BRPI0821182A2 - método para transmitir um ou mais sinais de dados ópticos e sistema de barramento óptico - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA TRANSMITIR UM OU MAIS SINAIS DE DADOS ÓPTICOS E SISTEMA DE BARRAMENTO ÓPTICOS Várias configurações da presente invenção se relacionam a métodos e sistemas para transmitir sinais ópticos de uma fonte para uma pluralidade de dispositivos receptores. Em uma configuração do método, um sinal de habilitação óptica (401) é transmitido da fonte para uma pluralidade de dispositivos receptores. O dispositivo receptor alvo responde à recepção do sinal de habilitação óptica se preparando para receber um ou mais sinais de dados ópticos. A fonte transmite os um ou mais sinais de dados ópticos para o dispositivo receptor alvo. Os dispositivos receptores remanescentes não recebem os um ou mais sinais de dados ópticos.

Description

r e ~ ~ 1 "MÉTODO PARA TRANSMITIR UM OU MAIS SINAIS DE DADOS ÓPTICOS E SISTEMA DE BARRAMENTO ÓPTICO" Campo da Invenção e Configurações da presente invenção se relacionam a opto- . ' 5 eletrônicos e, em partícular, a métodos de comunícação

Z óptica e a sistemas de barramento óptico. Histórico da Invenção Em um sisterna de memória de processador, um único , controlador,de memória tipicamente controla a transmissão 10 de dados del para múltiplos módulos de memória. Em"uKá " " transação escrita, as informações de endereço e controle, especificam os locais no módulo de memória que serão escritos e enviados ao módulo de memória, seguidos ou acompanhados do dado a ser escrito. De outro lado, uma 15 transação real pode ser dividida em duas sub-transações. Na primeira sub—transação, as informações de controle e endereço são enviadas do controlador de memória para módulos de memória Na segunda sub-transação, o dado de leitura deve retornar para o controlador de memória 20 do módulo de rnemória endereçado- O termo "transação'" se refere a um dispositivo que pede outro dispositivo para realizar uma dada operação. Controle, endereço, e dado são codificados em sinais elétricos, que são transmitidos por fios. No entanto, um problema comum 25 associado às transações acima descritas e em quase todas comunicações por fio por uma placa de circuito consiste da preservação da integridade dos sinais eíétricos. A distorção causada por uma mídía de transporte por fios em um sinal elétrico afeta a integridade do sinal d, 30 elétrico, fazendo que o sinal elétrico venha a ser "0{ ,/, erroneamente interpretado no dispositívo destíno. b 4' A medida que o tamanho do circuito integrado vai encolhendo, o problema de integridade de sinal elétrico vai se tornando píor. Em adição, os problemas 35 com respeito à integridade de sínal elétrico prejudicam os esforços de se conseguir uma alta taxa de transferência de dados e capacidade de mernória.

A integridade de sinal elétrico se degrada a medida que aumentam ambos - velocidade de sinal e número de receptores.

Para aumentar a capacidade de memória, · ") por exemplo, pode se desejar aumentar a capacidade de 5 módulos de memória individuais ou o número de módulos de 0 al memória em cada controlador de memória.

Mas o aumento do número de módulos de memória aumenta a produção de calor, que compromete a integridade de sinal elétrico.

Aumentar

——-- a capacidade de arma_zenamento do módulo de memóría pode 10 ser conseguido aumentando número de fileiras, bancos," ou " " tamanho do conjunto de memória.

Todas estas opções, no entanto, introduzem uma nova classe de problemas, tal como aumentam o consumo de energia, requerem mais controle, e aumentam a latência de acesso.

Um barramento 15 óptico pode se constituir uma alternativa atraente aos barramentos elétricos, pelo fato de os sinais ópticos sofrerem perda e distorção s.ignificativamente menores que sínais elétricos ao percorrerem longas distâncias.

A figura 1 mostra uma representação esquemática de um 20 típico sistema de barramento óptico 100, para transmitir informações de um controlador de memória 101 para um de quatro módulos de memória 102-105, usando sinais ópticos 106-110. Os sinais ópticos 106-110 podem ser transmitidos em um espaço Iivre ou através de guias de onda, tal como, 25 fibras ópticas.

Em particular, o controlador de memória 101 emite um sinal de relógio (clock) óptico 106 e sinais de endereço de controle e dados 107-110. Espelhos parcialmente refletivos desviam porções dos sinais ópticos 106-110 para os correspondentes conversores opto-

, 30 eletrônicos, que são acoplados aos módulos de memória 00 102-105. Por exemplo, cinco conversores opto-eletrônicos J} 111-115 são eletronicamente acoplados ao módulo de memória 103, e espelhos parcialmente refletivos 121-125 desviam uma porção de cada um dos sinais óptícos 106-108 35 para os correspondentes conversores opto-eletrônicos g

111-115. Cada um dos conversores opto-eletrônicos converte o sinal óptico desviado eín sinal elétrico,

codificando a mesma informação do sinal óptico.

Como na figura 1, ainda que apenas um dos módulos de memória seja alvo da transação, a transação compreende transmitir em broadcast os mesmos sinais ópticos 106-110 para todos 5 módulos de memória 102-105. Embora, a potência óptica aumente apenas Iigeiramente com o comprimento dos guias de onda ópticos, a potência óptica necessária para' transmitir em broadcast um sinal óptico para todos - módulos de-jnemória é_.diretamente proporcional ao número de módulos de memória.

Em outras palavras, o controlador " " de memória 101 deve produzir uma potência óptica suficiente para que o sinal óptico possa ser recebido por todos módulos de memória 102-105. Contudo, transmitir em broadcast controle, endereço, e dados para tod'os módulos de memória 102-105 per transação, onde apenas um dos módulos de memória é o alvo da transação provê um uso ineficiente da mídia de transporte óptico.

Engenheiros e cientistas reconheceram a necessidade de métodos e sistemas que reduzam a potência óptica requerida para transmitir dados codificados em sinais ópticos entre dispositivos receptores e transmissores.

