DE10012624B4 - Vorrichtung zum Senden von optischen Signalen, optoelektrisches Computer-Netzwerk und Verfahren zum Senden von optischen Signalen - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zum Senden von Signalen in einem optoelektrischen Computer-Netzwerk
(10), wobei das genannte optoelektrische Computer-Netzwerk (10)
eine Vielzahl an Computern (11-19) umfasst, wobei jeder der vielen
Computer (11-19)
ein erstes Glasfaserkabel (11s) zum Senden optischer Signalstrahlen
und ein zweites Glasfaserkabel (11r) zum Empfang optischer Signalstrahlen
umfasst, weiter hin folgendes umfassend:
Eine Linse (32) zum Aufteilen eines optischen Signalstrahls von einem ersten Glasfaserkabel (11s) von einem der vielen Computer (11-19) in eine Vielzahl von optischen Signalstrahlen;
Ein Spiegel-Array (7) mit einer Vielzahl an verformbaren Spiegeln (22), die jeden der optischen Signalstrahlen zu einem entsprechenden zweiten Glasfaserkabel (11r) von mindestens einem der vielen Computer (11-19) leiten.
Eine Linse (32) zum Aufteilen eines optischen Signalstrahls von einem ersten Glasfaserkabel (11s) von einem der vielen Computer (11-19) in eine Vielzahl von optischen Signalstrahlen;
Ein Spiegel-Array (7) mit einer Vielzahl an verformbaren Spiegeln (22), die jeden der optischen Signalstrahlen zu einem entsprechenden zweiten Glasfaserkabel (11r) von mindestens einem der vielen Computer (11-19) leiten.
Description
- Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Senden von Signalen und einer Vorrichtung für die Übertragung von Signalen im allgemeinen und mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Übertragung von optischen Signalen in einem optoelektrischen Computer-Netzwerk im besonderen.
- Stand der Technik
- Bei einem optoelektrischen Computer-Netzwerk handelt es sich um ein Computer-Netzwerk, in dem digitale Datensignale sowohl über optische als auch über elektrisch leitende Pfade geleitet werden. Zumeist sind alle Computer in einem optoelektrischen Computer-Netzwerk optoelektrische Computer. Ein optoelektrischer Computer ist ein Computersystem, in dem digitale Datensignale sowohl über elektrisch leitende Busse als auch über optische Busse (oder Pfade) geleitet werden. Typischerweise ist ein optoelektrischer Computer mit Möglichkeiten zur optischen Verknüpfung ausgestattet und kann beispielsweise Halbleitergeräte mit "Vertical Cavity Surface Emitting Lasers" (VCSELs) als Wandler für den optoelektrischen Austausch verwenden. Optoelektrische Verbinder sind beispielsweise aus der
US 5,093,879 bekannt. Glasfaserkabel und ein optoelektrisches Computernetzwerk sind beispielsweise aus derUS 5,600,470 bekannt. - In einem optoelektrischen Computer-Netzwerk kann ein optischer Hub verwendet werden, um Informationen zwischen allen Computern innerhalb des Netzwerks auszutauschen. Der optische Hub arbeitet analog zu einem elektrischen Netzwerkschalter und ermöglicht die gleichzeitige Kommunikation zwischen mehreren Computern. In einem solchen optoelektrischen Computer-Netzwerk kann sich ein effizientes Zuweisen verfügbarer optischer Pfadressourcen zur Übertragung optischer Signale schwierig gestalten, vor allem dort, wo die Kapazitäten der optischen Pfade die Kapazitäten der elektrisch leitenden Pfade übertreffen, wie beispielsweise bei Bussen früherer Generationen an Datenverarbeitungssystemen. Die vorliegende Offenlegung bietet eine Vorrichtung zum Senden optischer Signale in einem optoelektrischen Computer-Netzwerk, so dass ein einzelner optischer Pfad verwendet werden kann, um ein optisches Signal an mehrere Empfänger zu versenden, die vom Sender ausgewählt werden. Dies kann wichtig beim Liefern von Inhalt sein, wie etwa Videovorführungen auf Anfrage oder Vorlesungen über ein optoelektrisches Computer-Netzwerk.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine flexible Schaltungsanordnung in einem optoelektrischen Netzwerk anzugeben.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Ein optoelektrisches Computer-Netzwerk umfasst mehrere Computer. Jeder der Computer umfasst ein erstes Glasfaserkabel zum Senden optischer Signalstrahlen sowie ein zweites Glasfaserkabel zum Empfangen von Signalstrahlen. In Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung zum Senden von Signalen innerhalb des optoelektrischen Computer-Netzwerks eine Linse und einen Spiegel-Array. Ein Spiegel-Array ist beispielsweise in der
