CN103534626A

CN103534626A - 光学互连

Info

Publication number: CN103534626A
Application number: CN201180070805.8A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·施兰斯克; 迈克尔·瑞恩·泰·谭; 王世元; 韦恩·V·瑟林; 约瑟·雷纳托·G·桑多斯
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2031-07-18
Also published as: EP2734878A1; EP2734878A4; WO2013012413A1; US9170377B2; US20140029955A1; CN103534626B

Abstract

一种光学互连（200）包括：反射体（230），具有第一反射表面（235）和与所述第一反射表面（235）相对的第二反射表面（240）；第一光学波导（205），将从第一通信设备（105）接收的第一光学信号引导至所述第一反射表面（235）；第二光学波导（210），将来自所述反射体（230）的所述第一反射表面（235）的所述第一光学信号引导至第二通信设备（110）；第三光学波导（215），将从所述第二通信设备（110）接收的第二光学信号引导至所述反射体（230）的所述第二反射表面（240）；以及第四光学波导（240），将来自所述反射体（230）的所述第二反射表面（240）的所述第二光学信号引导至所述第一通信设备（105）。

Description

光学互连

背景技术

光束或光学信号频繁地用于传送数字数据。例如，调制光学信号可以在电路板上的电子组件之间传输数据或者通过光纤网络传输数据。

结果，光学技术在现代电信和数据通信中发挥重要作用。在这种系统中使用的光学组件的示例包括光学源或光源，例如发光二极管和激光器、波导、光纤、透镜和其它光学器件、光电检测器和其它光学传感器、光学敏感型半导体、光学调制器等。

利用光学组件的系统通常依赖于对诸如光束之类的光能的精确操纵，以实现期望的任务。这在利用光以在两个节点之间进行高速、低能量通信的系统中尤其如此。光学波导可以用于沿预定路径路由所调制的光束。光学波导通常能够利用光学波导材料的内在物理特性以最小损耗将在波导的第一端处接收的光束传送至第二端。

附图说明

附图示出这里所描述原理的各种示例并且是申请文件的一部分。所示出的示例仅仅是示例而不限制公开的范围。

图1是根据这里所描述原理的一个示例的示例性系统的框图，在该系统中，第一通信设备通过示例性光学互连与第二通信设备通信。

图2是根据这里所描述原理的一个示例的示例性光学互连的顶视图。

图3A是根据这里所描述原理的一个示例的示例性光学互连的图。

图3B是根据这里所描述原理的一个示例的第一示例性通信设备利用图3A的光学互连与第二示例性通信设备通信的图。

图4A和图4B是根据这里所描述原理的一个示例的光学互连交叉互连矩阵（crossbar）中示例性单元的图。

图5是根据这里所描述原理的一个示例的示例性光学互连的框图。

图6是根据这里所描述原理的一个示例的在第一设备与第二设备之间建立双向光学通信的示例性方法的流程图。

图7是根据这里所描述原理的一个示例的在第一设备与第二设备之间建立双向光学通信的示例性方法的流程图。

在整个附图中，相同的附图标记可以指代类似但不必是相同的元件。

具体实施方式

在一些情况下，可能期望在诸如电子设备之类的两个组件之间建立双向光学通信。此外，可能在某些状况下实施切换功能以允许在这两个组件之间选择性地实现双向通信和/或在从一组设备中选择的两个设备之间建立双向光学通信是有利的。也可能期望利用比之前的光学互连更高效使用板空间的光学互连来实现这些目标。

基于这些和其它考虑，本申请文件公开用于在两个设备之间建立双向光学通信的示例性光学互连、系统和方法。

在一个示例性的、非排他性的示例中，光学互连包括具有第一反射表面和与第一反射表面相对的第二反射表面的反射体。第一光学波导将从第一通信设备接收的第一光学信号引导至反射体的第一反射表面。第二光学波导将来自反射体的第一反射表面的第一光学信号引导至第二通信设备。第三光学波导将从第二通信设备接收的第二光学信号引导至反射体的第二反射表面，并且第四光学波导将来自反射体的第二反射表面的第二光学信号引导至第一通信设备。