Sumário da Invenção Várias configurações da presente invenção se relacionam a métodos e sistemas para transmitir sinais ópticos de uma fonte para uma pluralidade de dispositivos receptores.

Em uma configuração do método, um sínal de habilitação óptica é transmitido de uma fonte para a pluralidade de dispositivos receptores.

O dispositivo receptor alvo responde à recepção do sinal de habilitação óptica se preparando para receber um ou mais sinais de dados ópticos.

A fonte transmite os um ou mais sinais de dados ópticos para o dispositivo receptor alvo com potência suficiente para serem recebidos pelo dispositivo receptor óptico, enquanto os dispositivos receptores remanescentes não recebem os um ou mais sinais de dados ópticos- Descrição Resumida dos Desenhos

A figura 1 mostra uma representação esquemática de um sistema de barramento óptico para transmitir sinais ópticos de um controlador de memória para quatro módulos 6,

de memóría; 5 A figura 2 mostra uma representação esquemática de um d primeiro sistema de barramento óptico, configurado de acordo com uma configuração da presente invenção; A figura 3A mostra um sinal de habilitação óptica _ transmitido em um guia de, onda (wave guide) do primeiro 10 sistema de barramento óptico mostrado na figura 2," de acordo com configurações da presente invenção; A figura 3B mostra sinais de dados ópticos transmitidos em quatro guias de onda do primeiro sistema de barramento óptico mostrado na figura 2, de acordo com configurações 15 da presente invenção; A figura 4 é urrí diagrama de blocos representando a seqüência de etapas de um primeiro método de uma fase, de acordo com configurações da presente invenção; A figura 5 é uma representação esquemática de um segundo 20 sistema de barramento óptico configurado de acordo com configurações da presente invenção; A figura 6 mostra um gráfico exemplar de potência óptica versus tempo para um sinal de habilitação óptica e sinal de dado óptico, de acordo com configurações da presente 25 invenção; A figura 7 mostra uma representação esquemática de um terceiro sistema de barramento óptico, configurado de acordo com a presente invenção; A figura 8A mostra um sinal de habilitação óptica

, 30 transmitido em um guia de onda do terceiro sistema de barramento óptico, de acordo com configurações da ? presente invenção; A figura 8B mostra sinais de dado óptico, que são transmitidos em quatro guias de onda do terceiro sistema 35 de barramento óptico mostrado na figura 7, de acordo com configurações da presente invenção; A figura 9 é um diagrama de blocos representando a seqüência de etapas de um segundo método de duas fases, de acordo com configurações da presente invenção; A figura 10 mostra uma representação esquemática de um quarto sistema de barramento óptico configurado de acordo 5 com configurações da presente invenção; A figura 11 mostra uma vista isométrica explodida e representação exemplar do sistema de barramento óptico mostrado na figura 7 configurado de acordo com

_ configurações da presente_ invenção; A figura 12 mostra uma vista isométrica de ressonador micro-anel e porção de guia de onda de sulco adjacente ,(ridge wave guide), que são configurados de acordo com configurações da presente invenção; A figura 13 mostra uma vista de topo e representaç'ão esquemática do ressonador micro-anel configurado como junção p-i-n, de acordo com configurações da presente invenção; A figura 14 mostra uma vísta de topo de um guia de onda de cristal fotônico, cavidade ressonante, e porção do dispositivo opto-eletrônico, que são configurados, de acordo com configurações da presente invenção; A figura 15A mostra uma cavidade ressonante configurada de acordo com confígurações da presente invenção; A figura 15B mostra seção transversal uma primeira cavidade ressonante eletronicamente operável configurada de acordo com configurações da presente invenção; A figura 15C mostra em seção transversal uma segunda cavidade ressonante eletronicamente operável configurada de acordo com configurações da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção Várias configurações da presente invenção se relacionam a métodos e sistemas para transmitir sinais ópticos de uma fonte para uma pluralídade de disposítivos receptores.

Embora as configurações de sistema e método sejam descritas acima com referência a uma fonte, quatro disposítivos receptores e cinco ou seis guias de onda, as configurações da presente invenção não se limitarn a estes números.

Em outras configurações, qualquer número de dispositivos receptores e guias de onda pode ser usado.

Nas configurações de sistema descritas abaixo, fonte e dispositivos receptores podem consistir de muitos 5 tipos diferentes de dispositivos de armazenamento de dados, dispositivos de rede, e dispositivos de computador.

Por exemplo, dispositivos receptores podem consistir de módulos de memória dual em linha (DIMMs) e

_. .a fonte pode consistir. de um controlador de memória que 10 controla o fluxo de dados transmitidos del para DIMMS.

Em ainda outras configurações de sistema, a fonte pode consistir de um dispositivo de armazenamento externo e os dispositivos receptores podem consistir de quatro servidores de lâmina, montados em um ou quatro chassis, 15 cada um deles incluindo um número de servidores de lâmina.

De outro lado, as configurações de método da presente invenção podem ser aplicadas a qualquer situação, onde uma interface elétrica pode ser aplicada a qualquer situação, e onde uma interface óptica é usada 20 para uma fonte de um emissor único e transações de dispositivo multireceptor.

Em adição, as confígurações de método consomem menos potência que os métodos convencionaís, porque reduzem o número de dispositivos receptores ativos usados em qualquer instante no tempo. 25 Isto pode ser feito dividindo uma transação em duas fases.

Na primeira fase, pelo menos um dos dispositivos receptores recebe uma pequena quantidade de informação de controle, que especifica qual disposítivo receptor se trata do dispositivo receptor alvo de uma transação. 30 Na segunda fase, apenas o dispositivo receptor alvo efetivamente recebe os dados.

Em certas configurações do método, a potência óptica depende do número de dispositivos receptores apenas para a primeira fase da transação.

Na segunda fase, um número significativamente 35 maior de bits de dados pode ser transmitido em relação à primeira fase, e como apenas o dispositivo receptor alvo efetivamente recebe dados na segunda fase,

a potência total da transação pode ser significativamente menor que nos sistemas e métodos de transmissão em broadcast. m Na descrição que se segue, os termos "Opticamente" e 5 "Óptico"' se referem a dispositivos que operam com ,4 radiação eletromagnética clássica ou quantizada (EMR) tendo comprimentos de onda que não se Iimitam apenas à porção visível do espectro eletromagnétíco.

