Исследование, моделирование и разработка многоканальных интегрально-оптических межсоединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Романов, Александр Алексеевич

• Романов, Александр Алексеевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Романов, Александр Алексеевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 .ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНО ОПТИЧЕСКИХ СХЕМ И МЕЖСОЕДИНЕНИЙ

1.1 .Физические принципы формирования интегрально-оптических схем,

используемых в качестве основы оптических межсоединений

1.2.Принципы построения оптических

межсоединений интегральных схем

1.3.0сновные методы моделирования распространения излучения в

многомодовых интегрально-оптических схемах

Выводы к главе 1

2.МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ВОЛНОВОДНЫХ И ФОКУСИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТАХ МНОГОМОДОВОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОПТИКИ ПРОГРАММНЫМИ СРЕДСТВАМИ

2.1 .Основные положения метода трассировки луча

2.2.Разработка программных средств для моделирования распространения оптического излучения в волноводных и фокусирующих элементах многомодовой интегральной оптики, сформированных по технологии электростимулированного ионного

обмена

Выводы к главе 2

3.РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОМЕРНОГО ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКОГО МЕЖСОЕДИНЕНИЯ

3.1.Разработка принципов построения нового интегрально-оптического многоканального делителя излучения на основе матричной микролинзовой структуры

3.2.Физико-математическая модель многомерного интегрально-оптического матричного делителя излучения и расчет его основных параметров

3.3.Разработка оптимальной топологии интегрально-оптического делителя

излучения

Выводы к главе 3

4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛБНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКОГО ДЕЛИТЕЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ МИКРОЛИНЗОВОЙ СТРУКТУРЫ

4.1 .Расчет и исследование оптимальных физико-технологических параметров формирования интегрально-оптического делителя излучения методом электростимулированной миграции ионов в

стекле

4.2.Экспериментальное исследование основных оптических характеристик

интегрально-оптического матричного делителя излучения

Выводы к главе 4

5.РАЗРАБОТКА, МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НОВОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО МЕЖСОЕДИНЕНИЯ МНОГОМОДОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИХ СХЕМ

5.1.Разработка принципов построения вертикального межсоединения планарных оптических схем на основе

многомодовых канальных волноводов

5.2.Экспериментальное исследование вертикального интегрально-

оптического межсоединения

Выводы к главе 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование, моделирование и разработка многоканальных интегрально-оптических межсоединений»

ВВЕДЕНИЕ

Общеизвестно, что скорости передачи данных, обеспечиваемые современными электронными межсоединениями, которые являются основой для построения как настольной, так и специальной высокопроизводительной вычислительной и телекоммуникационной техники, приближаются к своему максимальному значению, определяемому физическими особенностями конструктивных элементов межсоединений. Это обусловлено спектром физических эффектов, связанных с влиянием распределенных параметров линий передачи сигналов и свойствами материалов, из которых они формируются. По этой причине наращивание производительности специальных вычислительных систем (супер-ЭВМ) в последнее время обеспечивается в основном за счет увеличения количества вычислительных модулей, выполняющих операции в параллельном режиме и функционирующих на относительно низких тактовых частотах, имеющих порядок единиц гигагерц.

В [1-3] приводятся прогнозы, на основании которых можно заключить, что физическим пределом скорости передачи данных в пределах электронной печатной платы на расстояние 30-50 см являются 20 Гбит/с. В то же время на основе экспериментальных оптических межсоединений получены скорости передачи данных до 80 Гбит/с на расстояние до 1 м [4] через оптический шлейф и 240 Гбит/с при параллельной передаче по 10 каналам [5] оптической интегральной схемы. При сравнении приведенных выше данных становятся очевидными преимущества оптических межсоединений, что описано в целом ряде современных научно-конструкторских разработок.

Развитие современной базы оптических компонентов для передачи и обработки информации обеспечивает возможность интеграции оптических межсоединений в структуры электронных интегральных схем и многослойных печатных плат, что позволит значительно повысить производительность как персональных, так и специальных вычислительных

устройств. Также продолжаются исследования, направленные на разработку топологий интегрально-оптических схем многомерных распределителей сигналов и принципов построения оптических соединений для непосредственной передачи оптического сигнала между отдельными устройствами.

Важное место среди современных межсоединений занимают многоканальные и матричные распределители оптического излучения, являющиеся основой для организации вычислительных оптоэлектронных устройств и самовосстанавливающихся высокоскоростных каналов оптической связи[6-8]. Существуют отечественные разработки оптоэлектронных вычислительных устройств, базовыми конструкциями которых являются многоканальные активные и пассивные распределители оптических сигналов [9-13].

Можно заключить, что основной областью применения оптических межсоединений является организация высокоскоростных каналов передачи данных между функциональными узлами высокопроизводительных вычислительных систем. В период с 1990 по 2012 годы опубликовано значительное количество исследовательских работ, где в качестве основы для создания таких систем рассматриваются многослойные печатные платы, одним (или несколькими) из слоев которых являются оптические интегральные схемы. Такие схемы содержат топологию канальных волноводов, связывающих отдельные узлы электронной схемы, смонтированной на внешних сторонах платы [2].

При разработке «встраиваемых» оптических интегральных схем возникают задачи создания межсоединений, позволяющих передавать оптический сигнал между основной и дочерними платами, а также между слоями отдельно взятой печатной платы. Эти задачи решаются, в основном, за счет применения микроразмерных отражающих и дифракционных элементов интегральных схем, сформированных при помощи механической, химической, лазерной или иной обработке материалов подложек. Особое

внимание уделяется созданию межсоединений на основе многомодовых оптических интегральных схем, поскольку сравнительно большие размеры их элементов делают соединения на их основе менее чувствительными к относительным смещениям и, как следствие, к механическим и температурным воздействиям.

