Strahlenoptische Analyse der Wellenausbreitung und Modenkopplung in optisch hoch multimodalen Wellenleitern

Der industrielle Einsatz der neuartigen, optischen Verbindungstechnik benötigt neben der erforderlichen Technologie auch effiziente Entwurfs- und Simulationsverfahren. Ohne den Einsatz rechnergestützter Entwurfssysteme werden heutzutage keine elektrischen Verbindungstopologien in Leiterplattensystemen mehr entworfen. Ein massiver Einsatz LP-integrierter, optisch hochmultimodaler Kanalwellenleiter wird somit ebenfalls nicht ohne einen rechnergestützten Entwurf auskommen. Da sich diese neuartige, LP-integrierte, optische Verbindungstechnik in hybriden Leiterplattensystemen wesentlich von den bestehenden faseroptischen Verbindungstechniken in optischen Netzen unterscheidet, sind gegenwärtig keine geeigneten Entwurfs- und Simulationsverfahren für diese verfügbar. Hier setzt die vorliegende Arbeit an, deren Ziel die Entwicklung und Implementierung eines effizienten und angepaßten Simulationsverfahrens für die in der Leiterplatte integrierten, optisch vielmodigen Kanalwellenleiter ist. Innerhalb dieses Verfahrens werden wellenoptische Modelle zur Erhöhung der Simulationsgenauigkeit des Übertragungsverhaltens verwendet und zur Erhöhung der Rechengeschwindigkeit mit einem auf der geometrischen Optik beruhenden strahlenoptischen Verfahren verknüpft. Das resultierende hybride strahlenoptische Analyseverfahren erlaubt dann die effiziente numerische Berechnung der Wellenausbreitung in optisch homogenen, hochmultimodalen Kanalwellenleitern unter Berücksichtigung unterschiedlicher optischer Anregungen und spezifischer Wellenleitereigenschaften (z. B. nahezu beliebige Wellenleitergeometrien, intrinsische Absorption verlustbehafteter Kern- und Mantelmaterialien, nanorauhe Kerngrenzflächen). Durch Auswertung der Wellenausbreitung entlang des Wellenleiters mit Hilfe eingeführter, virtueller Detektoren wird das stationäre sowie das transiente Übertragungsverhalten des Wellenleiters bestimmt. Mit Hilfe dieses neuen hybriden strahlenoptischen Analyseverfahrens können LP-integrierte, optisch vielmodige Kanalwellenleiter effizient und hinsichtlich ihrer Übertragungseigenschaften optimal entworfen werden.