DE102021109208A1 - Multi-Mode-Wellenleitersystem und Verbinder für integriert-optische Schaltungen - Google Patents

Multi-Mode-Wellenleitersystem und Verbinder für integriert-optische Schaltungen Download PDF

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Kihong Kim
Jeremy Buan
Tadashi Ohshida
Tsutomu Matsuo
Shuji Suzuki
Nobuhiro Tamai
Hiromichi Muraoka
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Abstract

Hierin beschriebene beispielhafte Ausführungen betreffen ein System einbeziehend eine oder mehrere integriert-optische Schaltungen 206 mit Multi-Mode-Wellenleitern 205 und verbunden mit einer gedruckten optischen Platine 210 über die Verwendung von hierin beschriebenen Multi-Mode-Wellenleiterverbindern 207 oder 211. Die gedruckte optische Platine 210 kann einen eingebetteten Multi-Mode-Wellenleiter-Bus 204 aufweisen zur Bereitstellung optischer Signale zu bzw. von den integriert-optischen Schaltungen 206. Das System kann zudem ein Chiplet 208 umfassen, wie z.B. eine integriert-optische Schaltung mit einem Single-Mode-Wellenleiter, der zur Verbindung mit einem Glasfaserkabel 203 eingerichtet ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein integriert-optische Schaltungssysteme (PIC für „Photonic Integrated Circuit“) und deren Komponenten und insbesondere PIC-Systeme mit einem oder mehreren Multi-Mode-Wellenleitern und entsprechenden Multi-Mode-Wellenleiterverbindern.
  • Stand der Technik
  • Mit vollständig verschwindenden Kupferspuren der PIC-Systeme werden die optischen Verbinder in PIC-Systemen in der unmittelbaren Umgebung des Ein-Chip-Systems (SoC für „System on Chip“) zusammengedrängt. Bedauernswerterweise gibt es keine Standards betreffend die optische Eingabe/Ausgabe (I/O für „Input/Output“) für derartige zusammengedrängte Bus-Umgebungen. Für die Ein- und Ausgabe eines PIC (äquivalent zum I/O-Puffer und Bondpad elektrischer Systeme), auch als optischer Off-Chip-Bus bekannt, gibt es keinerlei Lösungskandidaten, Industriekonsens oder Standardisierungsaktivitäten. Das Fehlen derartiger Lösungen ist in näherer Zukunft eine der Herausforderungen für in Bezug auf PIC-Komponenten tätige Verbindungshersteller.
  • Es gab kürzliche Entwicklungen in der Gestaltung von gedruckten optischen Platinen (POB für „Printed Optical Board“), eingebettete Wellenleiter in der Leiterplatine einzubinden. 1 illustriert ein beispielhaftes POB System. Insbesondere illustriert 1 eine Kernschicht eines optischen Wellenleiters, die im Material und Prozess einer gedruckten Leiterplatte (PCB für „Printed Circuit Board“) eingebettet ist. Die Pfeile zeigen Richtungen der Lichtwege von den optischen Modulen zum SoC an. Weil die optische Schicht und die elektrische Schicht in der Herstellung ausgerichtet werden, ist es nicht erforderlich, dass Montagegehäuse zusätzliche Ausrichtung bereitstellen. Allerdings erfordert das Materialsystem einen neuen Laminierungsprozess, der die Kosten erhöht und unbekannte Zuverlässigkeit im Produktbereich ergibt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Im Hinblick auf das Vorstehende ist es eine Aufgabe, verbesserte Systeme und/oder deren Komponenten für PIC Systeme und/oder deren Komponenten bereitzustellen. Es wird vorgeschlagen, einen Wellenleiterverbinder, insbesondere Multi-Mode-Wellenleiterverbinder, gemäß Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 11 bereitzustellen. Abhängige Ansprüche betreffen einige bevorzugte beispielhafte Ausführungen.
  • Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele gemäß beispielhafter Aspekte können ein System betreffen, einbeziehend ein oder mehrere integriert-optische Schaltungen vorzugsweise aufweisend einen oder mehrere Multi-Mode-Wellenleiter und/oder verbunden mit einer gedruckten optischen Platine. Die gedruckte optische Platine kann einen eingebetteten Multi-Mode-Wellenleiter-Bus vorzugsweise zur Bereitstellung der optischen Signalübertragung zu und von den integriert-optischen Schaltungen. Das System kann auch ein Chiplet umfassen, wie z.B. eine integriert-optische Schaltung, mit einem Single-Mode-Wellenleiter, der dazu eingerichtet ist, mit einem Lichtwellenleiterkabel bzw. Glasfaserkabel zu verbinden.
  • Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele gemäß beispielhafter Aspekte können einen Multi-Mode-Wellenleiterverbinder betreffen, der vorzugsweise integriert ist oder zur Integration eingerichtet ist in ein System einbeziehend ein oder mehr integriert-optische Schaltungen vorzugsweise aufweisend einen oder mehrere Multi-Mode-Wellenleiter und/oder verbunden mit einer gedruckten optischen Platine. Der Multi-Mode-Wellenleiterverbinder kann einen adiabatischen Verjüngungsabschnitt vorzugsweise zur Bereitstellung von Übergängen vom optischen Single-Mode-Signal zum optischen Multi-Mode-Signal und/oder einen Prismenabschnitt, der vorzugsweise mit einem Multi-Mode-Wellenleiter verbindet, oder zur Verbindung mit dem Multi-Mode-Wellenleiter eingerichtet ist, und/oder zur Leitung des optischen Multi-Mode-Signals zu und/oder von dem adiabatischen Verjüngungsabschnitt eingerichtet ist, einbeziehen.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung, die teilweise oder im Ganzen mit anderen oberen oder unteren Aspekten kombiniert werden können, betreffen beispielhaft ein System aufweisend eine oder mehrere Multi-Mode-Wellenleiter (MMW für „Multi-Mode Waveguide“) integriert-optische Schaltungen (PICs für „Photonic Integrated Circuits“), wobei jede der ein oder mehreren MMW PICs vorzugsweise einen MMV einbezieht, der vorzugsweise über einen bidirektionalen Kanal mit einem eingebetteten digitalen Equalizer vorzugsweise zur Umwandlung elektrischer Signale in optische Signale und/oder zur Umwandlung optischer Signale in elektrische Signale verbunden ist; eine gedruckte optische Platine (POB für „Printed Optical Board“) vorzugsweise umfassend einen eingebetteten MMW-Bus, der vorzugsweise mit dem MMW der einen oder mehreren MMW PICs verbunden ist; und/oder eine Single-Mode-Wellenleiter (SMW für „Single-Mode Waveguide“) PIC, die vorzugsweise mit dem MMW-Bus der POB verbunden ist, wobei die SMW PIC vorzugsweise einen SMW aufweist, der vorzugsweise über einen bidirektionalen Kanal mit einem anderen eingebetteten digitalen Equalizer vorzugsweise zur Umwandlung elektrischer Signale in optische Signale und/oder zur Umwandlung optischer Signale in elektrische Signale verbunden ist.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung, die teilweise oder im Ganzen mit anderen oberen oder unteren Aspekten kombiniert werden können, können beispielhaft weiterhin einen Multi-Mode-Wellenleiterverbinder einbeziehen, aufweisend einen Prismenabschnitt, der vorzugsweise dazu eingerichtet ist, mit einem Multi-Mode-Wellenleiter zusammenzuwirken; und/oder einen adiabatischen Verjüngungsabschnitt mit einem Basisabschnitt, der vorzugsweise mit dem Prismenabschnitt verbindet, und/oder einem Topabschnitt, der vorzugsweise mit einem Single-Mode-Wellenleiter verbindet oder zur Verbindung mit dem Single-Mode-Wellenleiter eingerichtet ist, wobei der Basisabschnitt vorzugsweise breiter als der Topabschnitt ist.
  • In einigen beispielhaften Ausführungen kann der Multi-Mode-Wellenleiterverbinder weiterhin einen Körperabschnitt umfassen, der vorzugsweise den Basisabschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts mit dem Prismenabschnitt verbindet, wobei der Körperabschnitt vorzugsweise dazu eingerichtet ist, optische Multi-Mode-Signale zu dem Prismenabschnitt und/oder zu dem Basisabschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts zu leiten.
