最近,处理器速度和处理能力的迅速发展,显著提高了模块、线路板、背板和机柜之间的数据传输速率。在先进的高性能计算系统、交互多媒体以及高速交换网络通信系统中,数据传输速率已经超过了3 Gbps。同时,更高数据传输速率的需求,也导致芯片内部和芯片间电互连方案的复杂度和成本日益增加。为了解决上述问题,世界上的主要研究机构都在大力发展光互连作为替代铜线的可行方案。光学互连技术能提供更高的数据带宽,扩展的I/O密度,更低的串扰,并且无电磁交扰现象,布线的重量和尺寸都能得到降低。然而,光电组件、模块、连接器,以及用于短距离通讯(＜1m)传输介质的相对高成本,都阻碍了光互连在先进计算机和通信系统中的应用。作为全光互连的过渡阶段,光电混合印刷电路板的研制,能够在现阶段充分利用已有的集成电子制造技术,又通过光互连在一定程度上提升了系统性能。但是如何将光层高效率低成本地集成到印刷电路板中也一直是研究的难点和重点。本文在分析短距离光互连、尤其是基于高聚物波导的光互连应用于芯片间互连时所面临的问题的基础上,对单层光互连中光导层与光源/光接收器之间的端口耦合结构、平面内布线准则,多层光互连中层间耦合结构以及光互连用无源光器件等进行了系统深入的研究,提出了切实可行的技术方案,并通过软光刻技术实现了高精度低成本的互连线路与无源光器件的实物制作。本文主要在以下几个方面取得创新性成果:(一)应用软光刻法作为短距离光互连的主要技术实现途径,不仅提供简易、低成本、高质量的互连线路制作方案,上述方案及其成品均能很好地兼容于现有电互连系统。基于软光刻成功试制出结构紧凑型高聚物光功率分配器,也为光互连用无源光器件提供了低成本的量产解决方案。更重要的一点是,软光刻结合微刻与抛光可以克服其他光刻胶制模法边墙粗糙的问题,从而极大地降低了因边墙粗糙引起的波导传输损耗,对低误码率短距离光互连是非常有利的;(二)设计并制作了由矩形波导,光束耦合适配段和端面反射器组成的一体化集成型端口耦合结构,用于光互连中光导层与光源/光接收器之间的无源耦合,并被证明该结构具有较高的耦合效率和偏差冗余度;(三)在实验和理论分析的基础上,研究了单层光互连线路中交叉和分叉节点的特性。对于不同横截面矩形波导结构在交叉布线时呈现串扰与交叉角度的相关性进行了分析,并与实验结果作了比较。对于分叉节点找到了合适的零泄漏分叉角度,并对多模波导在短距离应用上的特性也进行了深入研究,所得结果对将来光集成型印刷电路板,尤其是基于软光刻技术的光互连结构具有高程度的适用性;(四)提出了一种基于S形弯曲波导的层间垂直耦合结构,该结构具有较低的传输损耗,且结构简单。利用软光刻技术的制作流程使得上述耦合互连设计,在连接损耗以及用于高带宽印刷电路板方面,都比传统设计和制作方法具有明显的优势。