在另一示例性的、非排他性的示例中，光学互连包括由多个第一光学波导形成的多个光学传导行、由多个第二光学波导形成的多个光学传导列和控制器。光学传导行与多个光学传导列形成多条相交的光学路径。控制器在光学耦合至第一光学传导行的第一端和第二端的第一设备与光学耦合至第一光学传导列的第一端和第二端的第二设备之间建立双向光学通信。该通信通过选择性地移动布置在第一光学传导列和第一光学传导行的交点处的反射体而建立。

在另一示例性的、非排他性的示例中，在第一设备与第二设备之间建立双向光学通信的示例性方法包括：将第一设备和第二设备耦合至具有反射体的光学互连；并且选择性地激励反射体使得：a)从第一设备发射的第一光学信号从反射体的第一面反射至第二设备的接收机，和b)从第二设备发射的第二光学信号从反射体的第二面反射至第一设备的接收机。

当在本说明书和所附权利要求中使用时，术语“反射”指物体的如下物理特性：该物体的至少一个表面防止入射到该表面的电磁辐射（例如，光）通过，并且导致入射的电磁辐射改变传播方向。

当在本说明书和所附权利要求中使用时，术语“光学波导”指如下结构：以最小损耗将在该结构的第一端处接收的光学电磁波传送至该结构的第二端。

当在本说明书和所附权利要求中使用时，术语“端”在涉及光学波导时指光学波导的被配置为接收光能到光学波导中和/或从光学波导发射光能的末端。

当在本说明书和所附权利要求中使用时，术语“行”和“列”指基本平行的线的组，其中第一组基本平行的线（“行”）与第二组基本平行的线（“列”）相交。当在这里限定时，行和列可以但不必是彼此正交。

在下列描述中，为了解释的目的，大量特定细节被提出以便提供对本系统和方法的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说将明显的是，本装置、系统和方法可以在没有这些特定细节的情况下实践。说明书中对“示例”的引用或类似语言意味着结合该示例描述的具体特征、结构或特性如上所述被包括，但可能不包括在其它示例中。

现在将关于涉及设备间双向光学通信的建立的示例性光学互连、系统和方法讨论这里所公开的原理。具体地，在本说明书中公开的示例性光学互连以及相关的系统和方法减少在板上占据的用于建立双向光学通信的空间量，从而增加光学互连的空间效率。该增加的空间效率可以提供减少制造成本、减少功耗和提高传送效率的益处。

图1是示出在第一通信设备（105）和第二通信设备（110）之间建立双向光学通信的光学互连的基本功能的图。本示例的通信设备（105,110）中的每个是包括用于执行特定应用和/或通用处理功能的处理电路（120,125）的电子设备。

关于该处理功能，通信设备（105,110）彼此光学地通信。为此，通信设备（105,110）中的每个包括用于将数字数据调制到从通信设备（105,110）输出的光学信号上的光学发射机（130,135）以及用于接收并解码在通信设备（105,110）处接收的光学信号上的所调制数字数据的光学接收机（140,145）。

光学互连（150）布置在第一通信设备和第二通信设备（105,110）中间，以在第一通信设备和第二通信设备（105,110）之间建立双向光学通信。具体地，光学互连（150）将第一通信设备（105）的光学发射机（130）光学耦合至第二通信设备（110）的光学接收机（145）。另外，光学互连（150）将第二通信设备（110）的光学发射机（135）光学耦合至第一通信设备（105）的光学接收机（140）。在此配置下，从第一通信设备（105）的光学发射机（130）发射的调制光束由第二通信设备（110）的光学接收机（145）接收，并且从第二通信设备（110）的光学发射机（135）发射的调制光束由第一通信设备的光学接收机（140）接收。