  • In einigen beispielhaften Ausführungen kann der Körperabschnitt eine rechteckige Form sein oder eine rechteckige Form umfassen, z.B. eine nichtquadratische Rechteckform oder eine Quadratform.
  • In einigen beispielhaften Ausführungen kann der Prismenabschnitt dazu eingerichtet sein, mit dem Multi-Mode-Wellenleiter vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal zu dem adiabatischen Verjüngungsabschnitt zusammenzuwirken.
  • In einigen beispielhaften Ausführungen kann der adiabatische Verjüngungsabschnitt eine Pyramidenform sein oder eine Pyramidenform umfassen oder zumindest einen Teil einer Pyramidenform.
  • In einigen beispielhaften Ausführungen kann der Topabschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts ein rechteckiger Abschnitt sein oder einen rechteckigen Abschnitt umfassen, z.B. einen nichtquadratischen rechteckigen Abschnitt oder einen quadratischen Abschnitt.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung, die teilweise oder im Ganzen mit anderen oberen oder unteren Aspekten kombiniert werden können, können weiterhin beispielhaft einen Wellenleiterverbinder einbeziehen, aufweisend einen Prismenabschnitt, der vorzugsweise dazu eingerichtet ist, mit einem ersten Wellenleiter zusammenzuwirken; und/oder einen adiabatischen Verjüngungsabschnitt vorzugsweise mit einem Basisabschnitt, der mit dem Prismenabschnitt verbindet, und/oder einem Topabschnitt, der vorzugsweise mit einem zweiten Wellenleiter verbindet, wobei der Basisabschnitt vorzugsweise breiter als der Topabschnitt ist.
  • In einigen beispielhaften Ausführungen kann zumindest einer ersten und zweiten Wellenleiter ein Multi-Mode-Wellenleiter sein. Es ist auch möglich, dass zumindest einer ersten und zweiten Wellenleiter ein Single-Mode-Wellenleiter ist.
  • Insbesondere ist es in einigen beispielhaften Ausführungen bevorzugt, dass: der erste Wellenleiter und der zweite Wellenleiter Multi-Mode-Wellenleiter sind; der erste Wellenleiter ein Single-Mode-Wellenleiter ist und der zweite Wellenleiter ein Multi-Mode-Wellenleiter ist; der erste Wellenleiter und der zweite Wellenleiter Single-Mode-Wellenleiter sind; oder der erste Wellenleiter ein Multi-Mode-Wellenleiter ist und der zweite Wellenleiter ein Single-Mode-Wellenleiter ist.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung, die teilweise oder im Ganzen mit anderen oberen oder unteren Aspekten kombiniert werden können, können weiterhin ein System einbeziehen, aufweisend eine oder mehrere integriert-optische Schaltungen, die vorzugsweise einen oder mehrere Multi-Mode-Wellenleiter einbeziehen; und/oder einen oder mehrere Multi-Mode-Wellenleiterverbinder, die vorzugsweise mit den ein oder mehreren Multi-Mode-Wellenleitern verbunden (verbindbar) sind, wobei jeder der einen oder mehreren Multi-Mode-Wellenleiterverbinder vorzugsweise einen Prismenabschnitt, der vorzugsweise dazu eingerichtet ist, mit den ein oder mehreren Multi-Mode-Wellenleitern zusammenzuwirken; und/oder einen adiabatischen Verjüngungsabschnitt vorzugsweise mit einem Basisabschnitt, der vorzugsweise mit dem Prismenabschnitt verbindet, und/oder einem Topabschnitt, der vorzugsweise mit einem Single-Mode-Wellenleiter verbindet, wobei der Basisabschnitt vorzugsweise breiter als der Topabschnitt ist.
  • In einigen beispielhaften Ausführungen können die einen oder mehreren Multi-Mode-Wellenleiter vorzugsweise über einen bidirektionalen Kanal mit einem eingebetteten digitalen Equalizer, vorzugsweise zur Umwandlung von elektrischen Signalen zu optischen Signalen und/oder zur Umwandlung von optischen Signalen zu elektrischen Signalen, verbunden sein.
