光互连的进一步发展有着重要的指导意义。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2光互连的定义

1.3光互连的分类

1.4国内外发展现状

1.5本文主要内容

第二章 光互连的关键技术

2.1低温共烧陶瓷

2.2发射部分

2.3接收部分

2.4差分传输线

2.5本章小结

第三章 高斯光束的自由空间传播

3.1基本概念

3.2光束的光强与光功率

3.3光束的透镜变换

3.4光束的传输损耗

3.5本章小结

第四章 光互连模块设计

4.1发射部分

4.2接收部分

4.3光收发器的安装方案

4.4自由空间光互连的对准方案

4.5光收发模块的封装设计

4.6本章小结

第五章 光互连性能的调试与验证

5.1主要仪器的介绍

5.2测试过程

5.3结果分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

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