Em adição,

_ um número de componentes estruturalmente similares 10 compreendendo os mesmos materiais adotou o mesmo número de referência, que com propósito de brevidade, não será repetida a explicação de sua estrutura e função.

A figura 2 mostra uma representação esquemática de um primeiro sistema de barramento óptico 200 que foi 15 configurado para transmitir sinais ópticos a partir de uma fonte 202 para quatro dispositivos receptores 204-207, de acordo com configurações da presente invenção.

O sistema de barramento óptico 200 inclui seiS guias de onda separados 211-216, cada um deles 20 opticamente acoplado em uma extremidade à fonte 202. A fonte 202 emite urri sinal óptico em cada guia de onda 211-216. Um sinal óptico de um certo comprimento de onda X é chamado "Canal". Os guias de onda 211-216 podem ser fibras ópticas, guias de onda de sulco, guias de onda 25 de cristal fotônico, que serão descritos em detalhes com referência às figuras 11 a 15. O sistema de barramento óptico 200 inclui conversores opto-eletrônico, como conversor opto-eletrônico 218. Os vinte e quatro conversores opto-eletrônicos são po.sícionados e

, 30 configurados de modo que cada conversor opto-eletrônico se comunique opticamente com um dos quatro dispositivos m. receptores 211-216 e se comunique eíetronicamente com um dos quatro dispositivos receptores 204-207. Por exemplo, o conversor opto-eletrônico 218 se comunica 35 eletronicamente com o díspositívo receptor 205. Os conversores opto-eletrônicos podem ser fotodetectores, tal como fotodiodos de junção p-n ou p-i-n, ou qualquer outro conversor de sinal óptico para sinal elétrico. O sistema de barramento óptico 200 inclui espelhos parcialmente refletivos, que desviam porções de sinais '7 ópticos transmitidos pelos guias de onda 211 e 212 para 5 os correspondentes conversores opto-eletrônicos.

W Por exemplo, o espelho parcialmente refletivo 220 é opticamente acoplado ao guia de onda 211, e configurado e posicionado para desviar pelo menos uma porção de um __ s,inal óptico transmitido pelo guía de onda 211 para o 10 conversor opto-eletrônico. O sistema de barramento óptico 200 também inclui ressonadores eletronicamente controlados pelos correspondentes dispositivos receptores para acoplar seletivamente os sinais ópticos dos guias de onda 213-2'16 15 aos correspondentes conversores opto-eletrônicos. Os ressonadores podem ser configurados para apresentarem ressonância com um certo canal, quando da aplicação de' uma certa voltagem. Em conseqüência, uma signífícativa porção dos sinais ópticos transmitidos pelos guias de 20 onda 213-216 pode ser evanescentemente acoplada aos referidos guias nos ressonadores e correspondentes conversores opto-eletrônicos. Por exemplo, ressonadores 221-224 são opticamente acoplados aos guías de onda 213-216, respectivamente. Cada um dos ressonadores 25 221-224 pode ser configurado de modo que, quando da aplicação de urna voItagem adequada pelo dispositivo receptor 205, a ressonância de cada um dos ressonadores. 221-224 é alterada para ressonar com os particulares canais dos sinais ópticos transmítidos pelos guias de 30 onda opticamente acoplados 213-216, respectívamente. Neste caso, diz-se que os que ressonadores 221-224 estão · ligados. Assim, os sinais ópticos transmitidos pelos guias de onda 213-216 são evanescentemente acoplados nos ressonadores 221-224 e subseqüentemente evanescentemente 35 acoplados nos conversores opto-eletrônicos 226-229, respectivamente. De outro Iado, os ressonadores 221-224 são configurados de modo a não apresentarem ressonância com os canais dos sinais ópticos transmitidos pelos guias de onda 213-216, quando nenhuma voItagem Ihes são aplicada.

Neste caso, diz-se que ressonadores 221-224 estão desligados.

Assim, os sinais ópticos são 5 transmitidos sem serem afetados pelos guias de onda 213-216 passando pelo ressonadores 221-224. Os ressonadores podem ser qualquer dispositivo adequado que seletivamente chaveie a luz entre duas possíveis ,. trajetórias de guia de onda do sistema de barramento óptico 200, tal como ressonadores de micro-anel ou cavidade ressonante de cristal fotônico, como descrito abaixo com referência às figuras 12-15. A fonte 202 pode modular um sinal óptico não-modulado para emitir um sinal de relógio Aclk 230, que é transmitido em broadcast para os dispositivos receptores 204-207 pelo guia de onda 211. O sinal de relógio óptico Aclk 230 pode ter amplitude, freqüência, ou fase modulada.

Como mostrado na figura 2, cacia espelho parcialmente refletivo desvia uma porção do sinal de relógio Aclk 230 em direção ao correspondente conversor opto-eletrônico.

A potência do sinal de relógio óptico Aclk 230 diminui a medida que passa por cada um dos espelhos parcialmente refletivos, como representado na figura 2 por uma linha que se estreita depois de passar por cada espelho parcialmente refletivo.

A porção do sinal de relógio óptico Aclk 230 recebido por cada conversor opto- eletrônico é convertido em um sínal de relógio elétrico, que é transmitido para um dispositivo receptor acoplado.

O sinal de relógio elétrico é empregado pelos dispositivos receptores 204-207 para sincronízar com a fonte 202 e com outros dispositivos eletrônicos não rnostrados.

Um primeiro método para completar a transação entre a fonte e o dispositivo receptor alvo pode ser executado em duas fases, que serão descritas em segui.da com referência às figuras 3 e 4 usando o sistema de barramento óptico 200. Antes dE! " qualquer transação,

a cada dispositivo receptor é designado um endereço díferente. A fonte 202 seleciona, ou pode ser direcionado para selecionar, um dispositivo diferente não mostrado, onde um dos dispositivos receptores 204-207 é 5 cj dispositivo alvo. Assume-se com propósito de seguir com " a descrição, que o dispositivo receptor 205 foi selecionado inicialmente como dispositivo receptor alvo.