  • In einigen beispielhaften Ausführungen kann das System vorzugsweise weiterhin eine gedruckte optische Platine umfassen, die vorzugsweise einen eingebetteten Wellenleiter-Bus, insbesondere Multi-Mode-Wellenleiter-Bus, aufweist, der vorzugsweise mit den ein oder mehreren Wellenleitern verbunden ist.
  • In einigen beispielhaften Ausführungen kann das System weiterhin eine Hybrid-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung umfassen, wobei die Hybrid-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung vorzugsweise eine Multi-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung und/oder eine Single-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung umfasst, die vorzugsweise durch optisch zu elektrischer und elektrisch zu optischer Umwandlung vorzugsweise in einer Packung zusammengefügt sind, und vorzugsweise von der Single-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung aus verbunden ist mit einem Single-Mode-Wellenleiter-Bus der gedruckten optischen Platine oder einem Single-Mode-Faserkabel.
  • In einigen beispielhaften Ausführungen umfasst die Single-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung vorzugsweise einen Single-Mode-Wellenleiter, der über einen bidirektionalen Kanal mit einem weiteren eingebetteten digitalen Equalizer verbunden ist, vorzugsweise eingerichtet zur Umwandlung von elektrischen Signalen zu optischen Signalen und zur Umwandlung von optischen Signalen zu elektrischen Signalen.
  • In einigen beispielhaften Ausführungen ist die Hybrid-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung vorzugsweise dazu eingerichtet, aggregierte optische Signale vom eingebetteten Multi-Mode-Wellenleiter-Bus in ein elektrisches Signal vorzugsweise durch den weiteren eingebetteten digitalen Equalizer umzuwandeln und/oder das elektrische Signal in ein optisches Signal umzuwandeln zur Ausgabe von der Single-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung aus zu dem Single-Mode-Wellenleiter-Bus der gedruckten optischen Platine oder dem Single-Mode-Faserkabel.
  • Auch wenn einige beispielhafte Aspekte vorstehend beschrieben wurden, ist es derart zu verstehen, dass derartige Aspekte lediglich illustrativ für die vorliegende Offenbarung sind (und nicht als die Offenbarung einschränkend zu verstehen sind), und dass die beispielhaften Aspekte nicht durch hierin gezeigte und unten bzw. oben beschriebene spezifische Konstruktionen und Zusammenstellungen beschränkt sind, da vielzählige andere Änderungen, Kombinationen, Weglassungen, Modifikationen und Auswechslungen zusätzlich zu den oben oder unten in der Beschreibung Beschriebenen möglich sind. Der Fachmann wird zu schätzen wissen, dass viele Anpassungen, Modifikationen und/oder Kombinationen der beschriebenen Aspekte eingerichtet und bereitgestellt werden können. Daher ist es zu verstehen, dass weitere Aspekte ausgeführt werden können im Vergleich zu den speziell hier Beschriebenen. Der Fachmann wird es zudem im Hinblick auf die vorliegende Offenbarung schätzen, dass unterschiedliche hierin beschriebene Aspekte kombiniert werden können, um weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung auszubilden.
  • Figurenliste
    • 1 illustriert ein beispielhaftes System mit gedruckt-optischer Platine (POB für „Printed Optical Board“).
    • 2 illustriert ein beispielhaftes Multi-Mode-Wellenleiter für ein PIC einbeziehendes System gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 3 illustriert eine beispielhafte Beeinträchtigung einer Multi-Mode-Wellenleiter-Ausführung für ein PIC.
    • 4 illustriert ein Beispiel eines PIC in dem System gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 5 illustriert einen beispielhaften Querschnitt eines Wellenleiterverbinders mit einem adiabatischen Verjüngungsabschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 6 illustriert eine beispielhafte Konfiguration eines Wellenleiterverbinders mit einem adiabatischen Verjüngungsabschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 7 illustriert eine andere beispielhafte Konfiguration des Wellenleiterverbinders mit einem adiabatischen Verjüngungsabschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende ausführliche Beschreibung stellt weitere beispielhafte Details zusammen mit der beispielhaften Beschreibung der Zeichnungen und entsprechender Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung bereit. Redundante Bezugszeichen und Beschreibungen von wiederkehrenden Elementen zwischen verschiedenen Zeichnungen werden der Klarheit wegen weggelassen. Begriffe, die durchgehend in dieser Beschreibung benutzt werden, sind beispielhaft verwendet und nicht dafür vorgesehen, einschränkend zu wirken. Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele und deren Teile können in Alleinstellung oder in Kombination mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen und deren Teilen genutzt werden, oder in jeder anderen gewünschten Ausführung.
