2010-12-08 | Modellierungsverfahren für die zeiteffiziente Simulation von optischen Verbindungen auf Leiterplattenebene

Die fortschreitende Entwicklung neuer Hard- und Softwareanwendungen führt zu einer Zunahme der zu verarbeitenden Datenmengen und zu einem stetig wachsenden Bedarf an Bandbreite. Um diese Daten effizient verarbeiten zu können, werden immer leistungsfähigere Systeme der Informations- und Kommunikationstechnik benötigt. Die Leistungsfähigkeit dieser Systeme wird von den einzelnen Komponenten und den Bussystemen zur Anbindung der Komponenten untereinander bestimmt. Es ist schon jetzt abzusehen, dass in Zukunft diese Bussysteme die Leistungsfähigkeit der Systeme beeinträchtigen werden. Hierbei bietet sich der Einsatz von optischen Verbindungen auf Leiterplattenebene als Ersatz der elektrischen Bussysteme an. Eine herkömmliche Leiterplatte wird um eine zusätzliche Lage mit eingebetteten optischen Wellenleitern erweitert.

Derzeit existieren keine Verfahren, die eine zeitnahe Analyse des Übertragungsverhaltens dieser optischen Lage ermöglichen. An diesem Punkt setzt diese Arbeit an. Ziel ist es, Modelle für eine zeiteffiziente Simulation der eingebetteten optischen Wellenleiter zu entwickeln. Hierfür wird eine Methodik basierend auf einem modularen Konzept vorgestellt. Ein komplexes Gesamtsystem wird in Teilsysteme partitioniert. Für diese müssen leistungsfähige Modelle im Hinblick auf die geforderte zeiteffiziente Simulation gefunden werden.

Aufgrund der Vielmodigkeit der betrachteten Wellenleiter bietet sich die Verwendung von strahlenoptischen Verfahren für die Entwicklung der Modelle an. Basierend darauf wird eine Strategie für die Generierung der Modelle vorgestellt. Bei dieser werden Symmetrie-betrachtungen der Kerngrenzhülle aufgezeigt. Hierdurch wird der Strahlverlauf im Raum durch zwei Strahlverläufe in orthogonalen Ebenen ersetzt. Bei diesem Verfahren wird mindestens einer der beiden Strahlverläufe zeitnah durch wenige, direkt lösbare analytische Gleichungen berechnet.

Die Rechenzeit des vorgestellten Verfahrens ist nicht von Geometrie- oder Materialparametern abhängig. Für die Verifikation des Verfahrens werden Wellenleiter-verläufe modelliert und das transiente und statische Übertragungsverhalten durch das vorgestellte Verfahren und ein strahlenoptisches Referenzverfahren bestimmt. Abschließend wird die Effizienz des vorgestellten Verfahrens bezüglich des strahlenoptischen Referenzverfahrens diskutiert.

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