图2是用于实施关于图1描述的功能的示例性光学互连（200）的图。光学互连（200）包括第一光学波导（205）、第二光学波导（210）、第三光学波导（215）和第四光学波导（220）。如图2中所示，光学波导（205,210,215,220）可以以直角排列，使得第一光学波导（205）基本与第四光学波导（220）对准，并且第二光学波导（210）基本与第三光学波导（215）对准。

如图2中所示，光学波导（205,210,215,220）可以是布置在硅基板（225）上的中空金属波导。可替代地，光学波导（205,210,215,220）可以是布置在基板上的固体半导体主体，或者是中空和固体金属和/或半导体主体的任意组合。

光学互连进一步包括被布置为与第一、第二、第三和第四光学波导（205,210,215,220）倾斜的反射体（230）。反射体可以包括第一反射表面（235）和第二反射表面（240），反射表面（235,240）在反射体（230）的相对面上。在某些示例中，反射体（230）可以由半导体主体形成，其具有金属或其它反射涂层以形成反射表面。

反射体（230）放置有面对第一和第二光学波导（205,210）的第一反射表面（235），使得由第一光学波导（205）发射的光束通过反射体（230）的第一反射表面（235）反射到第二光学波导（210）中（如箭头所指示）。此外，第二反射表面（240）面对第三和第四光学波导（215,220），使得由第三光学波导（215）发射的光束通过反射体（230）的第二反射表面（240）反射到第四光学波导（220）中（如箭头所指示）。

以此方式，两设备间的双向光学通信可以通过将第一设备的光学发射机的输出耦合到被标注为“A出”的节点、将第二设备的光学接收机的输入耦合到被标注为“B入”的节点、将第二设备的光学发射机的输出耦合到被标注为“B出”的节点，并且将第一设备的光学接收机的输入耦合到被标注为“A入”的节点而建立。

本领域中使用的典型光学互连依赖于独立的镜子来实施光学通信的每条路径。相比之下，图2的光学互连（200）使用单个的双面镜子来互连光学通信的两个独立的、同时有效的路径，从而将致力于提供两路光学通信的空间量减少一半。

在某些示例中，反射体（230）可以选择性地移入和移出图2中示出的位置。例如，反射体（230）可以机械地耦合至在基板（225）上制造的微机电系统（MEMS）激励器，使得电信号控制反射体（230）是否在图2中示出和在以上描述的位置中。另外，一个或多个MEMS激励器可以例如以关于光学波导（205,210,215,220）在任意维度上调节反射体（230）的角度以实现最佳光学性能。在某些示例中，这种调节可以响应于来自耦合到第二和第四光学波导（210,220）的光学接收机的反馈而自动进行。另外或可替代地，这些调节可以通过控制界面由用户手动进行。

图3A和图3B示出采用crossbar配置的示例性光学互连（300）。示例性光学互连（300）包括多个光学传导行（305-1至305-4）和多个光学传导列（310-1至310-4）。光学传导行（305-1至305-4）和光学传导列（310-1至310-4）由多个第一和第二光学波导形成。光学传导行（305-1至305-4）与光学传导列（310-1至310-4）垂直和相交。独立的反射体（315）布置在光学传导行（305-1至305-4）与光学传导列（310-1至310-4）的每个交点处。每个反射体（315）具有第一反射表面和第二反射表面，并且被放置为使得每个交点类似图2的光学互连（200）和像图2的光学互连（200）一样动作。

光学互连（300）可以与一个或多个通信设备（350,355）相关联。每个这种设备可以与独立的光学传导行（305-1至305-4）或光学传导列（310-1至310-4）相关联。每个这种设备可以具有耦合至其相应行或列的输出端的光学发射机，以及耦合至其相应行或列的输入端的光学接收机。例如，如图3B中所示，与第一光学传导行（305-1）相关联的设备（350）可以具有耦合至第一光学传导行（305-1）的“A0_o”端的光学发射机和耦合至第一光学传导行（305-1）的“A0_i”端的光学接收机。类似地，与第二光学传导列（310-2）相关联的第二设备（355）可以具有耦合至第二光学传导列（310-2）的“B1_o”端的光学发射机和耦合至第二光学传导列（310-2）的“B1_i”的光学接收机。