  • In PIC Systemen, die POBs mit eingebetteten Wellenleitern einbeziehen, werden optische Verbinder zur Bereitstellung der Schnittstellen zwischen Platine und optischem Modul und zwischen Platine und Chip benötigt. Da die Kupferspurlänge letztendlich auf Null fallen wird, werden das optische zu elektrische System und Schnittstellen derart ausgestaltet werden, dass das Chiplet letztendlich direkt auf der Packung angeordnet werden wird.
  • Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele betreffen ein System, das einen oder mehrere Multi-Mode-Wellenleiter als integriert mit einem POB einbeziehen kann.
  • 2 illustriert ein beispielhaftes System gemäß einem Ausführungsbeispiel. In dem in 2 illustrierten Ausführungsbeispiel gibt es ein oder mehrere Multi-Mode-Wellenleiter (MMW) PICs 206, die beispielhaft mit einem POB 210 verbunden sind, zur Schnittstellenverbindung mit einem Chiplet 208, das beispielhaft auch als PIC oder einen PIC aufweisend ausgeführt sein kann, und das über einen Wellenleiter-zu-Faserkabel-Verbinder 202 mit einem Lichtwellenleiterkabel 203, wie z.B. einem Ultra-Glasfaserkabel, verbunden ist. Jede der ein oder mehreren MMW PICs 206 umfasst beispielhaft einen MMW 205, der dazu eingerichtet ist, optische Signale vom MMW PIC zu dem POB bereitzustellen, und ist beispielhaft über einen bidirektionalen Kanal verbunden mit einem eingebetteten digitalen Equalizer 201 zur Umwandlung von elektrischen Signalen / optischen Signalen. Im hierein beschriebenen System können die MMW PICs 206 und PIC 208 je nach gewünschter Ausführung zur Durchführung von Aggregation, optischem Schalten (z.B. Schaltfunktion) und/oder elektrischer Funktion eingerichtet sein. Derartige Ausführungen können Single-Mode-Herangehensweisen des Stands der Technik vermeiden.
  • Der eingebettete digitale Equalizer 201 ist beispielhaft zur Umwandlung von elektrischen Signalen in optische Signale für Egress-Signale von den MMW PICs 206 durch den MMW 205 und/oder von optischen Signalen in elektrische Signale für Ingress-Signale von dem MMW 205 zu den MMW PICs 206 eingerichtet. In einer beispielhaften Ausführung kann der eingebettete digitale Equalizer 201 lineares und/oder nicht-lineares Serializer/Deserializer (SERDES) Equalizer-Schema einbeziehen, um die von dem MMW 205 erzeugten Beeinträchtigungen zu kompensieren. Die von dem MMW 205 induzierte Beeinträchtigung (entweder von dem Multi-Mode-Wellenleiter oder der Faser) ist in der Form einer modalen Dispersion, wie es beispielhaft in 3 illustriert ist. Dies ist deterministisches Rauschen, wie Reflektion und Einfügung, welches von einem eingebetteten digitalen Equalizer 201 kompensiert werden kann, auch wenn es ein linearer oder nicht-linearer Equalizer ist. Der eingebettete digitale Equalizer 201 verbindet beispielhaft zwischen den MMW PICs 206 und dem MMW 205 über einen Chip-zu-Wellenleiter-Verbinder 211. Wie hierin beschrieben wird der eingebettete digitale Equalizer 201 für Kanal-Signal-Beeinträchtigungen über optische Pfade.
  • Der MMW Bus 204 bezieht beispielhaft in das POB 210 eingebettete Wellenleiter, die beispielhaft über Wellenleiter-zu-Wellenleiter-Verbinder 207 mit den PICs 206 verbunden sind, zur Aggregation von den durch das POB 210 gehenden optischen Signalen. Der Wellenleiter-zu-Wellenleiter-Verbinder 207 ist beispielhaft eine Schnittstelle für optische Signale zu optischen Signalen, der das optische Signal für Egress-Signale durch den MMW Bus 204 entlang der Signalleitungsrichtung 200 und/oder für Ingress-Signale von dem MMW Bus 204 durch die MMW PICs 206 leitet.