Актуальной является задача разработки принципов построения интегрально-оптических межсоединений для многомодовых схем, выполняющих функции многоканальных многомерных распределителей оптических сигналов за счет преобразования формы и направления распространения их световых пучков. К таким соединениям относятся матричные распределители излучения, применяемые для создания оптоэлектронных вычислительных устройств, а также устройств многопоточной (параллельной) обработки информации и высокоскоростных каналов оптической связи.

К наиболее перспективным технологиям для формирования оптических интегральных схем относятся технологии ионного обмена. Сотрудниками кафедры оптоэлектроники Кубанского государственного университета с 1980-х гг. ведутся исследования процессов формирования элементов оптических интегральных схем в подложках из оптических стекол. Благодаря этому разработаны и описаны недорогие технологические процессы производства качественных оптических интегральных схем методами термической и электростимулированной миграции ионов в стекло из расплавов, содержащих ионы металлов [14]. Однако принципы формирования элементов ввода-вывода для схем, изготовленных по технологии ионного обмена, недостаточно хорошо исследованы.

Цельработы- проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на разработку физико-технологических принципов построения многоканальных распределителей оптического излучения и межсоединений на их основе. Данная цель определила основные задачи работы:

1. провести анализ существующих физико-технологических принципов создания интегрально-оптических межсоединений;

2. разработать принцип построения нового многоканального матричного интегрально-оптического распределителя излучения и его физико-математическую модель для расчета основных параметров;

3. провести экспериментальные исследования, направленные на поиск оптимальных физико-технологических параметров формирования интегрально-оптических схем многоканального матричного делителя излучения;

4. разработать и создать макет многоканального многомерного интегрально-оптического распределителя излучения;

5. разработать принцип построения новой интегрально-оптической схемы межсоединения и ее физико-математическую модель для расчета основных параметров;

6. создать макет интегрально-оптической схемы межсоединения.

Методы исследования базировались на основополагающих законах оптики, вычислительной математики и использовании современных информационных технологий. Для реализации численного моделирования распространения оптического излучения в элементах оптических интегральных схемах методом трассировки луча использовалось программное обеспечение, разработанное автором на языке С# (среда разработки - MicrosoftVisualStudio 2010 Express).

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. предложен принцип построения нового интегрально-оптического многоканального делителя излучения (матричного делителя), состоящего из матрицы микролинз, выполняющих роль вертикальных ответвителей оптического излучения из плоскости

оптической интегральной схемы и канальных волноводов, служащих для ввода/вывода излучения в делитель, а также методика расчета его основных оптических параметров;

2. проведен расчет основных оптических характеристик матричного делителя (коэффициентов ответвления мощности оптического излучения выходных каналов делителя, коэффициентов передачи мощности между элементами делителя, распределения мощности излучения в областях его ответвления) при варьировании его оптико-геометрических параметров;

3. установлены оптимальные физико-технологические режимы формирования интегрально-оптического матричного делителя излучения методом электростимулированной миграции ионов из расплава А§ТМОЗ в подложках из оптического стекла марки К8;

4. создан макет схемы интегрально-оптического матричного делителя излучения, проведено экспериментальное исследование коэффициентов ответвления его выходных каналов;

5. предложен принцип построения нового интегрально-оптического межсоединения, состоящего из канальных волноводов, сформированных в плоских поверхностях отдельных стеклянных подложек методом электростимулированной миграции ионов, закругленные окончания которых выполняют функции фокусирующих элементов, повышающих коэффициент передачи соединения и его устойчивость к относительным смещениям его элементов;

6. создан макет интегрально-оптического межсоединения; проведено экспериментальное исследование зависимостей коэффициента передачи мощности в соединении от величины относительных смещений его элементов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Принцип построения нового многоканального интегрально-оптического матричного делителя излучения и его физико-математическая модель.

2. Оптимальные физико-технологические режимы формирования интегрально-оптического матричного делителя излучения методом электростимулированной миграции ионов из расплава А§Ж)3 в подложке из оптического стекла марки К8.

3. Принцип построения нового интегрально-оптического вертикального межсоединения на основе канальных волноводов с фокусирующими элементами и его физико-математическая модель.

Практическая значимость полученных результатов связана с их научной новизной и состоит в возможности применения разработанных принципов построения межсоединений при создании оптоэлектронных устройств.

Работа выполнена в рамках проводимой в КубГУ НИР «Исследование и моделирование физико-технологических процессов формирования и принципов построения микрооптических элементов и многоканальных структур плазмонной нанофотоники» (регистрационный номер 8.1973.2011) и программы стратегического развития Кубанского государственного университета.

Достоверность и обоснованность результатов обеспечивается тем, что моделирование распространения излучения в рассматриваемых в работе элементах многомодовых интегрально-оптических схем выполнялось на основе известного математического аппарата трассировки луча, а результаты моделирования подтверждаются при сопоставлении с полученными экспериментальными данными.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на международных, всероссийских и региональных конференциях: Международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск, 2011 г.), научно-технической конференции-семинаре по фотонике и информационной оптике (г. Москва, 2011 и 2012 г.). Основной материал диссертации опубликован в 6 работах, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Работа изложена на 172 страницах, состоит из введения, 5 глав, включающих 12 параграфов, заключения, списка литературы, содержащего 110 наименований. Текст проиллюстрирован 93 рисунками и графиками.