Na primeira fase, mostrada na figura 3A, a fonte 202 transmite em broadcast o sinal de habilitação óptica Mn1 232 para todos os disposítivos receptores 204-207 do guia de onda 212. A fonte 202 codifica a informação contida no sinal de habilitação óptica 2\en1 232, direcionando o dispositivo receptor 205 para receber dados. Cada espelho parcialmente refletivo acoplado ao guia de on'da 212 diminui a potência do sinal de habilitação óptica AENl 232, desviando urna porção do sinal de habilitação óptica Aen1 232 para o correspondente convers.or opto—eletrôníco.

Cada conversor opto-eletrônico converte o sinal de habilitação óptica Rn1 232 em um sinal de habílitação elétrico, que é transmitido para um dispositivo receptor eletronicamente acoplado. Como o sinal de habilitação óptica ÀENl 232 codifica uma informação específica para o dispositivo receptor 205, apenas o dispositivo receptor 205 responde, ligando seus ressonadores associados 221-224. Os dispositivos receptores remanescentes 204, 206, 207 deixam desligados seus respectivos conversores opto-eletrônícos. Nesta primeira fase, a potência óptica do sinal de habílitação óptica ^en1 232 precisa ser suficientemente grande, de modo que uma porção do sinal de habilitação óptica ^eni 232 possa ser desviada por cada urn dos espelhos parcialmente refletivos e detectada por cada um dos correspondentes conversores opto-eletrônicos.

Na segunda fase, como na figura 3B, a fonte 202 para de transmitir o sinal de habilitação óptica 2\,,,1 e coIoca os quatro sinais de dados óptícos Aq, Àj, 62, A3 nos guias de onda 213-216, respectivamente. Como os ressonadores

221-224 são os únicos ressonadores ligados, os sinais de dados ópticos Àq, Àj, bL2, N3 passam pelo ressonadores 233-236 ao longo dos guias de onda 213-216 sem serem afetados, enquanto significativas porções dos sínais de 5 dados ópticos )\0, Àj, A2, )\3 são evanescentemente acopladas dos guias de onda 213-216 para os conversores opto-eletrônicos 226-229, pelos ressonadores 221-224, respectivamente.

Como os sinais de dados ópticos Aq, Àj, )\2, K3 não são transmítidos em broadcast para os dispositivos receptores remanescentes Z04, 206," 208, os sinais de dados ópticos Aq, )\i, A2, R3 são emitidos com potência óptica suficiente apenas para ser recebida pelo dispositivo receptor 205. Em outras configurações do primeiro método, pelo fato de os sinais de habilitação óptica serem transmitidos em um guia de onda separado 212, a fonte 202 pode transmitir simultanèamente sinais de dados ópticos para um dispositivo receptor nos guias de onda 213-216 e transmitir um sinal de habilitação óptica pelo guia de onda 212 para um dispositivo receptor diferente para preparar o dispositivo receptor diferente para o próximo ciclo de sinais de dados ópticos.

Por exemplo, como na figura 4, o sinal de habilitação óptica Àen3 é enviado para ativar os ressonadores do disposítivo receptor 207, enquanto os sinais de dados ópticos Aq, Àj, A2, R3 estão sendo evanescentemente acoplados dos guias de onda 213- 216 para os correspondentes conversores opto-eletrônicos pelos ressonadores 221-224. A figura 4 é um diagrama de blocos representando uma seqüência de etapas descritas acima com referência à figura 3, de acordo com confígurações da presente invenção.

Na etapa 401, uma fonte codifica a informação em um sinal de habilitação óptíca, direcionando um dispositivo receptor alvo a receber dados e transmitír em broadcast o sinal de habilitação óptica para todos dispositivos receptores pelo guia de onda.

Na etapa 402, todos dispositivos receptores desviam uma porção do sinal de habilitação óptica. Na etapa 403, pelo fato de o sinal de habilitação óptica incluir informação direcionando apenas o dispositivo receptor alvo a receber dados,

Q apenas o dispositivo receptor alvo responde ligando 5 ressonadores para receber dados da fonte, enquanto qs à dispositivos receptores remanescentes respondem desligando seus ressonadores. Na etapa 404, a fonte transmite os dados em sinais ópticos em um número de guias de onda com potência óptica suficiente apenas para " 10 atender o dispositivo receptor alvo.

Em outras configurações da presente invenção, os espelhos parcialmente refletivos, que desviam sinais de relógio óptico e sinais de endereço dos guias de onda 211 e 212, podem ser substituídos por ressonadores. A figura 5 15 mostra uma representação esquemática de um segundo sistema de barramento óptico 500 que está configurado para transmitir sinais ópticos da fonte 202 para os dispositivos receptores 204-207, de acordo com configurações da presente invenção. O sistema de 20 barramento óptico 500 é quase idêntico ao sistema de barramento óptico 200, exceto pelo fato de os espej-hos parcialmente refletivos, que são acoplados opticamente aos guias de onda 211 e 212 do sistema de barramento óptico 200, serem substituídos por ressonadores, que são 25 configurados para acoplar evanescentemente uma porção dos sinais ópticos transmitidos pelos guias de onda 211 e 212 nos correspondentes conversores opto-eletrônicos. Por exemplo, os ressonadores 501-504 são configurados para terem ressonância com o canal do sínal de relógio - 30 óptico Àclk 230 e acoplarem evanescentemente o sinal de relógio óptico )\Ci,k 230 do guia de onda 211, e os ressonadores 505-508 são configurados para terem ressonância com guia de onda 211, e os ressonadores 505-508 são configurados para terem ressonância com 35 o canal do sinal de habilitação óptica &n, onde x é 0, 1, 2, 3. Diversamente dos ressonadores eletronicarnente operáveis, que são usados para acoplar evanescentemente sinais ópticos transmitidos nos guias de onda 213, 216, os ressonadores 501-508 não precisam ser eletronicamente operáveis. A figura 6 traz um gráfico exemplar 600 de potência 5 Óptica versus tempo para um sinal de habilitação óptica e sinal de dado óptico, de acordo com configurações da presente invenção. A linha horizontal 602 representa .c) eixo do tempo e a linha vertical 604 o eixo de potência óptica. A potência óptica de um sinal de dado óptico é representada pela linha 606, e a potência óptica de um sinal de habilitação Óptica é representada pela linha