US 5,096,279 beschrieben. Die Linse splittet einen optischen Signalstrahl von einem ersten Glasfaserkabel von einem der Computer in mehrere optische Signalstrahlen auf. Der Spiegel-Array besteht aus einer Reihe von formbaren Spiegeln und leitet anschließend jeden einzelnen der optischen Signalstrahlen zum entsprechenden zweiten Glasfaserkabel der restlichen Computer des Netzwerks. - Alle Ziele, Funktionen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung erläutert.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
- Die Erfindung selbst sowie das bevorzugte Ausführungsbeispiel zur Anwendung, weitere Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, wobei:
-
1 ein Blockdiagramm eines optoelektrischen Computer-Netzwerks mit optischen Verknüpfungen darstellt, in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegenden der Erfindung; -
2 eine grafische Ansicht eines Netzwerk-Schaltmechanismus innerhalb des optischen Hubs aus1 darstellt, in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
3 eine grafische Ansicht eines Netzwerksendemechanismus innerhalb des optischen Hubs aus1 darstellt, in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
4a -4c eine perspektivische Darstellung, ein Grundriss sowie eine Ansicht im Querschnitt darstellen, die alle ein einzelnes Pixel eines verformbaren Spiegels zeigen, in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und -
5 eine schematische Ansicht einer Strahlablenkung ist, in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; - Detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
-
1 ist ein detailliertes Blockdiagramm eines optoelektrischen Computer-Netzwerks mit optischen Verknüpfungen in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei einem optoelektronischen Computer-Netzwerk10 kann es sich um ein Local Area Network (LAN) oder ein Wide Area Network (WAN) handeln. Wie gezeigt, umfasst ein optoelektrisches Netzwerk10 die Computer11 bis19 sowie einen Hub5 . Bei jedem der Computer11 bis19 kann es sich um einen Personal Computer, einen Computer mittlerer Größe oder einen Großcomputer handeln. Vorzugsweise verfügt jeder der Computer11 bis19 über Möglichkeiten zur optischen Verknüpfung, so dass alle Computer11 bis19 über einen optischen Hub5 miteinander verbunden werden können. Die optische Verknüpfung zwischen einem der Computer11 bis19 und einem optischen Hub5 besteht aus mindestens zwei Glasfaserkabeln, eines zur Übertragung optischer Signale zum optischen Hub5 und das andere zum Empfang optischer Signale vom optischen Hub5 . Ein Glasfaserkabel11s beispielsweise sendet optische Signale vom Computer11 an den optischen Hub5 , und ein Glasfaserkabel11r leitet optische Signale vom optischen Hub5 an den Computer11 . Die gesamte Kommunikation zwischen den Computern11 bis19 wird über den optischen Hub5 durchgeführt. Im wesentlichen arbeitet der optische Hub5 als Netzwerk-Schalter für die Computer11 bis19 innerhalb des optoelektrischen Computer-Netzwerks10 . -
2 zeigt eine grafische Darstellung eines Netzwerk-Schaltmechanismus innerhalb eines optischen Hubs5 , in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Netzwerk-Schaltmechanismus20 umfasst einen Spiegel-Array7 und zwei Glasfaserbündel8 ,9 . Bei dem Spiegel-Array7 handelt es sich vorzugsweise um ein verformbares Spiegelgerät (Deformable Mirror Device = DMD) mit mehreren Spiegeln, wie etwa Spiegel22 , angeordnet in der Form eines Arrays. Einzelheiten eines DMD werden später beschrieben. Ein Glasfaserbündel8 umfasst eine Gruppe von Glasfaserkabeln, wobei jedes einzelne der Kabel einem der Computer11 bis19 aus Figur zugeordnet ist. Jedes Glasfaserkabel überträgt Signale vom zugeordneten Computer zum Spiegel-Array. Das Glasfaserkabel11s beispielsweise überträgt optische Signale vom Computer11 (aus1 ) an den Spiegel-Array7 . Umgekehrt überträgt das Glasfaserkabel11r optische Signale an den Computer11 vom Spiegel-Array7 . Jeder Spiegel21 innerhalb des Spiegel-Arrays7 kann unabhängig angepasst werden, um ein optisches Signal zu reflektieren, das von einem optischen Glasfaserkabel innerhalb eines Glasfaserbündels8 an ein gewünschtes Glasfaserkabel im Glasfaserbündel9 zu senden. Vorzugsweise können mehrere optische Signale gleich zeitig über verschiedene Glasfaserkabel eines Glasfaserbündels übertragen werden, wie in2 dargestellt. Somit ist eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen zwei Computern11 -19 über die Winkelanpassung der Spiegel21 im Spiegel-Array7 möglich. -