  • Die PIC 208 kann beides einbeziehen, eine MMW PIC und eine Single-Mode-Wellenleiter (SMW für „Single Mode Waveguide“) PIC, und ist beispielhaft dazu eingerichtet, über einen Wellenleiter-zu-Faserkabel-Verbinder 202 mit einem Lichtwellenleiterkabel 203, wie z.B. einem Ultra-Glasfaserkabel, verbunden zu werden. Die PIC 208 ist beispielhaft auch mit dem POB 210 verbunden mit einem Chip-zu-Wellenleiter-Verbinder 211 zur Schnittstellenverbindung der PIC 208 mit dem MMW Bus 204. Zudem kann die PIC 208 auch einen Equalizer einbeziehen, zur Bereitstellung der Umwandlung von optischen Signalen in elektrische Signale für ein Egress-Signal 200 von den MMW PICs 206 zu der PIC 208 und/oder Umwandlung von elektrischen Signalen in optische Signale zu dem MMW Bus 204 für ein Ingress-Signal. Die PIC 208 ist beispielhaft dazu eingerichtet, die durch den Chip-zu-Wellenleiter-Verbinder 211 von dem MMW Bus 204 empfangenen optischen Signale in ein elektrisches Signal umzuwandeln, welches dann in ein optisches Signal umgewandelt werden kann zur Ausgabe an ein Lichtwellenleiterkabel 203, wie z.B. ein Ultra-Glasfaserkabel, und insbesondere vorzugsweise z.B. ein Single-Mode-Faserkabel bzw. SMF-Kabel (SMW für „Single Mode Fiber“).
  • In dem Beispiel gemäß 2 können die PICs 206 in der Form von Transport-PICs (tPIC) bereitgestellt werden und/oder die PIC 208 kann in der Form einer Schalt-PIC bzw. Switch-PIC (swPIC) bereitgestellt werden. In hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungen sind die tPICs beispielhaft dazu eingerichtet, mehrere durch den Wellenleiterverbinder 211 bereitgestellte Multi-Mode-Wellenleiter-Schnittstellen aufzuweisen, wohingegen die Switch-PIC beispielhaft sowohl die Multi-Mode-Wellenleiter-Schnittstelle als auch die SMF-Schnittstelle für das Kabel 203 aufweist.
  • 4 illustriert ein beispielhaftes Diagramm der PIC 208 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die PIC 208 ist beispielhaft als eine Hybrid-Mode-Wellenleiter (HMW für „Hybrid Mode Waveguide“) PIC ausgebildet, die beispielhaft zwei Abschnitte aufweist, nämlich die MMW PIC 401 und die SMW PIC 402. Die MMW PIC 401 und die SMW PIC 402 sind beispielhaft durch optisch-zu-elektrischer und elektrisch-zu-optischer Umwandlung in einer Packung zusammengefügt, und beispielhaft auf der Anschlussseite der MMW PIC 401 verbunden mit dem MMW Bus 204 der POB 210 und zudem beispielhaft auf der Anschlussseite der SMW PIC 402 verbunden mit einem SMW Bus entweder von einer POB 210 oder SMF 203 (z.B. über direktes FLy-Over von der POB Ebene). Je nach gewünschter Ausführung kann der MMW PIC 401 auch als selbstgepacktes Teil separiert sein (z.B. extern zu dem HMW PIC) oder auch als Untermodul oder Packung in dem HMW PIC integriert sein. Jeder der Abschnitte ist beispielhaft mit seinem eigenen Typen eines eingebetteten digitalen Equalizers ausgestattet, der zu jedem physischen Medium gegenüberliegend ist. Der eingebettete digitale Equalizer 404, der in die MMW PIC 401 eingebettet ist, ist beispielhaft für MMW Kanalkompensation bereitgestellt und kompensiert für dem MMW in der POB, wohingegen der eingebettete digitale Equalizer 403, der in die SMW PIC 402 eingebettet ist, beispielhaft für SMW Kanalkompensation bereitgestellt ist und für das SMF 203 und den mit dem Multiplexer/Demultiplexer406 verbundenen SMW.