1 ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНО ОПТИЧЕСКИХ СХЕМ И МЕЖСОЕДИНЕНИЙ

1.1 Физические принципы формирования интегрально-оптических схем, используемых в качестве основы оптических межсоединений

Переход к оптическим методам передачи информации является необходимым этапом развития современной элементной базы вычислительной техники [1-3].Рассмотрим основные физические принципы формирования элементов интегральной оптики, на основе которых могут быть созданы оптические межсоединения, пригодные для интеграции в состав оптоэлектронных устройств.

Используемые физические принципы и методы создания интегрально-оптических схем (ИОС) зависят от типа материалов из которых формируется подложка и элементы схемы. Современная база материалов для формирования интегрально-оптических схем включает следующие основные категории [15-20]:

- Монокристаллические диэлектрики и полупроводники - большинство материалов, входящих в данную группу, обладают нелинейными оптическими и электро-оптическими свойствами, что позволяет применять их для создания элементной базы фотонных устройств. К наиболее распространенным материалам данной группы относится монокристаллический кремний (81), в основном применяемый в качестве подложек интегрально-оптических схем, фосфид индия (1пР), ниобат лития (1л1ЧЬОз), арсенид галлия (ваАБ) и соединения на их основе.Данные материалы являются основой для создания интегральных активных элементов фотоники [19, 21, 22].

- Стекла - к данной категории относится ряд материалов, имеющих аморфную структуру. Материалы данной группы применяются, в основном, в качестве подложек для интегрально-оптических схем: в этой области

используются как оптические стекла, так и стекла специального химического состава. В ряде публикаций описываются стекла, обладающие электрооптическими[23] и лазерными [24] свойствами[14].

- Полимеры — материалы этой группы применяются преимущественно в твердом агрегатном состоянии (пластмассы) для формирования как элементов интегральных схем, так и покровных сред для них. Для этого в одном технологическом процессе могут быть использованы разнородные полимеры, обладающие различными оптическими характеристиками. Многие полимеры обладают термооптическими свойствами [18, 25] и имеют значительный коэффициент теплового расширения. По этой причине, а также из-за относительно-низкой механической прочности, полимеры редко применяются в качестве подложек схем.

- Оптические композитные материалы - общее название материалов, включающих в свой состав более одного компонента. В общем случае такой материал состоит из прозрачной среды, в которую введены частицы материала с отличными от нее оптическими свойствами (обычно размер частиц намного меньше рабочей длины волны излучения, для которой формируется материал). Свойства композитных материалов значительно варьируются в зависимости от химического состава их компонентов.

На основании рядапубликаций [18, 26-54] можно заключить, что, применительно к цели данной работы - исследованию новых принципов построения интегрально-оптических межсоединений - наибольший интерес представляют материалы, относящиеся к полимерам и стеклам.

Материалы данных групп хорошо подходят для интеграции в структуры печатных плат и формирования на их основе пассивных элементов оптических интегральных схем, служащих для организации каналов связи между оптоэлектронными устройствами. На основании указанных выше работ можно заключить также, что наибольший интерес для данного

(Л- V ]

направления интегральной оптики представляют методы формирования планарных ИОС в объеме подложек, а не на их поверхностях.

Интегральные схемы, сформированные при осаждении диэлектрических пленок и эпитаксиальном наращивании, не нашли широкого применения в рассматриваемой области, что связано со следующими обстоятельствами. Во-первых, в силу физических особенностей (малой толщины диэлектрического слоя) в большинстве случаев схемы на основе диэлектрических пленок функционируют в оптическом режиме, когда в их элементах распространяется небольшое количество мод излучения, соответственно, создаваемые на их основе элементы ввода/вывода имеют малые размеры модовых полей, что делает межсоединения на их основе неустойчивыми к механическим деформациям и вибрационным воздействиям. Во-вторых, пленочные интегральные схемы обладают низкой механической прочностью. Рассмотрим физические принципы и наиболее перспективные технологии создания ИОС на основе полимеров и стекол.

Физическим принципом изготовления ИОС на основе полимеров является формирование из полимерных материалов с большим показателем преломления волноводных структур в покровных средах, выполненных из полимеров с меньшим показателем преломления [17]. Для создания оптических интегральных схем на основе полимеров применяется ряд технологических приемов, характерными особенностями которых является послойное формирование элементов схем с помощью штамповки или травления, точечного (лазерного, протонного и др.) или всей поверхности схемы (обычно, химического или ионного)[18, 33, 55].

Типы технологий, применяемых для формирования полимерных интегрально-оптических схем, определяется физико-химическими свойствами конкретного полимера. В силу значительного многообразия данных методов рассмотрим основные из них.

Методы «мягкой» литографии (англ. 50ЙН11ю§гар11у) [55-58] - группа технологических приемов, основанная на создании ИОС за счет формовки

полимерных слоев, нанесенных на армирующие подложки, с помощью штампов. Существует значительное количество разновидностей относящихся к этой группе методови их модификаций. Наиболее распространенными являются: микроконтактная печать (англ. microcontactprinting (цСР)), литография с применением наноштамповки (англ.

nanoimprintlithography(NIL)), литография с применением штамповки и экспонирования (англ. step-and-flash imprint lithography (S-FIL)).

На Рис. 1.1 приведены схематическиеизображения сечений штампов и подложек со слоями полимеров на различных этапах технологических процессов:а) литографии с применением наноштамповки (NIL); б) литографии с применением штамповки и экспонирования (S-FIL).Ha рисунках: 1 — штампы, 2 - слои полимера, распределенные по подложкам 3 методом центрифугирования, 4 - слой фоторезиста.