另外，反射体（315）中的每个可以选择性地移入和移出关于图2描述的位置。以此方式，双向光学通信可以简单地通过选择性地将在该特定行和列的交点处的反射体（315）移入关于图2描述的位置中而在与互连（300）的任意行和列相关联的相应设备间建立。例如，如图3B中所示，双向光学通信可以通过选择性地移动在第一光学传导行（305-1）与第二光学传导列（310-2）的交点处的反射体（315）使得a)第一通信设备的光学输出的方向从点“A0_o”到点“B1_i”，并且b)第二通信设备的光学输出的方向从点“B1_o”到点“A0_i”，而在第一通信设备（350）和第二通信设备（355）之间建立。

之前的电和光学crossbar互连配置使用单面镜子以在给定列和给定行之间建立单个通道。使用该先前方式，4×4交叉crossbar互连被限制为四个可能通道。然而，如图3A至图3B中所示，双面镜子在本示例的4×4crossbar光学互连（300）中作为反射体（315）的使用允许在任意给定列和行对之间的两个独立的、同步通道。因此，本示例的crossbar互连有效地使现有光学crossbar互连的效率加倍。该增加的效率可以导致用于crossbar光学互连（300）的较小物理占用空间（footprint），从而降低制造成本和操作crossbar光学互连（300）的费用。

在某些示例中，可能期望将某种类型的设备连接至光学传导行（305-1至305-4），而将不同类型的设备连接至光学传导列（310-1至310-4）。例如，服务器机架可以包括服务器设备和网络交换设备，其中服务器设备与网络交换通信，但网络交换不与其它网络交换通信，并且服务器设备通常不与其它服务器设备通信。在此示例中，每个光学传导行（305-1至305-4）可以耦合至服务器设备，并且每个光学传导列（310-1至310-4）可以耦合至交换设备，使得仅仅服务器-交换连接由互连（300）进行。

图4A和图4B是示出具有用于选择性地使两设备间的双向光学通信实现和失效的MEMS激励器（401）的示例性双向光学互连（400）的顶视图的图。光学互连（400）可以用作例如图2中示出的独立光学互连（400），或者用作例如图3A和图3B中示出的crossbar互连的单个单元。由于具有之前描述的互连，因此本示例的光学互连（400）包括第一、第二、第三和第四光学波导（405,410,415,420）以及反射体（430）。光学互连（400）可以在例如半导体基板（425）之类的基板（425）上制造。

本示例的第一、第二、第三和第四光学波导（405,410,415,420）是中空的金属波导（HMWG），并且在相交点处接合在一起。图4A示出光学互连（400）的顶视图，其中光学波导（405,410,415,420）的顶部为了示例目的被去除。图4B示出光学互连（400）的顶视图，其中光学波导（405,410,415,420）的顶部在适当位置。当放置反射体（430）以使双向光学通信实现时，反射体（430）的第一反射表面将由第一光学波导（405）发射的光波引导入第二光学波导（410）中，并且反射体（430）的第二反射表面将由第三光学波导（415）发射的光波引导入第四光学波导（420）中。

如图4中所示，MEMS激励器（401）可以是机械耦合至反射体（430）的静电梳驱动激励器。通过调节MEMS激励器（401）的两个偏置电极（435,440）处的电压，反射体（430）的移动可以被控制。可替代地，MEMS激励器（401）可以是适合这里所描述原理的特定应用的任意其它类型的激励器。在某些示例中，MEMS激励器（401）可以是反射体（430）的物理延伸。

为了在两设备间建立双向通信，可以在第一电极和第二电极（435,440）之间施加电压差，使得反射体（430）被吸引到第二电极（440）并且带入如上所述在波导（405,410,415,420）之间反射光波的位置中。为了使两个设备间的双向通信失效，可以在第一电极和第二电极（435,440）之间施加电压差（或缺少电压差），使得反射体（430）和第二电极（440）之间的排斥力和/或MEMS激励器（401）的自然弯曲导致反射体（430）升出波导（405,410,415,420）的光学路径。