3 zeigt eine grafische Ansicht eines Netzwerksendemechanismus innerhalb des optischen Hubs5 , in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, umfasst der Netzwerksendemechanismus30 einen Konvexspiegel31 und eine Linse32 zusammen mit einem Spiegel-Array7 sowie25 zwei Glasfaserbündel8 ,9 , wie in2 gezeigt. In3 wird nur das Glasfaserkabel11s des Glasfaserbündels8 gezeigt, aus Gründen einer vereinfachten Darstellung. Wenn der Computer11 (aus1 ) bestimmte Informationen an alle oder an bestimmte andere Computer zu senden hat, sendet der Computer11 zunächst einen entsprechenden optische Signalstrahl an einen der Spiegel21 innerhalb des Spiegel-Arrays7 über ein Glasfaserkabel, wie etwa das Glasfaserkabel11s . Statt die optischen Signale direkt zum Glasfaserbündel9 reflektieren (wie in2 gezeigt), reflektiert der Spiegel im Spiegel-Array7 den optischen Signalstrahl zum Konvexspiegel31 , der den optischen Signalstrahl daraufhin zur Linse32 reflektiert. Die Linse32 mit einer spezifischen Brennweite, wie sie den Fachleuten bekannt sein dürfte, teilt den optischen Signalstrahl in mehrere optische Signalstrahlen auf und leitet die Signalstrahlen an die verschiedenen Spiegel21 innerhalb des Spiegel-Arrays7 weiter. Alle optischen Signalstrahlen verlaufen im wesentlichen parallel zueinander. Jeder Spiegel21 innerhalb des Spiegel-Arrays7 wird dann unabhängig von den anderen an einen Winkel angepasst, damit alle optischen Signalstrahlen von der Linse32 zu einem entsprechenden Glasfaserkabel in einem Glasfaser bündel9 geleitet werden. Als Ergebnis werden die Informationen vom Computer11 an die ausgewählten restlichen Computer im optoelektrischen Netzwerk10 gesendet. Es ist zu beachten, dass der zum Computer11 gehörige Spiegel so angepasst werden kann, dass der optische Signalstrahl, falls gewünscht, nicht zum Glasfaserkabel11r des Glasfaserbündels9 übertragen wird. - Wie zuvor bereits erwähnt, handelt es sich bei dem Spiegel-Array
7 vorzugsweise um einen DMD. Ein DMD ist ein Transducer, der ein auftretendes Licht in ein räumliches Muster umwandelt, das einem elektrischen oder optischen Input entspricht. Das auftretende Licht kann in seiner Phase, Intensität, Polarisierung oder Richtung moduliert werden und die Lichtmodulation kann durch eine Reihe von Materialien hervorgerufen werden, die optoelektrische oder optomagnetische Effekte aufweisen und durch Material, das Licht durch Oberflächenverformung moduliert. Ein DMD wird normalerweise aus Bereichs-Arrays aus Pixeln (oder Spiegeln) gebildet, wobei jeder Pixel einzeln verwendet werden kann und über mindestens einen ablenkbaren Reflektierstrahl verfügt. Ein DMD arbeitet mit Reflektieren von Licht von den Pixeln, und das reflektierte Licht wird durch variiert Ablenkung der ablenkbaren Strahlen moduliert. Die4a -4c zeigen einen einzelnen Pixel eines DMD in perspektivischer Darstellung, als Grundriss sowie als Ansicht im Querschnitt, in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die4c ist ein Querschnitt entlang der Linie c-c, die in den4a und4b dargestellt wird. Ein Pixel in einem DMD ist ein Träger (oder eine Platte) über einer flachen Wanne. Wie gezeigt umfasst ein Pixel40 ein Siliziumsubstrat41 , einen isolierenden Abstandhalter42 , eine bewegliche Metallschicht43 , eine Metallträgerschicht44 , einen Träger45 und mehrere Plasma-Ätz-Zugriffsöffnungen46 im Träger45 . Die Teile47 und48 der beweglichen Schicht43 , die von der > Trägerschicht44 abgedeckt werden, bilden Torsionsgelenke (Torsionsstangen), die den Träger45 mit den Teilen der Schichten43 und44 auf dem Abstandhalter42 verbinden. Die Elektroden54 bewegen sich zwischen dem Abstandhalter42 und dem Substrat44 und sind vom Substrat41 durch eine Schicht aus Siliziumdioxid50 isoliert. - Bevorzugte Abmessungen für Pixel