IV 3,

Рис. 1.1 — Этапы технологических процессов изготовления интегрально-оптических схем: а) литографии с применением наноштамповки (NIL); б) литографии с применением штамповки и экспонирования (S-FIL)

Как видно из Рис. 1.1, а, при изготовлении схемы методом NIL, на этапе I штамп 1 со сформированным на нем рельефом, соответствующим топологииинтегральной схемы, приводится в соприкосновение со слоем полимера 2. На этапе II, при контроле температуры полимера 2, к штампу

прикладывается требуемая механическая нагрузка, величина которой подбирается в зависимости от свойств полимера. В результате на поверхности полимера формируется рельеф интегральной схемы; между элементами схемы содержится некоторое количество полимера. На этапе 1Увся поверхность полимера подвергается травлению (обычно применяется ионно-плазменное травление) до удаления полимера с участков между элементами схемы.

Штамп, применяемый в 8-Б1Ь литографии, выполняется из материала, прозрачного для оптического излучения ультрафиолетовой (УФ) части спектра (см. Рис. 1.1 , б). На этапе I технологического процесса литографии с применением штамповки и экспонирования (8-Р1Ь), на поверхность полимера 2, равномерно распределенного по подложке 3 наносится слой фоторезиста, находящегося в жидкой фазе. На этапе II,при механическом контакте со штампом 1, фоторезист 4 под действием капиллярных сил распределяется под его поверхностью, после чего выполняется его экспонирование УФ излучением через поверхность штампа. После этого штамп удаляется (III). Поверхность полимера 2 и фоторезиста 4 подвергается травлению (IV), в результате чего с поверхности подложки удаляется часть фоторезиста и полимера. После завершения формирования элементов интегральных схем схемы на этапе 1Уна их поверхность может быть нанесена покровная среда.

Преимуществом группы рассмотренных методов являются высокая точность элементов формируемых интегральных схем, разрешающая способность метода составляет десятки нанометров. К недостаткам можно отнести ряд трудностей, возникающих при формировании близко расположенных элементов интегрально-оптической схемы, связанных с неоднородным распределением полимеров и фоторезиста под штампами.

Используется также метод непосредственной УФ-записи (англ. (11гес1;иУ-рпп1:т§) [58]- разновидности этого метода применяются для изготовления элементов оптических интегральных схем из полимеров с УФ

отверждением. Принцип метода заключается в том, что на слой полимера покровной среды на поверхность армирующей подложки через маску, в которой сформирован рисунок, соответствующий топологии формируемой схемы, наносится полимер с большим показателем преломления, чем у полимера покровной среды. После чего выполняется его экспонирование УФ-излучением; маска удаляется, а рельеф сформированной схемы заполняется полимером покровной среды.

Общими недостатками описанных процессов является большое количество необходимых технологических операций и высокая вероятность появления брака при удалении с полимерного слоя штампов и масок, связанных с механическим отрывом элементов схем от подложки [56]. При применении в оптической интегральной схемы нескольких типов полимеров, в формируемых элементах схем могут возникать механические напряжения, связанные с разностью коэффициентов температурного расширения использованных материалов, приводящие к уменьшению срока службы схемы.

ИОС на основе полимеров также могут формироваться путем непосредственной лазерной гравировки[59]. Данный метод обеспечивает высокую точность получаемых элементов интегрально-оптических схем, но требует применения дорогостоящего оборудования и обладает низкой производительностью при серийном производстве.

Основными преимуществом полимерных технологий создания ИОС являются возможность формирования не только планарных, но и пространственных структур оптических интегральных схем. К основным недостаткам полимерных интегральных схемв целом,относятся низкая устойчивость к внешним условиям (перепадам температуры, агрессивным средам) [18, 60] и деградация оптических свойств полимеров с течением времени.

В меньшей степени указанные недостатки свойственны оптическим интегральным схемам, сформированным в стеклах. Физическим принципом

формирования ИОС в стеклах является локальное внедрение в их структуры различных примесей, приводящих к увеличению показателя преломления стекла [61]. Рассмотрим наиболее перспективные методы создания элементов интегральной оптики в стеклах.

- Метод имплантации ионов. В соответствии с данным методом, повышение показателя преломления (ПП) материала подложки достигается за счет облучения высокоэнергетическими протонами или тяжелыми ионами [61]. Преимуществом данного метода является возможность формировать волноводные структуры с заданным профилем 1111. Данный метод не получил широкого распространения, что связано с высокой стоимостью используемого оборудования и необходимостью выполнения отжига полученных волноводных структур с целью уменьшения погонных потерь.

- Метод твердотельной диффузии. Данный метод основан на внедрении в структуру стеклянной подложки ионов диффузанта (обычно металлов Ag+, Tl, Си+ и т.д) из слоя пленки, сформированного на ее поверхности. К недостаткам можно отнести относительно высокие потери - порядка единиц децибел на сантиметр.

-Метод ионного обмена [14, 62-66]. Физический принцип данного метода основан на явлении обмена ионов щелочных металлов, входящих в состав стекла с ионами металлов, происходящий вследствие различия их химических потенциалов и приводящий к увеличению показателя преломления материала подложки в области диффузии. В качестве источников ионов диффузантов обычно выступают расплавы их соединений. Предельная глубина проникновения ионов диффузанта в подложку определяется ее химическим составом и типом диффузанта и составляет порядка десятков микрон. Профиль ПП получаемых элементов интегральной оптики - градиентный и также определяется химическими составами стекла подложки, температуры расплава, содержащего диффузант, и времени протекания процесса. Процесс ионного обмена, протекающий под

воздействием

электростатического

поля

называется

электростимулированным ионным обменом (ЭСМИ). Особенностями ЭСМИ являются, во-первых, значительное увеличение предельной глубины диффузии, составляющее порядка сотен микрометров, во-вторых, ступенчатый характер профиля ПП, получаемых элементов интегральных схем. Данный метод обладает следующими преимуществами. Во-первых, оптические интегральные схемы, формируемые в данном технологическом процессе обладают низкими погонными потерями (порядка 0.1 дБ/см). Во-вторых, технологический процесс данного метода прост и не требует применения дорогостоящего оборудования.

