tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2022-8-1-84-90tuzsut-311Research ArticleТРУДЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХYOUNG SCHOLARS RESEARCHАнализ потерь оптического излучения в полимерных оптико-электронных шинах печатных плат нового поколенияAnalysis of Optical Losses in Polymer Optoelectronic Bus of a New Generation Printed Circuit Boardshttps://orcid.org/0000-0001-6360-810XРадзиевскаяТ. А.RadzievskayaT.

Радзиевская Тамара Александровна – аспирант кафедры фотоники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»; ведущий инженер-технолог Центра Микросистемотехники ОАО «Авангард»

Санкт-Петербург, 197376; Санкт-Петербург, 195271

St. Petersburg, 197376; St. Petersburg, 195271

tamaramanvelova239@mail.ruСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова (Ленина); ОАО «Авангард»РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University "LETI"; JSC «Avangard»Russian Federation202201042022818490Copyright © Радзиевская Т.А., 20222022Радзиевская Т.А.Radzievskaya T.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/311

В статье рассмотрены отдельные факторы роста потерь в полимерных планарных оптических волноводах, которые входят в состав оптико-электронных шин, внедренных в перспективные печатные платы нового поколения. Предложены подходы к сокращению потерь на прохождение оптического излучения, к которым отнесены потери на торце оптического волновода и на переходе излучения в элемент ввода/вывода оптико-электронной шины печатной платы. По результатам проведенного в программной среде Comsol Multiphysics моделирования модовой структуры полимерного планарного оптического волновода из полимерного материала полидиметилсилоксана (PDMS) определены размеры сердцевины оптического волновода, обеспечивающие одномодовую структуру оптического волновода. Разработан и собран измерительный стенд для вычисления потерь на прохождение в полимерных планарных оптических волноводах оптико-электронной шины печатной платы, который соответствует требованиям МЭК 62596-2:2017. Минимальное измеренное значение потерь на прохождение в изготовленных тестовых полимерных планарных оптических волноводах составило 20 дБ, что соответствует зарубежным аналогам оптико-электронной шины печатной платы.

The article considers individual factors of loss growth in polymer planar optical waveguides, which are included in the composition of optical-electronic buses, introduced in perspective new generation printing boards. The article proposes several approaches to reducing losses in optical radiation, which include losses at the end of the optical waveguide and the light transition to the input/output element of the optoelectronic bus of the printed circuit board. According to the results of modelling the modal structure of a polymer planar optical waveguide, made from a polymer material, polydimethylsiloxane (PDMS), in the software environment of Comsol Multiphysics, the dimensions of the core optical waveguide are determined, providing a single-mode structure of an optical waveguide. A measuring stand was developed and assembled for calculating the transmission losses in polymer planar optical waveguides of the optoelectronic bus of a printed circuit board, which meets the requirements of IEC 62596-2: 2017. The minimum measured loss in the manufactured polymer planar optical waveguides was 20 dB, which corresponds to foreign analogues of the optical-electronic bus of the printed circuit board.

