基于微环谐振器的片上光互连研究

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，其固有的局限性愈发明显。矛盾主要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。另一方面，基于光信号的互连方式近年来已经有了弥补甚至取代电互连的趋势。由于片上光互连在带宽、能耗、抗干扰性等方面有着电互连难以企及的巨大优势，而且能有效结合CMOS技术工艺，已成为突破当前瓶颈的最佳选择。
　　本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。研究内容主要有：
　　（1）系统地归纳总结了片上光互连网络设计的整套流程。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）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半径R等对这些参数的影响。论文最终设计出了工作在1550 nm通信波段的半径为6.978?m，波导宽度200 nm，波导间距Gap分别为90 nm（环与直波导）和80 nm（环与环）的串联双环。同样工作在1550波段的6?m大小的交叉双环也完成了设计，其波导宽度为270 nm，波导间隙80 nm。
　　（3）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。该设计是通过在谐振器上加工电极来控制的，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。其插入损耗约为2.2 dB,消光比大于140 dB，FSR约为20 nm。每次路由只用控制其中两个环，可大大降低能耗。
　　（4）对基于交叉双环的8×8 Benes网络进行了初步研究。利用已有的交叉双环，论文完成了对Benes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，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方面均有所提高。

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第一章 绪 论

1.1 光互连网络技术概述

1.1.1 电互连技术的特点与局限

1.1.2 光互连网络的特点与优势

1.1.3 片上光互连网络

1.2 微环的由来和发展

1.3论文的工作与主要创新点

1.3.1 论文工作及内容安排

1.3.2论文创新点

第二章 微环互连网络理论基础

2.1微环的基本原理

2.1.1单个微环

2.1.2 微环的参数和指标

2.1.3串联双环

2.1.4交叉双环

2.2片上光网络基础

2.2.1常见的光互连网络

2.2.2重要参量

2.3本章小节

第三章 基于串联双环的N×N的交换网络

3.1串联双环的设计

3.2网络拓扑

3.3仿真结果及分析

3.3.1仿真平台简介

3.3.2结果及分析

3.4本章小结

第四章 基于交叉双环的Benes网络

4.1交叉双环的设计

4.2网络拓扑

4.2.1 Benes网络

4.2.2 交叉波导设计

4.3仿真结果及分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间的研究成果