運用於光學連結模組之矽基光學平台技術

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姓名

蕭旭良(Hsu-liang Hsiao) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

運用於光學連結模組之矽基光學平台技術
(Silicon Optical Bench For Optical Interconnect Modules)

相關論文

★ 具平坦化側帶之超窄帶波導模態共振濾波器研究	★ 以矽光學平台為基礎之4通道×10-Gbps 光學連結模組之接收端研究
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摘要(中)

隨著電腦的運算速度高達數GHz以上，傳統利用銅線傳遞電訊號的頻寬將不敷使用，利用光作為高速傳遞媒介之光連結技術將大幅取代IT產品中之各種訊號的連結。使用矽基材作為光連結技術的平台將享有可微型化、散熱佳等優勢，且可套用標準半導體製程技術達到元件的高精度定義、與可批次量產等特性。
本論文具體實現一個矽基微光學平台之光學連結技術，利用自由空間的光學傳遞，它可以作為板對板、或USB 3.0之光學連結技術的一個應用平台。在架構上，這個矽基微光學平台之光學連結收發模組包含有：單石積體化之45°微反射面、置放光纖陣列之V型凹槽、具2.5 GHz之高頻傳輸線與錫金焊料等，並可經由適當之光學對位鍵將面射型雷射與光偵測器封裝鍵結至微光學平台上。而矽基光學平台已完成2.5 GHz/channel的傳輸速度。
而經由設計的矽基微光學平台之45∘微反射面將具有110 ?m，而實驗製程之誤差可控制在6%的等級。經由光學追跡模擬的結果顯示，發射端的耦光效率為-6 dB，接收端的響應度為-2 dB。

摘要(英)

With the computing speed of computers up to several GHz and above, the telecommunications bandwidth through the traditional copper wire will be inadequate. Thus, incorporating optical light as a transmitting media will substantially improve most current interconnect technology due to its high transmission speed. Silicon optical bench technology for optical interconnect applications provides specific characteristics of miniaturized sizes, a good heat spreading, and so on. In addition, the fabrication process can be achieved by employing a standard semiconductor process technology. Therefore, it provides assembly with highly precise alignment, and mass-production possibilities.
In this paper, a free-space optical interconnect technology, which can serve as a board on board and/or USB 3.0 applications, is realized by using a silicon-optical bench. The transceiver module on the silicon micro-optical bench includes of a monolithic 45∘micro-reflector, V-groove fiber array, high frequency transmission line for 2.5 GHz and bonding pads.
The designed silicon optical bench is possessed of a 45∘micro-reflector with 110 ?m. And the process tolerance can be controlled within 6%. Through the ray-tracing simulation methods, the coupling efficiency of transceiver and receiver part reaches up to -6 dB and -2 dB, respectively.

關鍵字(中)

★ V型凹槽陣列
★ 45°微反射面
★ 光學連結模組
★ 矽基光學平台

關鍵字(英)

★ 45°micro-reflector
★ V-groove array
★ Optical Interconnect connect
★ Silicon Optical Bench

論文目次

摘要 i
Abstract ii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x
第一章序論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機及目的 4
1-3 論文架構 7
第二章光電元件之特性量測與矽基微光學平台之設計模擬 8
2-1 幾何光學設計相關理論 8
2-2 光纖的耦合 11
2-3 光電元件之特性量測與矽基微光學平台之尺寸設計 15
2-4 矽基光連接模組發射端與接收端光學雜訊準位及串音(cross talk)設計確認 23
2-5 矽基微光學平台高頻傳輸線特性設計確認 27
2-6 矽基微光學平台尺寸確認 30
第三章矽基微光學平台之製程開發與量測結果 32
3-1 濕式化學蝕刻(Wet Chemical Etching) 33
3-2 矽基45˚反射面製作之方法 36
3-3 V型凹槽陣列製作之方法 44
3-4 矽基微光學平台製程技術開發結果 49
3-5 矽基微光學平台高頻傳輸線特性製程技術開發 51
3-5.1 具底部接地之矽基高頻傳輸線 51
3-5.2 矽基微光學平台高頻傳輸線特性量測 53
3-5.3 高頻傳輸線與矽基微光學平台之整合 55
第四章結論與未來展望 60
參考文獻 63

參考文獻

1. Andrew C. Alduino, San Jose, CA(US); Mario J. Paniccia, Santa Clara, CA(US), “Method and apparatus providing an electrical-optical coupler”, (US patent NO. 7,306,378, USA, 2007)
2. Yasuhiko Aoki, Toshio Kato, Rogerio Jun Mizuno, Kenichi Iga, “Micro-optical bench for alignment-free optical coupling”, (OSA, Applied Physics,1999)
3. Kenji Tokoro et al., “Anisotropic Etching Properties of Silicon in KOH and TMAH Solutions”, IEEE International Symposium on Micromechatronics and Human Science,1998, p.65-69.
4. 張育誠,“微型光學讀取頭之元件”, (中央大學光電所碩士論文, 台灣, 2003)
5. I. Zubel, “Silicon anisotropic etching in alkaline solutions III: On the possibility of spatial structures forming in the course of Si(100) anisotropic etching in KOH and KOH+IPA solutions”, Sensors and Actuators A: Physical, 84, p. 116-125,2000
6. I. Zubel, “Silicon anisotropic etching in alkaline solutions IV - The effect of organic and inorganic agents on silicon anisotropic etching process”, Sensors and Actuators A: Physical, 87, p. 163-171,2001
7. I. Zubel, “The effect of isopropyl alcohol on etching rate and roughness of (100) Si surface etched in KOH and TMAH solutions”, Sensors and Actuators A: Physical, 93, p. 138-147,2001
8. J. M. Lai, W. H. Chieng, Y-C Huang, “Precision alignment of mask etching with respect to crystal orientation”, (J. Micromech. Microeng B, p.327-329,1998)

指導教授

伍茂仁(Mount-learn Wu)

審核日期

2008-7-22

推文