008240612s2023      us  |||||||||||||||c||eng  d
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■020    ▼a9798380588232
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30689561
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621.3
■1001  ▼aDaudlin,  Stuart.
■24510▼aEnergy  Efficient  and  High  Density  Integrated  Photonic  Transceivers▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bColumbia  University.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor  :▼bProQuest  Dissertations  &  Theses,  ▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(108  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Bergman,  Keren.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Columbia  University,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aLight,  as  a  medium  for  communication,  has  the  unique  ability  to  transmit  volumes  of  data  with  minimal  energy  loss.  This  capability  not  only  sparked  the  revolution  of  internet-based  communication  over  fiber  optic  networks,  but  also  holds  the  potential  to  expand  computing  beyond  our  current  capabilities.  At  present,  data  is  stored  densely  in  computer  chips,  but  is  sent  out  of  the  chip  through  centimeter-long  electrical  wires  in  a  slow  and  energy-intensive  process,  before  finally  interfacing  with  optical  transmitters.  To  bypass  this  bottleneck,  electrical  channels  can  be  condensed  and  converted  into  light  over  a  compact  area  using  integrated  photonic  chips.  In  particular,  the  silicon  photonics  technology  platform  offers  the  potential  for  extremely  dense  data  communications  due  to  its  high  confinement  waveguides  and  compact  micro-resonators.  However,  three  major  obstacles  stand  in  the  way  of  realizing  a  low-energy  and  bandwidth-dense  implementation  of  this  technology:  the  integration  of  photonics  with  electronics,  optical  coupling  from  the  photonic  chip  to  fiber,  and  scaling  up  link  architectures  to  multiplex  data  streams  onto  many  wavelengths.The  work  in  this  thesis  aims  to  confront  these  three  challenges  and  advance  integrated  photonics  technology  to  unprecedented  bandwidth  densities  and  energy  efficiencies,  with  a  focus  on  the  first  challenge  of  photonic-electronic  integration.  It  begins  with  an  overview  of  the  escalating  demand  for  inter-chip  bandwidths  and  the  potential  solution  offered  by  integrated  photonics.  Next,  this  thesis  builds  a  theoretical  framework  for  the  performance  parameters  and  sources  of  energy  consumption  that  are  addressed  in  the  subsequent  sections.  After  this  introductory  context,  the  thesis  describes  the  achievement  of  the  highest  density  and  largest  scale  photonic-electronic  integration  to  date,  using  a  dense,  25  um  pitch  3D  bonding  process.  An  80-channel  array  fabricated  in  this  integration  records  the  lowest  data  link  energies  to  date,  at  120  fJ/bit,  and  transfers  data  at  10  Gbit/s/channel  for  a  record  5.3  Tbit/s/mm2  bandwidth  density.  The  discussion  then  shifts  to  the  issue  of  chip-to-fiber  coupling  efficiency,  traditionally  the  greatest  source  of  loss  in  photonic  links.  A  substrate-removed  edge  coupler  design  reduces  this  loss  to  a  mere  1.1  dB,  and  an  inverse-designed  edge  coupler  taper  shows  a  fourfold  length  reduction  compared  to  linear  tapers.  Lastly,  the  thesis  presents  designs  for  wavelength  scaling  that  increase  the  number  of  energy  efficient  channels  on  a  single  fiber.  Specifically,  it  demonstrates  a  multi-channel,  polarization  diverse  micro-comb  receiver  and  a  3D-integrated  transceiver  with  wavelength  interleaving  to  waveguide  buses  of  cascaded  resonators.This  thesis  builds  on  photonic  device  developments  to  introduce  photonic  systems  with  the  lowest  energy  and  densest  data  communications  to  date.  Together,  these  results  unlock  the  tremendous  potential  of  light  as  a  fast  and  energy-efficient  communication  medium  between  chips,  paving  a  sustainable  path  towards  scaling  artificial  intelligence  and  disaggregating  computation  and  memory  resources.
■590    ▼aSchool  code:  0054.
■650  4▼aElectrical  engineering.
■650  4▼aOptics.
■653    ▼aFiber  optics
■653    ▼aIntegrated  photonics
■653    ▼aOptical  transceivers
■653    ▼aSilicon  photonics
■690    ▼a0544
■690    ▼a0752
■71020▼aColumbia  University▼bElectrical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-04B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0054
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16935331▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024