Из приведенных выше методов, ЭСМИ обеспечивает набольшие возможности для формирования качественных ИОС при минимальном объеме необходимого оборудования. Рассмотрим характерные особенности технологических приемовформирования оптических интегральных схем в стеклах методом ЭСМИ [14, 15]. На Рис. 1.2 приведено схематическое изображение установки, используемой в технологическом процессе ЭСМИ. На рисунке: 1 - стеклянная подложка, на одну из поверхностей которой нанесен проводящий слой 2 и маска со сформированным на ее поверхности рисунком, соответствующим топологии ИОС; поверхность стеклянной подложки с нанесенной маской 3 приведена в соприкосновение с поверхностью расплава 4, помещенного в сосуд 5.

и- и+

2

Рис. 1.2 - Схематическое изображение установки для технологического процесса электростимулированной миграции ионов .

Стимулирующее напряжение приложено так, чтобы расплав 4 имел положительный потенциал относительно проводящего слоя 2, выполняющего функцию катода. В сосуде 5 поддерживается заданная температура.В качестве катода 2 может использоваться сосуд с расплавом, расположенный на поверхности подложки так, чтобы расплав находился в контакте с подложкой или тонкая металлическая пленка.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Романов, Александр Алексеевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ахманов А. С., Наний О. Е., Панченко В. Я. Оптическая передача информации в супер-ЭВМ и микропроцессорных системах // Lightwave Russian Edition. — 2008. — 3. — С. 46-53.

2. Буш Б., Фишер Д. Оптические межсоединения в печатных платах // Печатный монтаж. — 2008. — 2. — С. 8-11.

3. Фишер Д. реализация оптоэлектронных оснований для печатных плат // Печатный монтаж. — 2007. — 6. — С. 30-35.

4. Ishigure Т., Takeyoshi Y. Polymer waveguide with 4-channel graded-index circular cores for parallel optical interconnects // Optics Express. — 2007. — T. 15, 9. —C. 5843-5850.

5. Schroeder H., Ardnt-Staufenbiel N., Beier A., Ebling F. 240 Gbit/s parallel optical transmission using double layer waveguides in thin glass sheets.

6. Никитин В., Семенов Э., Ломанов А., Гусаров А. Смартлинки - умные соединения // ФОТОНИКА. — 2009. — 1. — С. 32-39.

7. Никитин В. С. Многоканальный делитель сигналов для смартлинков. — Россия, 24 8 2009 г..

8. Никитин В. С. Микросхема с оптоволоконными многоканальными соединениями. — Россия, 20 09 2008 г..

9. Вербовецкий А. А. Оптический ассоциативный поисковый процессор "верб-2". — Россия, 13 10 2003 г..

10. Вербовецкий А. А. Оптический процессор верб-1 . — Россия, 06 08 2003 г..

11. Вербовецкий А. А. Оптический цифровой компьютер "алекс-верб". — Россия, 19 7 2004 г..

12. Вербовецкий А. А. Оптический цифровой сигнальный процессор "верб-3".—Россия, 20 10 2003 г..

13. Кулиш О. А., Векшин М. М., Коммисарова Н. П., Соколов С. В. Цифроаналоговый преобразователь на основе одномодовых интегрально-оптических волноводов. — Россия, 19 07 2011 г..

14. Никитин В. А., Яковенко Н.А. Электростимулированная миграция ионов в интегральной оптике. — Краснодар : КубГУ, 2013.

15. Сидоров А. И., Никоноров Н. В. Материалы и технологии интегральной оптики. — С-Пб.: ИТМО, 2009. — Т. 35-48.

16. Selvarajan A. Integrated optics- technology and applications // Sgtdhana. — 1992. — T. 17, 3,4. — C. 391-409.

17. Фокина M. И., Денисюк И. Ю., Бурункова Ю. Э. Полимеры в интегральной оптике - физика, технология и применение. — С-Пб : ИТМО, 2007.

18. Eldada L. Polymer integrated optics: promise vs. practicality // Proc. SPIE. —

/

2002. — T. 4642. — С. 11-22.

19. Fang A., Park H., Cohen O. Electrically pumped hybrid AlGalnAs-silicon evanescent laser // Optics Express. — 2006. — T. 14, 20. — C. 9203-9210.

20. Ma H., Jen A. K.-Y., Dalton L. R. Polymer-based optical waveguides: materials, processing, and devices // Advanced materials. — 2002. — T. 14, 19. — C. 1339-1365.

21. Park H., Fang A., Satoshi K. Hybrid silicon evanescent laser fabricated with a silicon waveguide and III-V offset quantum wells // Optics Express. — 2005. — T. 13,23. — C. 9460-9464.

22. Takigawa R., Higurashi E., Suga T. Air-gap structure between integrated LiNb03 optical modulators and micromachined Si substrates // Optics Express. — 2011. —T. 19, 17. —C. 15739-15749.

23. Hiroshi A., Osamu M., Yoshiyuki A. Glass waveguide laser // IEEE Photonics Technology Letter. — 1990. — T. 2, 7. — C. 459-460.

24. Borelli N. F., Herczag A., Maurer R. D. Electro-optic effect of ferroelectric microcristal in glass matrix // Appl. Phys. Lett.. — 1965. — T. 7, 5. — C. 117-119.

25. Koerkamp K., Donckers M., Hams M. Design and fabrication of a pigtailed thermo-optic 1X2 switch // Integrated Photonics Research conference. — 1994. — C. 274.

