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摘 要

Abstract IV

第一章 绪论 1

1.1 研究背景意义 1

1.2 当前研究现状 2

1.2.1 光模块的发展 2

1.2.2 热管在光模块中应用的研究 3

1.3 热设计未来方向 6

1.3.1 激光器的热设计 7

1.3.2 微型热电冷却装置的集成 8

1.3.3 微型流体冷却装置的集成 9

1.3.4 封装与系统冷却 11

1.4 本文主要工作 11

第二章 热设计 12

2.1 热设计简介 12

2.2 热分析理论基础 13

2.2.1 流体力学理论 13

2.2.2 传热理论 14

2.3光模块散热分析 19

2.3.1热源 19

2.3.2散热路径分析 20

2.3.3散热结构设计 21

第三章 基于Flo THERM的光模块热设计仿真 23

3.1 Flo THERM软件 23

3.1.1 Flo THERM软件主要模块 23

3.1.2 Flo THERM热设计流程 24

3.1.3 Flo THERM软件仿真能力 24

3.1.4 Flo THERM分析方法 25

3.2 CFP4/CDFP光模块设计与仿真 25

3.2.1 光模块参数 25

3.2.2 光模块模型布局设计 27

3.3.3 光模块建模与仿真 29

第四章 仿真结果及分析 31

4.1 残差曲线 31

4.2 温度分布图 32

4.2.1 CFP4温度分布图 32

4.2.2 CDFP Style1温度分布图 34

4.2.3 CDFP Style2/3温度分布图 36

4.3 小结 39

第五章 总结与展望 40

5.1 总结 40

5.2 展望 40

致谢 42

参考文献 43

附录Ⅰ CFP4模型建模步骤 45

附录Ⅱ CDFP Style1模型建模步骤 48

附录Ⅲ CDFP Style2/3模型建模步骤 52

100G/400G光模块热设计

摘要

随着数据通信和电信传输技术的快速发展，光网络信息容量激增，高速宽带光模块成为当前光通信领域的一大研究热点。围绕高速宽带光模块封装中热场作用的综合设计进行研究，具有重要的科学意义。

本文研究的是100G/400G光模块的热设计问题，主要工作可以分为前期调研、理论研究、实践验证三部分。

第一部分是研究前期的调研部分，主要是对课题研究背景和研究方向的介绍。文章首先介绍了光模块热设计研究的背景和意义，然后研究了光模块热设计最新的研究成果和研究方向，着重介绍了热管在光模块中的应用，最后介绍了未来集成光电系统热设计发展的四个方向。

第二部分是研究中期的理论研究部分，主要包括对光模块进行的热分析和热设计工作。文章首先介绍了热设计的基本概念，然后介绍了热分析的理论基础——流体力学理论和传热理论，并使用热分析理论对光模块的散热状况进行分析，基于分析结果提出导热片和热管两种改善光模块散热的热设计方案。

第三部分是研究后期的实践验证部分，主要包括对热设计方案进行的建模仿真和分析工作。文章首先介绍了用于建模和仿真的Flo THERM软件，然后基于光模块基本参数和热设计方案使用软件进行建模和仿真，最后对仿真结果进行分析并对热设计方案做出评估。

文章最后总结了研究工作的成果和不足，并对未来的研究方向进行展望，热设计应该是产品设计生产流程中重要的一环。

关键词：100G/400G光模块，CFP4，CDFP，热设计

The Thermal Design for 100G/400G Optical Modules

Abstract

With the rapid development of data communication and telecommunication, the information capacity of the optical network increases sharply, high-speed and broadband optical modules currently become a hot research topic. Key issues on the heat dissipation for the high-speed and broadband optical modules are widely studied, and the comprehensive design on module packaging has been deeply investigated.

In this paper, the thermal design for 100G/400G optical module is studied. The work can be divided into three parts: investigation, theoretical research and verification.

The first part is the investigation and it mainly focuses on the background and research direction of the subject. Firstly, we introduce the background and significance of the thermal design for optical modules. Then we study the latest research achievements and research directions about the thermal design for optical modules and introduce the application of heat pipe in optical modules especially. Finally we introduce four directions of the thermal design for thermally integrated.

The second part is the theoretical research and it mainly includes the thermal analysis and thermal design for optical modules. Firstly, we introduce the basic concepts of thermal design. Then we introduce the theory of thermal analysis which consists of the theory of fluid mechanics and the theory of heat conduction, and we analyze the dissipation condition of the optical module using the theory of thermal analysis. Finally we propose two thermal design schemes based on the analysis to improve the heat dissipation of optical modules.

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