Анализ потерь оптического излучения в полимерных оптико-электронных шинах печатных плат нового поколения

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.

1. Miller 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.x

2. Cai 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-8242

3. Cai 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.2011.08.062

4. Immonen 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.2005.856538

5. Ma 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-O

6. Sergeeva 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_id00002429

7. Pitwon 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.2015.09.070

8. Pitwon 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:10.1117/12.2077654

9. Manvelova 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:10.1088/1742-6596/1400/6/066051

10. Bamiedakis 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.20.011625

11. Радзиевская 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-2021-71-31-40

12. Радзиевская 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:10.17586/0021-3454-2021-64-6-469-476

13. Chang-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.

14. Панов М.Ф., Соломонов А.В. Физические основы фотоники: Учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2017. 564 с.

15. Григорьев Л.В. Кремниевая фотоника: Учебно-методическое пособие по практическим работам. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 69 с.