26. Anh S.-H., Cho I.-K., Rhee B.-H., Lee M.-S. Pluggable Optical Board Interconnection System With Flexible Polymeric Waveguides // IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS. — 2008. — T. 20, 8. — C. 572-574.

27. Bahr J., Schmelcher T., Brenner K.-H. Tolerant Coupling of integrated Multimode Waveguides // Lasers and Electro-Optics Society . — 2000. — Vol. 2. — P.LEOS.

28. Barnabe S., Kopp C., Volpert M., Harduin J., Fedeli J.-M. with silicon waveguide stacked self-aligned SOI photonic chips // Optics Express. — 12. — T. 20, 7. —C. 7886-7894.

29. Bernabe S., Kopp C., Volpert M., Harduin J. Chip-to-chip optical interconnections between stacked self-aligned SOI photonic chips // Optics Express. — 2012. — T. 20, 7. — C. 7886-7894.

30. Besse P., Bachman M., Melchior H., Soldano L. Optical Bandwidth and Fabrication Tolerances of Multimode Interference Couplers // JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. — 1994. — T. 12, 6. — C. 1004-1009.

31. Brauer D., Darmberg P. Polymers for passive and switching waveguide components for optical communications // Proc. SPIE. — 1997. — CR63. — C. 334.

32. Daele P. Optical interconnections for short distances // Proceedings of the Symposium on Photonics Technologies for 7th Framework Program. — Wroclaw, 2006. — C. 270-273.

33. Lee H.-S., Park J.-Y., Cha S.-M. Ribbon plastic optical fiber linked optical transmitter and receiver modules featuring a high alignment tolerance // Optics Express. — 2011. — T. 19, 5. — C. 4301-4309.

34. Hwang S., Lee W.-J., Lim J., Jung K. Chip- and board-level optical interconnections using rigid flexible optical electrical printed circuit boards // Optics Express. — 2008. — T. 16, 11. — C. 8077-8083.

35. Hsu H., Hirobe Y., Ishigure T. Fabrication and inter-channel crosstalk analysis of polymer optical waveguides with W-shaped index profile for high-density optical interconnections // Optics Express. — 2011. — T. 19, 15. — C. 1401814030.

36. Israel D., Baets R., Goodwin M., ShawN. Comparision of Different Polymeric Multimode Star Couplers for Backplane Optical Interconnect // JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. — 1995. — T. 13, 6. — C. 1057-1064.

37. Intani D., Baba T., Iga K. Planar microlens relay optics utilizing lateral focusing // APPLIED OPTICS. — 1992. — T. 31, 25. — C. 5255-5258.

38. Kim D.-W., Lee T.-W., Cho M, Park H.-H. High-efficiency and stable optical transmitter using VCSEL-direct-bonded connector for optical interconnection // Optics Express. — 2007. — T. 15, 24. — C. 15767-15775.

39. Schroder H., Brusberg L., Topper M. Thin Glass Based Packaging Technologies for Optoelectronic Modules // Electronic Components and Technology Conference. — San Diego, 2009. — C. 207-212.

40. Wang K., Nirmalathas A., Lim C. Experimental demonstration of high-speed free-space reconfigurable card-to-card optical interconnects // Optics Express. — 2013. — T. 21, 3. — C. 2850-2861.

41. Wei C., Groen F., Smitt K., Van Daele P. Integrated Optical Elliptic Couplers: Modeling, Design, and Applications // JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. — 1997. — T. 15, 5. — C. 906-912.

42. Wang F., Liu F., Adibi A. 45 Degree Polymer Micromirror Integration for Board-Level Three-Dimensional Optical Interconnects // Optics Express. — 2009. — T. 17, 13. —C. 10514-10521.

43. Wang X., Jiang W., Wang L., Bi H. Fully Embedded Board-Level Optical Interconnects From Waveguide Fabrication to Device Integration // JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. — 2008. — T. 26, 2. — C. 243-250.

44. Zauner D., Jorgensen A., Anhoj T. High-density multimode integrated polymer optics // JOURNAL OF OPTICS. — 2005. — C. 445-450.

45. Яковенко Н. А., Никитин В. А., Никитин А. В. ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЙ ДЕЛИТЕЛЬ ИЗЛУЧЕНИЯ. — Россия, 20 11 2006 г..

46. Векшин М. М., Никитин А. В., Никитин В. А., Яковенко Н. А. Разработка и исследование многоканального микролинзового интегрально-оптического ответвителя излучения // Автометрия. — 2009. — 1. — С. 102-108.

47. Внуковская И. В., Никитин В. А., Яковенко Н. А. Устройство ввода-вывода оптического излучения в канальный волновод. — Россия, 27 06 2002 г..

48. Schroeder Н., Bauer J., Ebling Е., Franke F. Waveguide and packaging technology for optical backplanes and hybrid electrical-optical circuit boards // Proc. Photonics West 2006. — San Jose, 2006. — C. 6115-6136.

49. Schroeder H., Brusberg L., Arndt-Staufenbiel N. Glass panel processing for electrical and optical packaging // Proceedings - Electronic Components and Technology Conference. — 2011. — C. 625-633.

50. Schroeder H., Ardnt-Staufenbeil N., Beier A., Ebling E. Thin Glass Based Electrical Optical Circuit Boards (EOCB) using Ion-Exchange Technology for Graded-Index Multimode Waveguides // Proc. 58th ECTC 2008. — Lake Buena Vista, 2008.

51. Kim J., Ju J., Park S. Metal-slotted hybrid optical waveguides for PCB-compatible optical interconnection // Optics Express. — 2012. — T. 20, 9. — C. 10438-10445.

52. Mizuno Т., Kitoh Т., Itoh M. Optical spotsize converter using narrow laterally tapered waveguide for planar lightwave circuits // Lightwave Technology. — 2004. — C. 833-839.