40 sind die folgenden: Träger45 ist ein Quadrat, dessen Seiten 12,5 Micron lang sind, der Abstandhalter42 ist 4,0 Micron dick, die bewegliche Schicht43 ist 800 A dick, die Trägerschicht44 ist; 3.600 Å dick, jede der beweglichen Schichten47 ,48 ist 4,6 Micron lang und 1,8 Micron breit, die Plasma-Ätz-Zugriffsöffnungen46 haben einen Durchmesser von 2,0 Micron und die Plasma-Ätz-Lucke55 (der Platz zwischen Träger45 und dem Rest der Trägerschicht44 ) ist 2,0 Micron breit. Andere mögliche Abmessungen für Pixel40 , um einen maximalen Strahlablenkungswinkel von ca. 10 Grad zu erzielen, sind die folgenden: Träger45 ist ein Quadrat, dessen Seiten 19 Micron lang sind, der Abstandhalter42 ist 2, 3 Micron dick, die bewegliche Schicht43 ist 750 Ä dick, die Trägerschicht44 ist 3.000 Å dick, jede der beweglichen Schichten47 ,48 ist 4,6 Micron lang und 1,0 Micron breit, die Plasma-Ätz-Zugriffsöffnungen46 haben einen Durchmesser von 1,5 Micron und die Plasma-Ätz-Lücke55 ist 1,0 Micron breit. - Das Substrat
41 besteht aus Silizium mit einem Widerstand von ca. 10 Ohm-cm. Der Abstandhalter42 dient der Isolation; sowohl die beweglichen Schichten43 als auch die Trägerschicht44 sind einer Legierung aus Aluminium, Titanium und Silizium (Ti:Si:Al) mit 1% Ti und 1% Si. Diese Legierung hat einen Ko effizienten für die thermische Ausdehnung, der sich von dem des Abstandhalters42 nicht wesentlich unterscheidet und somit die Spannung zwischen den Metallschichten und dem Abstandhalter42 während des Herstellungsprozesses minimiert. Es ist zu beachten, dass jede Spannung zwischen den Schichten im Träger oder der beweglichen Schicht ein Abknicken oder Abbiegen des freien Teils des Metalls über der Wanne bewirken kann. - Pixel
40 arbeitet, indem eine Spannung zwischen den Metallschichten43 ,44 und den Elektroden53 oder54 auf dem Substrat41 angelegt wird; Träger45 und die Elektroden bilden die beiden Platten für einen Luftlückenkondensator, und die gegensätzlichen Ladungen auf den beiden Platten durch die angelegte Spannung erzeugt einen Träger mit elektrostatischer Anziehung45 auf das Substrat41 , wobei die Elektroden51 und52 über die gleiche Spannung verfügen wie der Träger45 . Diese Anziehungskraft bewirkt, dass sich der Träger45 an den beweglichen Schichten47 ,48 dreht und zum Substrat41 abgelenkt wird. -
5 zeigt eine schematische Ansicht der oben genannten Ablenkung zusammen mit einer Angabe der Ladungen, die in den Regionen der schmälsten Lücken konzentriert werden, für eine positive Ladung an der Elektrode53 . Für Ladungen im Bereich von 20 Volt bewegt sich die Ablenkung in einem Bereich von 2 Grad. Wenn jedoch die bewegliche Schicht47 länger, dünner oder schmaler wird, kann die Ablenkung größer werden, da die Anpassung der beweglichen Schicht47 linear und entgegengesetzt zu seiner Breite und direkt mit dem Quadrat seiner Lange und entgegengesetzt mit der dritten Potenz der Dicke variiert. Es ist zu beachten, dass die Dicke von Träger45 größere Abbiegungen von Träger45 verhindert, indem Oberflächen spannung bei der Herstellung erzeugt wird, und die dünne bewegliche Schicht47 eine große Anpassung ermöglicht.5 zeigt auch die Reflexion von Licht vom abgelenkten Träger45 , wie sie beim Betrieb auftreten kann. - Wie beschrieben, bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Senden von Signalen in einem optoelektrischen Computer-Netzwerk. Die vorliegende Erfindung bietet Netzwerksendefunktionen durch eine modulierbare Lichtquelle, fokussiert auf ein erstes Glasfaserbündel, ein zweites Glasfaserbündel und ein elektrisch gesteuertes DMD, das zwischen die Enden der beiden Glasfaserbündel geschaltet ist. Durch Steuerung des DMD können die Zwischenschaltungen zwischen Glasfaserbündeln so gesteuert werden, dass optische Signalkommunikation zwischen den beiden Glasfaserbündeln erstellt oder unterbrochen werden kann, um so ein weit gefasstes Array in ein eng gefasstes Array zu verwandeln und die optische Verbindung ausgewählter Teile der Glasfaserbündel zu steuern und die optische Verbindung zu bestimmten Teilen der Glasfaserbündel selektiv auszuschließen.
- Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben und erläutert wurde, sollte den Fachleuten klar sein, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne Ziel und Zweck der Erfindung nachhaltig zu verändern.
Claims (9)
- Vorrichtung zum Senden von Signalen in einem optoelektrischen Computer-Netzwerk (
10 ), wobei das genannte optoelektrische Computer-Netzwerk (10 ) eine Vielzahl an Computern (11 -19 ) umfasst, wobei jeder der vielen Computer (11 -19 ) ein erstes Glasfaserkabel (11s ) zum Senden optischer Signalstrahlen und ein zweites Glasfaserkabel (11r ) zum Empfang optischer Signalstrahlen umfasst, weiter hin folgendes umfassend: Eine Linse (32 ) zum Aufteilen eines optischen Signalstrahls von einem ersten Glasfaserkabel (11s ) von einem der vielen Computer (11 -19 ) in eine Vielzahl von optischen Signalstrahlen; Ein Spiegel-Array (7 ) mit einer Vielzahl an verformbaren Spiegeln (22 ), die jeden der optischen Signalstrahlen zu einem entsprechenden zweiten Glasfaserkabel (11r ) von mindestens einem der vielen Computer (11 -19 ) leiten. - Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Spiegel-Array (
7 ) um eine verformbare Spiegelvorrichtung (Deformable Mirror Device = DMD) handelt. - Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannte Vorrichtung weiterhin einen Konvex-Spiegel (
31 ) umfasst. - Optoelektrisches Computer-Netzwerk (
10 ), folgendes umfassend: Eine Vielzahl an Computern (11 -19 ), wobei jeder der vielen Computer (11 -19 ) ein erstes Glasfaserkabel (11s ) zum Senden optischer Signalstrahlen und ein zweites Glasfaserkabel (11r ) zum Empfang optischer Signalstrahlen umfasst; und ein optischer Hub (5 ), der mit der Vielzahl an Computern (11 -19 ) gekoppelt ist, wobei der genannte optische Hub (5 ) folgendes umfasst: eine Linse (32 ) zur Aufteilung eines optischen Signalstrahls von einem ersten Glasfaserkabel (11s ) von einem der vielen Computer (11 -19 ) in eine Vielzahl von optischen Signalstrahlen; und ein Spiegel-Array (7 ) mit einer Vielzahl an verformbaren Spiegeln (22 ), die jeden einzelnen der optischen Signalstrahlen zum entsprechenden zweiten Glasfaserkabel (11r ) von mindestens einem der vielen Computer (11 -19 ) leitet. - Optoelektrisches Computer-Netzwerk (
10 ) nach Anspruch 4, wobei der genannte Spiegel-Array (7 ) eine verformbare Spiegelvorrichtung (DMD) ist. - Optoelektrisches Computer-Netzwerk (
10 ) nach Anspruch 4, wobei die genannte Vorrichtung weiterhin einen Konvex-Spiegel (31 ) umfasst. - Verfahren zum Senden von optischen Signalen in einem optoelektrischen Computer-Netzwerk (
10 ), wobei das genannte optoelektrische Computer-Netzwerk (10 ) eine Vielzahl von Computern (11 -19 ) umfasst, wobei jeder der vielen Computer (11 -19 ) ein erstes Glasfaserkabel (11s ) zum Senden optischer Signalstrahlen und ein zweites Glasfaserkabel (11r ) zum Empfang optischer Signalstrahlen umfasst, wobei dieses Verfahren weiterhin folgende Schritte umfasst: Aufteilen eines optischen Signalstrahls von einem ersten Glasfaserkabel (11s ) von einen der genannten zahlreichen Computer (11 -19 ) in einer Vielzahl an optischen Signalstrahlen; und Verwenden eines Spiegel-Arrays (7 ) mit einer Vielzahl an verformbaren Spiegeln (22 ), um jeden der optischen Signalstrahlen zu einem entsprechenden zweiten Glasfaserkabel (11r ) von mindestens einem der ausgewählten restlichen Computer (11 -19 ) weiterzuleiten. - Verfahren nach Anspruch 7, wobei der genannte Spiegel-Array (
7 ) eine verformbare Spiegelvorrichtung (DMD) ist. - Verfahren nach Anspruch 7, wobei der genannte Schritt zum Aufteilen weiterhin einen Schritt zum Verwenden einer Linse (
32 ) zum Aufteilen der genannten optischen Signalstrahlen umfasst.
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