608. A curva 600 revela que em razão de o sinal de dado óptico apenas precisar de um dispositivo receptor, e de o sinal de habilitação Óptica Aenx ser transmitido em broadcast para todos díspositivos receptores, a potência óptica 606 precisa transmitir o sinal de habilitação óptica Aenx para todos dispositivos receptores. Em adição, como o sinal de habilitação óptica )'\enx codifica apenas o endereço do disposítivo receptor e substancialmente nenhuma outra informação, a duração 610 do sinal de habilitação óptica é menor que a duração 612 do sinal de dado óptico. A figura 7 traz uma representação esquemática de um terceiro sistema de barramento óptico 700 configurado para transmitir sinais ópticos de uma fonte 702 para quatro dispositivos receptores 704-707, de acordo com configurações da presente invenção. O sistema de barramento óptico 700 é quase idêntico ao sistema de barramento óptico 200, exceto pelo fato de o guia de onda de habilitação 212 e correspondentes espelhos parcialmente refletivos e conversores opto—eletrônicos incluídos no sistema de barramento óptico 200 não serem incluídos no sistema de barramento óptico 700. O sistema de barramento óptico 700 inclui cinco guías de onda separados 711-715, sendo que cada guia é opticamente acoplado a uma extremidade da fonte 702. A fonte 702 emite um sinal óptico em cada guía de onda "711-715.

Os guias de onda 71-715 podem ser fibras ópticas, guias de onda de sulco, ou guias de onda de cristal fotônico, e que serão descritos em mais detalhes adiante, com referência às figuras 11-15. O sistema de barramento 5 óptico 700 inc.lui vinte conversores opto-eletrônicos

H posicionados e configurados de modo que cada conversor opto-eletrônico se comunique opticamente com um dos cinco dispositivos receptores 711-715 e se comunique eletronicamente com um dos quatro dispositivos receptores " 10"" 704'-707. Os "conversores opto-eletrônicos podem ser " fotodetectores, tal como fotodiodos de junção p-n e p-i-n ou qualquer outro conversor de sinal óptico em sinal elétrico. O sistema de barramento óptico 700 inclui espelhos parcialmente refletivos, que desviam porções de 15 um sinal de relógio óptico Aclk 718 transmitidos pelo guia de onda 711 nos correspondentes conversores opto- eletrônicos, como descrito com referência à fígura 2. O sistema de barramento óptíco 700 também inclui ressonadores controlados eletronicamente, que podem ser 20 configurados e operados para acoplar seletivamente sinais ópticos a partir dos guias de onda 712-615 nos correspôndentes conversores opto-eletrônicos, como descrito acima com referência à figura 2. Um segundo método para completar em duas fases 25 a transação entre a fonte e o dispositivo receptor alvo será descrito agora com referência às figuras 8-9, usando o sistema de barramento óptico 700. A fonte 702 selecíona ou pode ser direcionada para selecionar com outro dispositivo (não mostrado) qual dos díspositivos .· 30 receptores 704-707 não será usado na transação- Em uma prirneira fase da configuração de método, cada um r dos dispositivos receptores 704-707 líga um ressonador que é opticamente acoplado a um diferente guia de onda e aguarda um sinal de habilitação óptica ^en para ser 35 emitido pela fonte 702. Por exemplo, em uma configuração mostrada na figura" 8A, os dispositivos receptores 704-7C)7 ligam os ressonadores 720-723, respectivamente, e cada dispositivo receptor aguarda a fonte 702 transmitir um sinal de habilitação Mn - Neste exemplo, assume-se que o dispositivo receptor 705 foi inicialmente selecionado e como dispositivo receptor alvo para a transação. A fonte 5 702 emite o sinal de habilitação Óptíca Mn 724 pelo guia pè de onda 713, que é evanescentemente acoplado ao ressonador 721 e conversor opto-eletrônico 726. Nesta configuração, o sinal de habilitação óptica Rn 724 é enviado durante o periodo de tempo em que os 10 dispositivos receptores 704-707 são ajustados para aguardar o sinal de habilitação óptica )\en. Em certas configurações, o sinal de habilitação óptica Aen pode ser configurado com o endereço do dispositivo receptor alvo. Em outras configurações, quando o número de módulos é 15 menor que o número de canais, o sinal de habilitação óptica )ümpode ser simplesmente um pulso ou sinal óptico de curta duração, em razão de o sinal de habilitação Óptica )\£n não ser transmitido em broadcast para todos dispositivos receptores. Por exemplo, o sinal de 20 habilitação óptica ÀENnão é transmítido ern broadcast para dispositivos receptores 704, 706, 707 e, por conseguinte, é emitido com potência óptica suficiente apenas para alcançar o dispositivo receptor 705. Referindo-se agora à figura 8B, em uma segunda fase do 25 segunda configuração de método, quando o período de tempo para enviar o sinal de habilítação óptica Aen é substancialmente completado, os dispositívos receptores não-selecionados 704, 706, 707 desligam os ressonadores 720, 722, 723, respectivamente. Em razão de os - 30 ressonadores 721 e 730-732 serern os únicos ressonadores ligados, os sinais de dado óptico Ao, Àj, )\2, )\3 passam

P pelos ressonadores 720 e 736-738 nos guias de onda 721-715 sem serem afetados, e porções significativas dos sinais de dado óptico Aq, ^1, A2, ^3 são evanescentemente 35 acopladas dos guias de onda 712-715 aos correspondentes conversores opto-eletrônicos pelos ressonadores 726 e 720-732.

b,

A figura 9 é um diagrama de blocos representando a seqüência de etapas do método de duas fases descrito acima com referência à figura 8, de acordo com configurações da presente invenção.