图5是符合上述原理的在两设备间建立双向光学通信的示例性系统（500）的框图。系统（500）包括光学互连（505），例如在图1中示出的1×1光学互连（150）或在图3A至图3B中示出的4×4光学互连（300）。光学互连（505）光学连接至两个或多个通信设备（510）。通信设备（510）中的每个可以与光学互连（505）中的光学传导行或光学传导列相关联。

双向光学通信可以根据上面关于图2至图4描述的原理、通过选择性地在光学互连（505）内的行与列的交点处移动反射体而在一对这样的通信设备（510）之间建立。反射体的这种选择性移动可以利用由电子控制器（515）提供给光学互连（505）的一个或多个控制信号来实现。控制信号可以由电子控制器（515）自动响应于逻辑触发器或其它由电子控制器（515）实现的自动功能来提供。另外或可替代地，电子控制器（515）可以提供由用户通过人工输入导入的控制信号。

图6是根据本说明书原理的一个示例的在两设备间建立双向光学通信的示例性方法（600）的流程图。

在示例性方法（600）中，由第一通信设备输出的第一光学信号在光学互连处接收（框605）。第一光学信号通过反射体的第一反射表面反射（框610）到第二通信设备的输入端。由第二通信设备输出的第二光学信号也被接收（框615）。第二光学信号通过反射体的第二反射表面反射（框620）到第一通信设备的输入端。

图7是根据本说明书原理的一个示例的在两设备间建立双向光学通信的示例性方法（700）的流程图。

在示例性方法（700）中，第一设备和第二设备均光学耦合（框705）耦合至光学互连。一旦这些设备光学耦合至光学互连，单个反射体就选择性地在光学互连内被激励（框710）。

此激励放置反射体，使得a）从第一通信设备发射的第一光学信号从反射体的第一面反射至第二通信设备的接收机，并且b）从第二通信设备发射的第二光学信号从反射体的第二面反射至第一通信设备的接收机。

在某些示例中，反射体可以被激励以将反射体放置在第一光学波导、第二光学波导、第三光学波导和第四光学波导之间，其中第一和第四光学波导构成光学传导行，而第二和第三光学波导构成光学传导列。在某些示例中，反射体的第一面和第二面可以对应于反射体的第一和第二反射表面。因此，反射体的选择性激励可以包括选择性地放置反射体，使得第一反射面面对第一和第二光学波导，而第二反射面面对第三和第四光学波导。

前面描述已被呈现以仅仅阐述和描述所描述原理的示例。此描述不旨在是排他性或者将这些原理限制于所公开的任意精确形式。考虑到上述教导许多修改和改变是可能的。

Claims

1.一种光学互连（200），包括：

反射体（230），包括第一反射表面（235）和与所述第一反射表面（235）相对的第二反射表面（240）；

第一光学波导（205），将从第一通信设备（105）接收的第一光学信号引导至所述反射体的所述第一反射表面（235）；

第二光学波导（210），将来自所述反射体（230）的所述第一反射表面（235）的所述第一光学信号引导至第二通信设备（110）；

第三光学波导（215），将从所述第二通信设备（110）接收的第二光学信号引导至所述反射体（230）的所述第二反射表面（240）；以及

第四光学波导（220），将来自所述反射体（230）的所述第二反射表面（240）的所述第二光学信号引导至所述第一通信设备（105）。

2.如权利要求1所述的光学互连（100），其中所述反射体（230）关于所述第一光学波导（205）、所述第二光学波导（210）、所述第三光学波导（215）和所述第四光学波导（220）倾斜布置。

3.如权利要求1所述的光学互连（100），其中所述第一光学波导（205）基本与所述第三光学波导（215）和所述第四光学波导（220）中的一个对准；并且其中所述第二光学波导（210）基本与所述第三光学波导（215）和所述第四光学波导（220）中的另一个对准。