53. Rho В., Hwang S., Lim J., Kim G., Cho C. Intra-system optical interconnection module directly integrated on a polymeric optical waveguide // Optics Express. — 2009. — T. 17,3. —C. 1215-1221.

54. Daele P., Geerinck P., Steenberge G. Optical Interconnections on PCB's : a Killer Application for VCSEL's // Proc. of SPIE. — 2003. — T. 4942. — C. 269281.

55. Guo L. J. Recent progress in nanoimprint technology and its applications // Appl. Phys.. — 2004. — T. 37. — C. 123-141.

56. Chao C. Y., Guo L. J. Polymer microring resonators fabricated by nanoimprint technique // Microelectronics and Nanometer Structures. — 2002. — T. 20, 6. — C. 2862-2866.

57. Seekamp J., Zankovich S., Heifer A. H. Nanoimprinted passive optical devices //Nanotechnology. — 2002. — T. 13. — C. 581-586.

58. Huang Y., Paloczi G., Scheuer J., Yariv A. Soft lithography replication of polymeric microring optical resonators // Optics Express. — 2003. — Т. 11, 20. — C. 2452-2458.

59. Grossmann Т., Schleede S., Hauser M., Beck T. Direct laser writing for active and passive high-Q polymer microdisks on silicon // Optics Express. — 2011. — T. 19, 12. —C. 1451-1456.

60. Appajaiah A. Climatic aging of PMMA based polymer optical fibers (POF): Analysis of polymer degradation // International IEEE Conference on Polymers and Adhesives in Microelectronics and Photonics, Polytronic 2003. — Montreux, 2003. —C. 57-62.

61. Хаспенджер P. Интегральная оптика: теория и практика. — Москва : "Мир", 1984. —61-89 с.

62. Tervonen A., West В., Honkanen S. Ion-exchanged glass waveguide technology: a review//SPIE. —2011. —Т. 50, 7. — С. 071107-1 - 071107-15.

63. Cheng С., Ramaswamy R. Simulation of tapered transitions in ion-exchanged channel waveguides // Applied Optics. — 1990. — T. 29, 8. — С. 1150-1156.

64. Pozsner Т., Schreiter G., Muller R. Stripe waveguides with matched refractive index profiles fabricated by ion exchange in glass // Applied Physics. — 1991. — C. 1966-1974.

65. Messerschmidt В., Hsieh C., Mclntyre B. Ionic mobility in an ion exchanged silver—sodium boroaluminosilicate glass for micro-optics applications // Journal of Non-Crystalline Solids. — 1997. —T. 217, 2-3. — C. 264-271.

66. Zhang Y., Li B. Photonic crystal-based bending waveguides for optical interconnections // Optics Express. — 2006. — T. 14, 12. — C. 5723-5732.

67. Белкин M., Сигов А. Оптические межсоединения в интегральных схемах //Наноиндустрия. — 2012. — 1. — С. 8-14.

68. Ma Н., Jen A., Dalton L. Polymer-Based Optical Waveguides: Materials, Processing, and Devices // Advanced Materials. — 2002. — T. 14, 19. — C. 13391365.

69. Takeyoshi Y., Matsumoto K., Ishigure T. Low-loss 4x2 Channels Polymer Optical Waveguide with Circular Graded-Index Cores for High-Density Integration on Printed Circuit Boards // Electronic Components and Technology Conference. — 2008. — C. 2111-2116.

70. Selviah D. R. UCL Discovery-Polymer wave guide optical interconnect manufacturing // UCL (University College London). — Cambridge, 2010. — http://discovery.ucl.ac.uk/19094/.

71. Daele P., Hendrickx N., Steenberge G., Bosman E. Coupling Light to and from Optical Boards // International Symposium. — Miinchen, 2008.

72. Fu Y., Bryan N. Design of hybrid micro-diffractive-refractive optical element with wide field of view for free space optical interconnections // Optics Express.

— 2002. — T. 10, 13. — C. 540-549.

73. Muele A., Joseph P., Allen S.-A., Kohl P. Polymer Optical Interconnect Technologies for Polylithic Gigascale Integration // Optical waveguides embedded within a sea-of-leads (SoL) wafer-level package. — San Francisco, 2002. — C. 122-124.

74. Ura S., Asada Т., Yamaguchi S. Simultaneous interference exposure of different-priod DBRs for intra-board WDM optical interconnection // Optics Express. — 2006. — T. 14, 16. — C. 7057-7062.

75. Bogaerts W., Taillaert D., Luysaert В., Dumon P. Basic structures for photonic integrated circuits in Silicon-on-insulator // Optics Express. — 2004. — T. 12, 8.

— C. 1583-1591.

76. Destouches N., Blanc D., Franc S., Hendrickx N., Van Daele P., Parriaux O. Efficient and tolerant resonant grating coupler for multimode optical interconnections // Optics Express. — 2007. — T. 15, 25. — C. 16870-16879.

77. Yamada H., Nozawa M., Kinoshita M. Vertical-coupling optical interface for on-chip optical interconnection // Optics Express. — 2011. — T. 19, 2. — C. 698703.

78. Seo C., Rho В., Park H.-H. PCB-Compatible Optical Interconnection Using 45°-Ended Connection Rods and Via-Holed Waveguides // Journal of Lightwave Technology. — 2004. — T. 22, 9. — C. 2128.

79. Schroder H., Arndt-Staufenbiel N., Cygon N. Planar Glass Wave Guides for High Performance Electri-cal-Optical-Circuit-Boards (EOCB) - The Glass-Layer-Concept // Proc. 52th ECTC 2003. — New Orleans, USA, 2003.