Na etapa 901, todos 5 dispositivos receptorés ligam um ressonador, que é opticamente acoplado a um guia de onda diferente, e todos dispositivos receptores aguardam o sinal de habilitação óptica durante o período de tempo alvo.

Na etapa 902, uma fonte transmite um sinal de habilitação óptica para 10 o dispositivo receptor alvo, transmitindô o"" sinal "de habilitação óptica em um guia de onda acoplado ao ressonador que o dispositivo receptor alvo ligou.

Na etapa 904, a fonte transmite dados em sinais ópticos para o dispositivo receptor alvo em um número de guias 15 de onda com potência óptica suficiente apenas para atender o dispositivo receptor alvo.

Em outras configurações da presente invenção, os espelhos parcialmente refletivos que desviam o sinal de relógio óptico Aclk 718 do guia de onda 711 podem ser substituídos 20 por ressonadores.

A figura 10 mostra uma representação esquemática do segundo sistema de barramento óptico 1000 configurado para transmitir sinais ópticos da fonte 702 para os quatro dispositivos receptores 704-707, de acordo com configurações da presente invenção.

O sistema de 25 barramento óptico 1000 é quase idêntico ao sistema de barramento óptico 700, exceto pelo fato de os espelhos parcialmente refletivos do sistema de barramento óptico 7000 serem substituídos por ressonadores 1001-1004, que são configurados para terem ressonância com o canal do 30 sinal de relógio óptico Aclk 718. Assim, os ressonadores 1001-1004 acoplam evanescentemente o sinal de relógio óptico Aclk 718 do guia de onda 718 para os conversores opto-eletrônicos associados.

Dissimílarmente aos ressonadores operáveis eíetronicamente, que são usados 35 para acoplar evanescentemente com os sinaís de dados ópticos transmitidos nos guias de onda 712-715, os ressonadores 1001-1004 não precisam ser k eletronicamente operáveís. Em certas variações das primeira e segunda configurações descritas acima, os quatro sinais de dados podem ser 4 produzidos, modulando quatro sinais ópticos não- 5 modulados. Os sinais ópticos podem ser do mesmo canal ou

P de qualquer combinação de diferentes canais. Apenas os ressonadores que são opticamente acoplados a um guía de onda são configurados para ter ressonância com o canal do sinal óptico transmitido ao longo daquele guia de onda 10 que quando ligado e fora de ressonância com ohesmo" sinal " óptico, quando os ressonadores estão desligados. Os sistemas de barramento óptico 200, 500, 700, e 1000 descritos acima podem ser implementados em qualquer placa (slab) de material adequado. A figura 11 mostra uma vista 15 isométrica explodida e representação exemplar do sistema de barramento óptico 70'0 da figura 7 configurado de acordo com configurações da presente invenção. O sistema de barramento óptico 700 é formado em uma única placa 1102. A placa 1102 pode ser composta de um 20 semicondutor, como Si e Ge, ou composto semicondutor feito de uma combinação de elementos do grupo IIIA da tabela periódica. Tal como N, P, As, e Sb. Os compostos GaAs e AsGaAs, InGaAs, e InGaAsP são exemplos de compostos semicondutores. A placa 1102 também pode ser 25 composta de um material dielétrico adequado, tal como Silício (SiO2) e Nitreto de Silício (Si3N4). Em certas configurações de sistema, os guias de onda 211-216 da figura 2 e guias de onda 711-715 da figura 7 podem ser guias de onda de sulco, e os ressonadores, · 30 tal como ressonador 221, podem ser ressonadores de mícro- anel. A figura 12 mostra uma vista isométrica de um

W ressonador rnicro-anel 1202 e porção do guia de onda de sulco adjacente 1204 em um substrato 1206, e configurado de acordo com configurações da presente invenção. 35 A transmissão de sinal óptico pelo guia de onda 1204 pode ser grandemente reduzida, quando o canal do sinal óptico é ressonante com o micro-anel 1202. O sinal óptico

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é acoplado evanescentemente do guia de onda 1204 para o micro-anel 1202. As regiões que envolvem o ressonador de micro-anel 1202 b podem ser dopadas com átomos doadores de elétrons e 5 átomos recebedores de elétrons e eletronicamente r controladas pelo respectivo dispositivo receptor, como descrito acima, com referência às figuras 3-4 e 8-9. A figura 13 mostra uma vista de topo e representação esquemática de um ressonador de micro-anel

_ _ 10 -eletronicamente controlado 1302 e guia de "onda de sulco 1304, configurado de acordo com configurações da presente invenção.

O micro-anel 1302 é posicionado próximo ao guia de onda 1304. Em certas configurações, o micro-anel 1302 compreende um semicondutor intrínseco.

Uma região 15 semicondutora tipo-p 1306 pode ser provida no substrato de semicondutor interior do micro-anel 1302, regiões semicpndutoras tipo-n 1308 e 1310 podem ser providas no substrato de semicondutor, que envolve a parte de fora do micro-anel 1302 e lado oposto do guía de onda 1304. 20 A região tipo-p e regiões tipo-n 1308 e 1310 formam uma junção p-i-n em torno do micro-anel 1302. Em outras configurações, os dopantes podem ser invertidos, formando região semicondutora tipo-n no substrato semicondutor interior ao micro-anel 1302, e regiões semicondutoras 25 tipo-p 1308 e 1310 no semícondutor que envoíve a parte de fora do micro-anel 1302. A ressonância do micro-anel 1302 pode ser eletronicamente controlada aplicando voltagern ou corrente apropriada à região 1306 e regiões 1308 e 1320. O micro-anel 1302 k 30 pode ser configurado de modo que a ressonância do micro- anel 1302 não apresente ressonância com o canal de um · sinal óptico que se propaga pelo guia de onda 1304. De outro lado, o micro-anel 1302 também pode ser configurado de rnodo que, quando se lhe aplica uma 35 voltagem apropriada, o mesmo sinal óptico apresenta ressonância com o micro-anel 1302, e acopla evanescentemente do guia de onda 1304 ao micro-anel 1302.

