基于微环谐振器的片上光互连材料.doc

目录 ABSTRACT 3 一 5 1.1 光互连网络技术概述 5 1.1.1 电互连技术的特点与局限 5 1.1.2 光互连网络的特点与优势 6 1.1.3 片上光互连网络 7 1.2 微环的由来和发展 10 1.3论文的工作与主要创新点 11 1.3.1 论文工作及内容安排 11 1.3.2论文创新点 12 二 14 2.1微环的基本原理 14 2.1.1单个微环 15 2.1.2 微环的参数和指标 17 2.1.3串联双环 23 2.1.4交叉双环 25 2.2片上光网络基础 26 2.2.1常见的光互连网络 27 2.2.2重要参量 29 2.3本章小节 30 三 32 3.1串联双环的设计 33 3.2网络拓扑 40 3.3仿真结果及分析 41 3.3.1仿真平台简介 41 3.3.2结果及分析 42 3.3.3优缺点及改进方向 45 3.4本章小结 45 四 46 4.1交叉双环的设计 46 4.2网络拓扑 50 4.2.1 Bense网络 51 4.2.2 交叉波导设计 51 4.3仿真结果及分析 55 4.4本章小结 55 五 57 致谢 59 参考文献 60 在学期间的研究成果 61 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，其固有的局限性越来越难以掩饰。主要矛盾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。摩尔定律被打破是迟早的事情了。此时基于光信号的互连方式由于近年来研究的不断发展已经有了弥补甚至取代电互连的希望。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，而且由于能有效结合CMOS技术工艺，现在业已成为突破当前瓶颈的不二之选。 论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。主要取得了以下成果： （1）论文系统的归纳总结了设计片上光互连网络的整套流程。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）论文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传输系数等对这些参数的影响。论文最终设计出了工作在1550nm通信波段的半径为7μm，波导宽度200nm，波导间距Gap 100 nm的串联双环。同样工作在1550波段的6μm大小的交叉双环也完成了设计，其波导宽度为300nm，波导间隙100nm。 （3）论文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。是通过在谐振器上加工电极来控制的该设计具有易集成、可大规模互连、使用微环数量少、控制简单等优点。其中该结构的插入损耗约为2.2dB,消光比大于130dB。而且每次只用控制其中的两个微环。 （4）论文同样对基于交叉双环的8×8 Bense网络进行了尝试。利用已有的交叉双环设计，我们完成了对bense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。最后我们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等方面均有所提高。 关键词：微环谐振器 片上光互连 串联双环 交叉双环 ABSTRACT Existing interconnection network in the face of the growing traffic and deal with the more and more ports, is increasingly difficult to disguise its inherent limitations.Principal contradiction is focused on the interconnect based on electricity in such aspects as bandwidth, power consumption, anti-jamming is difficult to meet the demand of development.Moores law has been broken sooner or later.At this point based on the optical signal interconnection way due to the development of research in recent years there has been a make up or even replace electrical interconnection of hope.Piece