博碩士論文 105226070 詳細資訊




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姓名 周祥麟(Hsiang-Lin Chou)  查詢紙本館藏   畢業系所 光電科學與工程學系
論文名稱 以高分子聚合物步階式折射率波導設計適用於4通道 × 25 Gbps 單模光連接收發模組之光學系統
(Design of Optical System for 4-Channel × 25 Gbps Single-Mode Optical Interconnect Module Based on Stepped-Index Polymer Waveguide)
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★ 以漸變折射率高分子聚合物光波導設計4通道 × 25-Gbps單模光連接收發模組★ 以光學軟性電路板整合印刷電路板之高頻電路架構設計適用於高畫質多媒體介面光學連接收發模組
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摘要(中) 本論文提出以高分子聚合物步階式折射率波導設計適用於4通道 × 25 Gbps 單模光連接收發模組之光學系統,系統上包含了陶瓷基板與軟性電路板,並將雷射二極體、雷射驅動晶片、轉阻放大器晶片整合在陶瓷基板上,高分子聚合物波導、光檢測器整合在光學軟性電路板上。
由模擬結果得到:光學系統之發射端耦合效率為39.2 %,接收端耦合效率為84%。發射端在最大耦合效率下降至-1 dB時,雷射、高分子聚合物波導、單模光纖之位移容忍度皆可大於-1.5 μm~1.5 μm之範圍;接收端在最大耦合效率下降至-1 dB時,單模光纖、高分子聚合物波導、光檢測器之位移容忍度皆可大於-2.5 μm到2.5 μm之範圍。元件對準上可用主動式對準(active alignment)達到。
在符合100 Gbps PSM4功率規範之光學系統設計上,光學系統之發射端耦合效率為15.2 %,接收端耦合效率為81.9 %。發射端在最大耦合效率下降至-1 dB時,雷射、高分子聚合物波導、單模光纖之位移容忍度皆可大於-3 μm ~ 3 μm之範圍;接收端在最大耦合效率下降至-1 dB時,單模光纖、高分子聚合物波導、光檢測器之位移容忍度皆可大於-3 μm ~ 3 μm之範圍。元件對準上可用主動式對準(active alignment)達到。
摘要(英) In the thesis, the design of the optical system for 4-Channel × 25 Gbps single-mode optical interconnect module based on stepped-index polymer waveguide is proposed. The system includes a ceramic substrate and a flexible circuit board(FPC), a laser diode(LD), laser driver, and transimpedance amplifier(TIA) were integrated on the ceramic substrate, the polymer waveguide, photodiode were integrated on the FPC.
According to the simulation results, the optical coupling efficiency of the transmitting end is 39.2%, and the optical coupling efficiency of the receiving end is 84 %.The -1 dB alignment tolerances of the LD to the polymer waveguide、single mode fiber(SMF) at the transmitting end are more than ±1.5 μm. The -1dB alignment tolerances of the SMF to the polymer waveguide、photodiode at the receiving end are more than ±2.5 μm. Component alignment can be achieved with active alignment.
The design of optical system for 4-Channel × 25 Gbps optical interconnect module meets specification of 100Gbps PSM4. The optical coupling efficiency of the transmitting end is 15.2 %, and the optical coupling efficiency of the receiving end is 81.9 %.The -1dB alignment tolerances of LD、the polymer waveguide、single mode fiber(SMF) at the transmitting end are more than ±3 μm. The -1 dB alignment tolerances of SMF、the polymer waveguide、photodiode at the receiving end are more than ±3 μm. Component alignment can be achieved with active alignment.
關鍵字(中) ★ 高分子聚合物波導
★ 4通道 × 25 Gbps 單模光連接收發模組
★ 100 Gbps 平行單模4通道模組
★ 軟性電路板
關鍵字(英) ★ Polymer Waveguide
★ 4-Channel × 25 Gbps Single-Mode Optical Interconnect Module
★ 100 Gbps PSM4
★ Flexible Printed Circuit
論文目次 目錄
中文摘要 VI
英文摘要 VII
目錄 VIII
圖目錄 X
表目錄 XIV
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2 100 Gbps光連接收發模組與封裝方式介紹 3
1-3光連接收發模組之技術發展與設計想法 6
1-4以軟性電路板及陶瓷基板設計適用於100 Gbps PSM4之光連接收發模組 12
第二章 光連接收發模組結構設計與光源模擬假設 14
2-1光學收發模組之結構與元件規格 15
2-2模擬光源之假設 16
2-3光學波導設計之理念 21
2-4光學連接收發模組結構及材料 26
第三章 光學系統之光學模擬 28
3-1光學系統之分析方法 28
3-2 發射端之反射效率模擬 29
3-3 發射端之光場分析與耦合效率模擬 29
3-4 接收端之光場分析與耦合效率模擬 34
3-5 發射端雷射二極體、單模光纖、高分子聚合物波導之位移容忍度模擬 38
3-6接收端光檢測器、高分子聚合物波導、單模光纖之位移容忍度模擬 40
第四章 符合100 Gbps PSM4 規範功率的光學設計之光學模擬 43
4-1符合100 Gbps PSM4 規範功率之波導設計 43
4-2發射端之反射模擬 44
4-3發射端之光場分析與耦合效率模擬 45
4-4接收端之光場分析與耦合效率模擬 47
4-5發射端雷射二極體、單模光纖、高分子聚合物波導之位移容忍度模擬 50
4-6接收端光檢測器、高分子聚合物波導、單模光纖之位移容忍度模擬 52
第五章 結論 55
5-1結論 55
參考文獻 58
參考文獻 [1] Cisco Global Cloud Index: Forecast and Methodology, 2016–2021 White Paper.

[2] Fiber Cabling Solution-OM3 And OM4 Fiber for 10G/40G/100G Network.

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[4] Tutorials Of Fiber Optic Products-100G QSFP28 Fiber Optic Modules and Standards.

[5] ??光?子集成技??? | Ron Horan《硅基光?子器件的市?新??》

[6] Takatoshi Yagisawa, Tatsuhiro Mori, Rie Gappa, Kazuhiro Tanaka, Osamu Daikuhara,Takeshi Komiyama, and Satoshi Ide, “Structure of 25-Gb/s Optical Engine for QSFP Enabling High-Precision Passive Alignment of Optical Assembly” 2016 IEEE 66th Electronic Components and Technology Conference, 1099-1104, (2016).

[7] Koichiro Adachi, Takanori Suzuki, Aki Takei, Kouji Nakahara, Shigehisa Tanaka, Akira Nakanishi and Kazuhiko Naoe, “Monolithically integrated 4ch × 25.8Gbps lens-integrated surface- emitting DFB laser array directly coupled to SMF” IEICE Electronics Express, Vol.13, No.12, 1–6, (2017).

[8] Vilson R. Almeida, Roberto R. Panepucci, and Michal Lipson, “Nanotaper for compact mode conversion” OPTICS LETTERS / Vol. 28, No. 15 / August 1, (2003).

[9] 李軍,“以光學軟性電路板設計適用於4通道 × 25-Gbps 光學連接收發模組光學系統” ,(中央大學光電所碩士論文,台灣,2017)
指導教授 張正陽 伍茂仁(Jeng-Yang Chang Mount-Learn Wu) 審核日期 2018-8-6
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