Quando, a voltagem é desligada em seguida, a ressonância do micro-anel 1302 muda, e o mesmo sinal óptico se propaga pelo guia de onda 1304 sem ser afetado.

Como b exemplo, para ver moduladores de mícro-anel veja 5 Q.Xu et al "12,5 Gbit/s carrier injection based microring +\

silicon modulators" Optic Express 15,430 (2007). Em outras configurações de sistema, os guías de onda 211-216 da figura 2 e guias de onda 711-715 da figura 7 podem ser guias de onda de cristal fotônico, e

_ 10 ressonadores, tal como ressonador 721, poderii "ser cavidades ressonantes.

Cristais fotônícos são dispositivos fotônicos que compreendem dois ou mais materiais diferentes com propriedades dielétricas que combinados em um arranjo regular podem modificar as 15 características de propagação de radiação eletromagnética.

Cristais fotônicos bidimensionais podem compreender um reticulado regular de furos cilíndricos fabricado em uma placa dielétrica ou semicondutora.

Os furos cilíndricos podem ser furos de ar ou furos 20 cheios de material dielétrico diferente do material dielétrico da placa fotônica.

Cristais fotônicos bidimensionais podem ser projetados para refletir radiação eletromagnética em uma banda de freqüência particular.

Em conseqüência, um cristal fotônico 25 bidimensional pode ser projetado e fabricado em um filtro de banda de freqüência para impedir a propagação de radiação eletromagnética tendo freqüências no espaço de banda fotônico do cristal fotônico.

Geralmente, o tamanho e espaçamento relativo dos furos cilíndricos controlam Ê 30 quais comprimentos de onda da radiação eletromagnética são proibidos de propagar no cristal fotônico 0 bidimensional.

No entanto, defeitos podem ser introduzidos no reticulado dos furos cílíndricos para produzir certos componentes localizados.

Errt particular, 35 uma cavidade ressonante também chamada "defeito de ponto" podem ser fabricada para prover um ressonador que temporariamente fixa uma faixa estreita de comprimentos de onda de radiação eletromagnética. Um guia de onda também chamado "defeito de linha" pode ser fabricado para transmitir radiação eletromagnética com comprimentos de

O onda na faixa de comprimento de onda do espaço de banda 5 fotônica. e A figura 14 mostra a vista de topo de um guia de onda de cristal fotônico 1402, cavidade ressonante 1404, e porção de um dispositivo opto-eletrônico 1406 formada em uma placa 1408, de acordo com configurações da presente 10 invenção. Círculos, tal como o círculo 1410, representàm furos que abrangem a altura da placa 1408. Uma cavidade ressonante pode ser críada omitindo, aumentando, ou diminuindo o tamanho de um furo cilíndrico selecionado. Em particular, a cavidade ressonante 1404 é criada 15 omitindo um furo cilíndrico, como indicado pela região vazia no círculo tracejado. Os furos que envolvem a cavidade ressonante 1404 e guia de onda 1420 formam urna grade Bragg bídimensional, que temporaríamente fixa a radiação eletromagnética na faixa de freqüência do 20 espaço de banda de cristal fotônico pelo guia de onda 1402 e cavidade ressonante 1404. As guias de onda de cristal fotônico são trajetórias de um certo comprimento de onda, que podem ser usadas para direcionar sinais ópticos em uma particular faixa de comprímento de onda do 25 espaço de banda de cristal fotônico. Guias de onda podem ser fabricados mudando o diâmetro de certos furos cilíndricos na coluna ou fileira de furos cilíndricos ou omitindo uma fileira inteira de furos cílíndricos. Redes de guias de onda ramificados podem ser usadas para · 30 direcionar a radiação eletromagnética em diversas trajetórias através do cristal fotônico. O diârnetro de um

T sinal eletromagnético que se propaga pelo guia de onda pode ser tão pequeno quanto A/3n, onde n é o índíce refrativo da placa, enquanto o volume de modo harmôníco 35 de uma cavidade ressonante pode ser tão pequeno quanto 2A/3n. Guias de onda e cavidades ressonantes podem ser menos que

100% efetivas na ação de impedir que a radiação eletromagnética escape para a área que imedíatamente envolve as guias de onda e cavidades ressonantes.

H Por exemplo, radiação eletromagnética em uma faixa de m 5 freqüência no espaço de banda fotônica em um guia de onda, também tende a se espalhar na região que envolve o guia de onda. A radiação eletromagnética que entra na área que envolve guia de onda 1402, ou cavidade ressonante 1404 experimenta uma decaimento exponencial em . , 10, amplitude em um processo que se chama "'evanescência". Em conseqüência, a cavidade ressonante 1404 é localízada a uma curta distância do guia de onda 1402, para permitir que certos comprimentos de onda da radiação eletromagnética que transita pelo guia de onda 1402 15 acoplem evanescentemente do guia de onda 1402 para cavidade ressonante 1404. Dependendo do fator Q 1404, a radiação eletromagnética extraída pode permanecer presa na cavidade ressonante 1404 e ressonar antes de acoplar evanescentemente no dispositivo opto-eletrônico 1406.

