基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光互連模塊耦合效率預(yù)測分析研究.pdf

1、面對未來大容量、高速率和低能耗的數(shù)據(jù)交換要求，擁有高帶寬和低時(shí)延等優(yōu)點(diǎn)的光互連是非常有前途的互連方式。但是，因光路對準(zhǔn)偏移造成光耦合損耗仍是光互連面臨的眾多困難和挑戰(zhàn)之一。因此，本文以光互連模塊為研究對象，研究了在溫度和振動（后簡稱溫振）復(fù)合加載下光互連模塊的對準(zhǔn)偏移和耦合效率，并提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速光互連模塊光耦合效率預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確地預(yù)測光耦合效率。
　　首先，建立了光互連模塊ANSYS有限元模型，施加溫振復(fù)合載荷，

2、得到了光互連模塊的對準(zhǔn)偏移。研究了光互連模塊對準(zhǔn)偏移受到焊料和焊點(diǎn)形態(tài)參數(shù)（包括焊點(diǎn)間中心距、焊盤直徑、焊球體積、上層和下層焊點(diǎn)高度）變化的影響。
　　其次，建立了基于ZEMAX的光互連模塊耦合模型，施加X、Y、Z方向和角度偏移得到光耦合效率?；谡辉囼?yàn)設(shè)計(jì)了影響光耦合效率的焊料、焊點(diǎn)間中心距、焊盤直徑、焊球體積、上焊點(diǎn)高度和下焊點(diǎn)高度6個(gè)因素在不同因素和水平組合的70組實(shí)驗(yàn)。基于極差和方差分析了溫振復(fù)合加載下光互連模塊耦合效率

3、，結(jié)果表明：影響耦合效率的主次順序是：上層焊點(diǎn)高度>下層焊點(diǎn)高度>焊球體積>焊點(diǎn)間中心距>焊盤直徑>焊料；各因素水平的最優(yōu)組合是：焊料Sn63Pb37、焊盤直徑為0.555mm、焊點(diǎn)間中心距為1.27mm、焊球體積為0.14mm3、上層焊點(diǎn)高度為0.40mm和下層焊點(diǎn)高度為0.44mm；在置信水平為90%時(shí)，焊點(diǎn)間中心距、焊球體積、上層焊點(diǎn)高度和下層焊點(diǎn)高度對光互連模塊耦合效率有顯著影響，焊料和焊盤直徑對光互連模塊耦合效率的影響不顯著。

4、
　　最后，建立BP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了光互連模塊耦合效率的預(yù)測，并對標(biāo)準(zhǔn)BP網(wǎng)絡(luò)收斂慢和易陷入局部最小等問題，提出了帶動量項(xiàng)和帶懲罰函數(shù)項(xiàng)改進(jìn)算法的方法，結(jié)果表明：分別建立標(biāo)準(zhǔn)的、帶動量項(xiàng)的和引入懲罰函數(shù)項(xiàng)且?guī)恿宽?xiàng)的三種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測值和試驗(yàn)仿真值的最大相對誤差分別為9.87%、5.31%和3.81%，平均誤差分別為3.00%、2.80%和1.79%；經(jīng)對比，引入懲罰函數(shù)項(xiàng)且?guī)恿宽?xiàng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測最準(zhǔn)確，僅帶動量項(xiàng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)次