4.如权利要求1所述的光学互连（100），其中所述反射体（230）选择性地能移动到所述第一光学波导（205）、所述第二光学波导（210）、所述第三光学波导（215）和所述第四光学波导（220）之间的位置中。

5.如权利要求4所述的光学互连（100），其中所述反射体（230）能使用微机电系统（MEMS）激励器（401）选择性地移动。

6.一种光学互连（300），包括：

由多个第一光学波导（205,220）形成的多个光学传导行（305-1至305-4）；

由多个第二光学波导（210,215）形成的多个光学传导列（310-1至310-4），所述光学传导行（310-1至310-4）与所述多个光学传导列（305-1至305-4）形成多条相交的光学路径；

控制器，用于通过选择性地移动布置在所述第一光学传导列（310-2）与所述第一光学传导行（305-1）的交点处的反射体（315），而在光学耦合至所述第一光学传导行（305-1）的第一端和第二端的第一设备（350）与光学耦合至所述第一光学传导列（310-2）的第一端和第二端的第二设备（355）之间建立双向（515）光学通信。

7.如权利要求6所述的光学互连（300），其中所述反射体（315）包括第一反射面和与所述第一反射面相对的第二反射面。

8.如权利要求6所述的光学互连（300），其中所述光学传导列（310-1至310-4）与所述光学传导行（305-1至305-4）的每个交点包括选择性可移动的反射体（315）。

9.如权利要求6所述的光学互连（300），其中所述第一光学传导行（305-1）的所述第一端通信耦合至所述第一设备（350）的光学发射机（130），并且所述第一光学传导行（305-1）的所述第二端通信耦合至所述第一设备（350）的光学接收机（130）。

10.如权利要求6所述的光学互连（300），其中所述控制器（515）通过选择性地使用耦合至所述反射体（315,430）的微机电系统（MEMS）激励器（401）来选择性移动所述反射体（315）。

11.一种在第一设备（105）与第二设备（110）之间建立双向光学通信的方法，所述方法包括：

将所述第一设备（105）和所述第二设备（110）耦合至包括反射体（230,430）的光学互连（150,400）；并且

选择性地激励所述反射体（230,430），使得a）从所述第一设备（105）发射的第一光学信号从所述反射体（230,430）的第一面（235）反射至所述第二设备（110）的接收机（145），并且b）从所述第二设备（110）发射的第二光学信号从所述反射体（230,430）的第二面（240）反射至所述第一设备（105）的接收机（140）。

12.如权利要求11所述的方法，其中选择性地激励所述反射体（230,430）包括选择性地使用通信耦合至所述反射体（230,430）的微机电系统（MEMS）激励器（401）来将所述反射体（230,430）移动到设定位置中。

13.如权利要求11所述的方法，其中：

所述第一设备（105）的发射机（130）通信耦合至第一光学波导（205），所述第二设备（110）的所述接收机（145）通信耦合至第二光学波导（210），所述第二设备（110）的发射机（135）通信耦合至第三光学波导（215），并且所述第一设备的所述接收机（140）通信耦合至第四波导（220）；并且

所述第一光学波导（205）和所述第四光学波导（220）与所述第二光学波导（210）和所述第三光学波导（215）基本垂直。

14.如权利要求13所述的方法，其中选择性地激励所述反射体（230,430）包括选择性地在所述第一、第二、第三和第四光学波导（205,210,215,220）之间放置所述反射体（230,430）。

15.如权利要求14所述的方法，其中：

所述反射体（230,430）包括第一反射面（235）和第二反射面（240）；并且

选择性地激励所述反射体（230,430）包括选择性地放置所述反射体（230,430），使得所述第一反射面（235）面向所述第一光学波导（205）和所述第二波导（210），并且所述第二反射面（240）面向所述第三光学波导（215）和所述第四光学波导（220）。