"20 A figura 15A mostra uma cavidade ressonante 1502 e porção de placa 1504, que são configuradas de acordo com configurações da presente invenção. A cavidade ressonante 1502 é criada omitindo um furo cilíndrico. O diâmetro da cavidade ressonante 1502 e padrão e diâmetro dos furos 25 cilíndricos que envolvem a cavidade ressonante 1502, tal como um furo cilíndrico 1506, podem ser selecionados para fixar temporariamente um canal específico de um sinal óptico na cavidade ressonante 1502. A pIaca 1504 fica no topo de um substrato de vidro 1508. Como rnostrado ' 30 na figura 15A, a placa 1504 pode compreender uma camada intrinseca 1510, sanduichada entre uma camada 0 semicondutora dopada posítivamente 1512 e uma camada semicondutora dopada negativamente 1514. A figura 15B mostra a seção transversal de uma primeíra 35 cavidade ressonante eletronicarnente controlável, configurada de acordo com configurações da presente invenção. A cavidade ressonante 1502 sendo Iocalízada sanduichada entre dois eletrodos 1520 e 1522. A pIaca 1504 pode compreender camadas p-i-n 1510, 1521, 1521 e uma única camada, tal como uma única camada dielétrica ou « semicondutora. Aplicando uma voItagem através da cavidade 5 ressonante 1502, a ressonância da cavidade ressonante é a alterada para ressonâncía com um canal de um sinal óptico. A figura 15C mostra a seção transversal de uma segunda cavidade ressonante eletronicamente controlável, . 10 de acoMo-- com "configurações da presente invenção. . A cavidade ressonante sendo localizada sanduichada entre dois eletrodos 1524 e 1526. A placa 1504 também pode compreender camadas p-i-n 1510, 1512, 1512 ou camada única, tal como uma camada dielétrica ou semicondutor'a. 15 Aplicando uma voltagem através da cavidade ressonante 1502, a ressonância da cavidade ressonante é alterada para ressonância com um canal de um sínal óptico. Na descrição acima, apenas para propósitos explicativos, utilizou-se uma nomenclátura específica para prover pIeno 20 entendimento da presente invenção. No entanto, deve ser aparente àqueles habilitados na técnica que detalhes específicos não serão requeridos para praticar a mesma. As descrições acima de configurações específícas da presente invenção foram apresentadas somente com 25 propósito de ilustração e descrição. As descrições acima não pretendem esgotar ou limitar a presente invenção às formas ' precisas apresentadas. Obviamente, muitas modificações e variações serão possíveís a luz dos . ensinamentos ministrados. As configurações são mostradas · 30 e descritas para explicar melhor os princípios da presente invenção e suas aplícações práticas, desta forma

O permitindo àqueles habilitados na técnica fazer melhor uso da presente invenção e de suas várías confígurações, introduzindo modificações que melhor se adaptem ao 35 particular uso contemplado. Pretende-se que o escopo da presente invenção seja definido apenas pelas reivindicações que se seguem e seus equivalentes.

Claims (1)

1. REIVINDICAÇÕES 1- Método para transmitir um ou mais sinais de dados ópticos, de uma fonte (202) para um disposítivo receptor b alvo (205) dentre uma pluralidade de dispositivos ©\, 5 receptores (204-207), caracterízado pelo fato de compreender: - transmitir um sinal de habilitação óptica (401, 232) para a pluralidade de dispositivos receptores (204-207), sendo que o dispositivo receptor alvo (205) responde- ao , 10 sinal de habilitação óptica se preparando para receber um ou mais sinais de dados ópticos; e transmitir os um ou mais sinais de dados ópticos (404) da fonte (202) para o dispositivo receptor alvo, sendo que os dispositivos receptores remanescentes não 15 recebem os um ou mais sinais de dados óptícos. 2- Método, de acordo com a reivindicação I, caracterizado pelo fato de adícíonalmente compreender terminar o sinal de habilitação óptica (232) antes de transmitir os um ou mais sinais de dados ópticos para 20 o dispositivo receptor alvo. 3- Método, de acordo com a reivindícação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender: - transmitir o sinal de habilitação óptica em um primeiro guia de onda (212); 25 - transmitir os um ou mais sinaís de dados ópticos em um ou mais guias de onda separados (213-216), que são diferentes da primeira guia de onda; e - transmitir o sinal de habilitação óptica em um primeiro período de tempo (610), e transmitir os um ou rnaís sínais · 30 de dados ópticos em um segundo período de tempo (612), usando os mesmos um ou mais guias de onda.

   " 4- Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a potência óptica (606) de cada um dos um ou mais sinais de dados ópticos ser menor 35 que a potência óptica (608) do sinal de habilítação óptica. 5- Método, de acordo com a reivindicação 1,

   caracterizado pelo fato de transmitír os um ou mais sinais de dados ópticos da fonte para o díspositivo receptor alvo compreender ainda configurar ressonadores > associados ao dispositivo receptor alvo para receber 5 os um ou mais sinais de dados óptícos. m\

   6- Sistema de barramento óptico, caracterizado pelo fato de compreender:

   - um guia de onda (213-216) tendo uma primeira extremidade e uma segunda extremídade, - sendo. que a

   _- 10 - primeira" extremi"dade é opticamente acoplada a uma fonte (202), que emite um sinal óptico pelo guia de onda;

   - um ressonador (221-224) opticamente acoplado ao guia de onda e eletronicamente acoplado ao dispositivo receptor, sendo que o ressonador é configurado de modo 15 que, quando o dispositivo receptor aplica uma voltag.em apropriada , ao ressonador, o ressonador acopla evanescentemente pelo menos uma porção do sinal óptico do guia de onda no ressonador; e um conversor opto-eletrônico (226-229) opticamente 20 acoplado ao ressonador e eletronicamente acoplado a um dispositivo receptor, sendo que o conversor opto— eletrônico converte o sinal óptico, que ressona no ressonador, em sinal elétrico, que é transmitido para o dispositivo receptor. 25 7- Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de adicíonalmente compreender um de:

   - sinal de habilitação óptica (232); e - sinal de dado óptico. 30 8- Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender:

   " - uma segunda guia de onda (212) tendo uma primeira extremidade e segunda extreinidade, sendo que a primeira extremidade é opticamente acoplada à fonte, que emite um 35 sinal de habilitação Óptíca pelo guia de onda; um desviador opticamente acoplado ao segundo guia de onda, de modo que o desvíador desvie uma porção do sínal de habilitação óptica do guia de onda; e um conversor opto-eletrônico eletronicamente acoplado ao dispositivo receptor e posicionado para receber a porção desviada do sinal de habilitação e 5 converter o sinal de habilitação óptica em sinal elétrico, fazendo o dispositívo receptor aplicar a voltagem apropriada ao ressonador. 9- Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo f'ato de o desviador adicionalmente -compreender um de: " espelho parcialrnente refletivo (220); e ressonador de micro-anel (505-508). 10- Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o ressonador adicionalmente compreender um de:

   — ressonador de micro—anel configurado como uma junção p-i-n (1300); e

   - cavidade ressonante de cristal fotônico configurada como uma junção p-i-n (1502).

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