80. Wu J., Bao J., Wu X. Soft-lithography-based optical interconnection with high misalignment tolerance // Optics Express. — 2005. — T. 13, 16. — C. 6259-6267.

81. Schroeder H. "glassPack" — photonic packaging using thin glass foils for electrical-optical circuit boards (EOCB) and sensor modules // Electronics SystemIntegration Technology Conference, 2008. — 2008. — T. 2. — C. 1245-1250.

82. Ni W., Wu X., Wu J. Layer-to-layer optical interconnect coupling by soft-lithographic stamping // Optics Express. — 2009. — T. 17, 3. — С. 1194-1202.

83. Гаврилов А. В. Модифицированный метод распространяющегося пучка и его применение к расчету распространения в волноводах с изменяющимся профилем показателя преломления // Компьютерная оптика. — 2008. — Т. 32, 1. —С. 15-22.

84. Алексеев В. А., Головашкин Д. JI. Векторизация метода распространяющегося пучка и его реализация по технологии CUDA // Компьютерная оптика. — 2010. — Т. 34, 2. — С. 225-230.

85. Kung F., Chuah Н. A FINITE-DIFFERENCE TIME-DOMAIN (FDTD) SOFTWARE FOR SIMULATION OF PRINTED CIRCUIT BOARD (PCB) ASSEMBLY // Progress In Electromagnetics Research. — 2005. — 50. — C. 299335.

86. Kang M., Park J., Lee I., Lee B. Floating dielectric slab optical interconnection between metal-dielectric interface surface plasmon polariton waveguides // Optics Express. — 2009. — T. 17, 2. — C. 676-687.

87. Kurt H., Giden I., Citrin D. Design of T-shaped nanophotonic wire waveguide for optical interconnection in H-tree network // Optics Express. — 2011. — T. 19, 27. — C. 26827-26838.

88. Kim I., Hoefer J. A local mesh refinement algorithm for the time domain-finite difference method using Maxwell's curl equations // IEEE Trans. Microwave. — 1990. —T. 38. —C. 812-815.

89. Berger M. Adaptive mesh refinement for hyperbolic partial differential equations //J. Comput. Phys.. — 1984. — T. 53. — C. 484-512.

90. Spencer G. H., Murty Y. General Ray-Tracing Procedure // JOSA. — 1962. — T. 52, 6. —C. 672-676.

91. Wolf L. B., Kurlander D. J. Ray tracing with polarization parameters // Computer Graphics and Applications. — 1990. —Vol. 10, 6. — P. 44-55.

92. Yun G., Chipman R. Retardance in three-dimensional polarization ray tracing // Proc. of SPIE. — 2009. — T. 7461.

93. Arasa J., Alda J. Real Ray Tracing // Universidad Complutense de Madrid. — http://pendientedemigracion.ucm.es/info/euoptica/org/pagper/jalda/docs/libr/realra ytracing_eoe_04.pdf.

94. Sraj I., Szatmary A., Marr D., Eggleton C. Dynamic ray tracing for modeling optical cell manipulation // Optics Express. — 2010. — T. 18, 16. — C. 1670216714.

95. Burgers A., Slooff L., Kinderman R., Roosmalen J. MODELLING OF LUMINESCENT CONCENTRATORS BY RAY-TRACING II European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. — Barcelona, 2005. — T. Spain.

96. Haspenger R. Integrated Optics. — Springer, 2009. — 17-30 c.

97. Bierhof T., Himmler A. Ray tracing in highly multimodal channel waveguides. — USA, 18 03 2004 r..

98. Frank Т. Springer Handbook of Lasers and Optics. — Springer, 2007. — 61-68 c.

99. Березин С. В. Компьютерная графика. —Москва : НВТУ, 2009.

100. Яковенко Н. А., Никитин А. В., Векшин М. М., Романов А. А. Интегрально-оптический матричный делитель излучения. — Россия, 24 08 2010 г..

101. Hochberg М., Baehr-Jones Т., Walker С. Segmented waveguides in thin silicon-on-insulator // JOSA B. — 2005. — T. 22, 7. — C. 1493-1497.

102. Яковенко H. А., Романов А. А. Применение интегрально-оптического матричного микролинзового делителя излучения для измерения мощности оптических сигналов // Вестник научных центров ЧЭС. — 2011.

103. Campbell J. Tapered waveguides for guided wave optics // Applied Optics. — 1979. —C. 900-902.

104. Messerschmidt В., Possner U., Houde-Walter S. Fabrication tolerances and metrology requirements for ion-exchanged micro-optic lenses: What's good enough? // APPLIED OPTICS. — 1997. — T. 36, 31. — C. 8145-8152.

105. Oikawa M., Iga K., Morinaga M., Usui Т., Chiba T. Distributed-index formation process in a planar microlens // APPLIED OPTICS. — 1984. — T. 23, 11. —C. 1787-1789.

106. Zhu X., Iga K. Index profile of a planar microlens by ion exchange/diffusion // APPLIED OPTICS. — 1986. — T. 25, 19. — C. 3397-3400.

107. Oven R. Tapered Waveguides Produced by Ion Exchange in Glass With a Nonuniform Electric Field // JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. — 2006. —C. 4337-4344.

108. Xiofan Z., Kenichi I. Characterization of ion-exchanged planar microlenses by ray tracing // APPLIED OPTICS. — 1988. — T. 27, 3. — C. 468-471.

109. Zhu X., Iga K. Characterization of ion-exchanged planar microlenses by ray tracing // APPLIED OPTICS. — 1988. — T. 27, 3. — C. 468-471.

110. Яковенко H. А., Никитин А. В., Романов А. А., Соколов С. H. Интегрально-оптическое разъемное соединение. —Россия, 2012.