полимерные планарные оптические волноводыоптико-электронная шина печатной платыPDMSпотери на прохождениеизмерительный стендComsol Multiphysicspolymer planar optical waveguidesoptoelectronic data busPDMStransmission lossesmeasurement standComsol MultiphysicsReferencesMiller S.E. Integrated optics: An introduction // The Bell System Technical Journal. 1969. Vol. 48. Iss. 7. PP. 2059−2069. DOI:10.1002/j.1538-7305.1969.tb01165.xMiller S.E. Integrated optics: An introduction. The Bell System Technical Journal. 1969;48(7):2059−2069. DOI:10.1002/j.1538-7305.1969.tb01165.xCai D. Optical and Mechanical Aspects on Polysiloxane Based Electrical-Optical-Circuits-Board. D.Sc Thesis. Dortmund: TU Dortmund University, 2008. 129 р. DOI:10.17877/DE290R-8242Cai D. Optical and Mechanical Aspects on Polysiloxane Based Electrical-Optical-Circuits-Board. D.Sc Thesis. Dortmund: TU Dortmund University; 2008. 129 р. DOI:10.17877/DE290R-8242Cai D., Neyer A. Polydimethylsiloxane (PDMS) based optical interconnect with copper-clad FR4 substrates // Sensors and Actuators B: Chemical. 2011. Vol. 160. Iss. 1. PP. 777−783. DOI:10.1016/j.snb.2011.08.062Cai D., Neyer A. Polydimethylsiloxane (PDMS) based optical interconnect with copper-clad FR4 substrates. Sensors and Actuators B: Chemical. 2011;160(1):777−783. DOI:10.1016/j.snb.2011.08.062Immonen M., Karppinen M., Kivilahti J.K. Fabrication and characterization of polymer optical waveguides with integrated micromirrors for three-dimensional board-level optical interconnects // IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing. 2005. Vol. 28. Iss. 4. PP. 304–311. DOI:10.1109/TEPM.2005.856538Immonen M., Karppinen M., Kivilahti J.K. Fabrication and characterization of polymer optical waveguides with integrated micromirrors for three-dimensional board-level optical interconnects. IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing. 2005;28(4):304–311. DOI:10.1109/TEPM.2005.856538Ma H., Jen A.K.-Y., Dalton L.R. Polymer-Based Optical Waveguides: Materials, Processing, and Devices // Advanced Materials. 2002. Vol. 14. Iss. 19. PP. 1339−1365. DOI:10.1002/1521-4095(20021002)14:19<1339::AID-ADMA1339>3.0.CO;2-OMa H., Jen A.K.-Y., Dalton L.R. Polymer-Based Optical Waveguides: Materials, Processing, and Devices. Advanced Materials. 2002;14(19):1339−1365. DOI:10.1002/1521-4095(20021002)14:19<1339::AID-ADMA1339>3.0.CO;2-OSergeeva E. Fabrication of polymer-based optofluidic microsystems for optical fluid analysis on printed circuit boards. D.Sc Thesis. Rostock: University of Rostock, 2019. 143 p. DOI:10.18453/rosdoc_id00002429Sergeeva E. Fabrication of polymer-based optofluidic microsystems for optical fluid analysis on printed circuit boards. D.Sc Thesis. Rostock: University of Rostock; 2019. 143 p. DOI:10.18453/rosdoc_id00002429Pitwon R., Immonen M., Wang K., Itoh H., Shioda T., Wu J., et al. International standards for optical circuit board fabrication, assembly and measurement // Optics Communications. 2016. Vol. 362. PP. 22−32. DOI:10.1016/j.optcom.2015.09.070Pitwon R., Immonen M., Wang K., Itoh H., Shioda T., Wu J., et al. International standards for optical circuit board fabrication, assembly and measurement. Optics Communications. 2016;362:22−32. DOI:10.1016/j.optcom.2015.09.070Pitwon R., Wang K., Immonen M., Wu J., Zhu L.X., Yan H.J. et al. International standardisation of optical circuit board measurement and fabrication procedures // Proceedings of the 15th Conference on Optical Interconnects (SPIE OPTO, San Francisco, United States, 7−12 February 2015). SPIE, 2015. Vol. 9368. DOI:10.1117/12.2077654Pitwon R., Wang K., Immonen M., Wu J., Zhu L.X., Yan H.J. et al. International standardisation of optical circuit board measurement and fabrication procedures. Proceedings of the 15th Conference on Optical Interconnects, SPIE OPTO, 7−12 February 2015, San Francisco, United States. SPIE; 2015. vol.9368. DOI:10.1117/12.2077654Manvelova T.A., Tarasov S.A., Ivanov N.N. Polymer Optoelectronic Bus for High-Speed Data Transmission Systems // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1400. Iss. 6. DOI:10.1088/1742-6596/1400/6/066051Manvelova T.A., Tarasov S.A., Ivanov N.N. Polymer Optoelectronic Bus for High-Speed Data Transmission Systems. Journal of Physics: Conference Series. 2019;1400(6). DOI:10.1088/1742-6596/1400/6/066051Bamiedakis N., Hashim A., Penty R.V., White I.H. Regenerative polymeric bus architecture for board-level optical interconnects // Optics Express. 2012. Vol. 20. Iss. 11. PP. 11625−11636. DOI:10.1364/OE.20.011625Bamiedakis N., Hashim A., Penty R.V., White I.H. Regenerative polymeric bus architecture for board-level optical interconnects. Optics Express. 2012;20(11):11625−11636. DOI:10.1364/OE.20.011625Радзиевская Т.А., Иванов Н.Н., Тарасов С.А. Подходы к снижению потерь на рассеяние в полимерных планарных оптических волноводах // Труды учебных заведений связи. 2021. Т. 7. № 1. С. 31‒40. DOI:10.31854/1813-324X-2021-71-31-40Radzievskaya T., Ivanov N., Tarasov S. The Reducing Approaches of Scattering Losses in Polymer Planar Optical Waveguides. Proc. of Telecom. Universities. 2021;7(1):31‒40. (in Russ.) DOI:10.31854/1813-324X-2021-7-1-31-40Радзиевская Т.А., Ламкин И.А., Тарасов С.А., Иванов Н.Н. Технологические способы снижения факторов роста поверхностных дефектов полимерных планарных оптических волноводов // Изв. вузов. Приборостроение. 2021. Т. 6. № 6. С. 469−476. DOI:10.17586/0021-3454-2021-64-6-469-476Radzievskaya T.A., Lamkin I.A., Tarasov S.A., Ivanov N.N. Technological methods for reducing the growth factors of surface defects in polymer planar optical waveguides. Journal of Instrument Engineering. 2021;64(6):469−476 (in Russ.) DOI:10.17586/0021-3454-2021-64-6-469-476Chang-Yen D.A., Eich R.K., Gale B.K. Monolithic PDMS Waveguide System Fabricated Using Soft-Lithography Techniques // Journal of Lightwave Technology. 2005. Vol. 23. Iss. 6. PP. 2088−2093.Chang-Yen D.A., Eich R.K., Gale B.K. Monolithic PDMS Waveguide System Fabricated Using Soft-Lithography Techniques. Journal of Lightwave Technology. 2005;23(6):2088−2093.Панов М.Ф., Соломонов А.В. Физические основы фотоники: Учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2017. 564 с.Panov M.F., Solomonov A.V. Physical Foundations of Photonics. St. Petersburg: Lan' Publ.; 2017. 564 p. (in Russ.)Григорьев Л.В. Кремниевая фотоника: Учебно-методическое пособие по практическим работам. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 69 с.Grigoriev L.V. Silicon Photonics. St. Petersburg: ITMO University Publ.; 2015. 69 p. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.