  • Die MMW PIC 401 ist beispielhaft dazu eingerichtet, die Verbindung zwischen der HMW PIC und dem MMW Bus 204 in der POB 210 bereitzustellen. Zudem ist die SMW PIC 402 beispielhaft dazu eingerichtet, die Verbindbarkeit zwischen der HMW PIC und den SMF 203 außerhalb der Ebene bereitzustellen. Je nach gewünschter Ausführung kann die SMW PIC 402 auch mit einem SMW Bus in der POB 210 verbunden werden. Die SMW PIC 402 kann auch einen SMW aufweisen, der über einen bidirektionalen Kanal mit einem eingebetteten digitalen Equalizer verbunden ist, zur Durchführung von Umwandlung elektrischer Signale in elektrische Signale und/oder Umwandlung optischer Signale in optische Signale.
  • Die HMW PIC ist beispielhaft dazu eingerichtet, aggregierte optische Signale von dem eingebetteten MMW Bus 204 in ein elektrisches Signal durch einen anderen eingebetteten digitalen Equalizer umzuwandeln und beispielhaft das elektrische Signal in ein optisches Signal zur Ausgabe an ein SMW Faserkabel 203 umzuwandeln. Derartige Umwandlungen können durch integrierte Funktionen bereitgestellt werden, wie Traffic Grooming fürs Schalten und/oder Multiplexing und Demultiplexing in der Mitte der elektrischen Verarbeitungsstufe, je nach gewünschter Ausführung.
  • Je nach gewünschtem physischem Layout kann der Abschnitt der MMW PIC 401 einen MMW im Inneren des Abschnitts aufweisen, oder auch nicht, und der Abschnitt der SMW PIC 402 kann einen SMW in seinem Inneren aufweisen, oder auch nicht. Beispielhaft kompensiert jeder Equalizer für den externen MMW/SMF oder internen MMW/SMW je nach gewünschter Ausführung.
  • Der Abschnitt der MMW PIC 401 kann weitere Funktionen in der optischen Domäne aufweisen, wie z.B. einen optischen Switch (OSW für Optical Switch) 405 eingerichtet in der MM Domäne. Zudem kann der Abschnitt der SMW PIC 402 weitere Funktionen in der optischen Domäne aufweisen, wie z.B. einen optischen Switch (OSW) in der SM Domäne.
  • Die OSW Funktionen können in jedem orthogonalen physischem Medium definiert werden, wie z.B. Multi-Lambda-Träger, Frequenz-Unterträger, Zeit-Domäne-Mehrfach-Zugriff, Frequenz-Domäne-Mehrfach-Zugriff, und so weiter.
  • Hierin sind Ausführungsbeispiele von Wellenleiterverbindern 211 beschrieben, die als Schnittstelle zwischen der PIC und dem MMW Bus genutzt werden können.
  • 5 illustriert einen beispielhaften Querschnitt eines Wellenleiterverbinders mit einem adiabatischen Verjüngungsabschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel. In dem hierin beschriebenen Beispiel des Wellenleiterverbinders 211 gibt es einen Prismenabschnitt 500, der beispielhaft dazu eingerichtet ist, optische Multi-Mode-Signalübertragung handzuhaben, und einen anderen Abschnitt 501, der beispielhaft eine adiabatische Verjüngung (kleine Fläche zu großer Fläche zur Durchführung einer optischen Mode) von dem Basisabschnitt (große Fläche) zu dem Topabschnitt (kleine Fläche) aufweist, welcher beispielhaft die optische Single-Mode-Signalübertragung bereitstellt. Der Prismenabschnitt kann zur Bereitstellung der Prismenfunktionalität einen oder mehrere Spiegel 502 beinhalten. Der adiabatische Verjüngungsabschnitt 501 kann bereitgestellt werden als Schnittstelle zur Umwandlung von optischen Multi-Mode-Signalen in optische Single-Mode-Signale und/oder umgekehrt. Wie hierin beschrieben ist kann der Wellenleiterverbinder auch einen Körperabschnitt aufweisen, dessen Länge anpassbar ist, wie z.B. von einer Länge von 10 bis 100 cm, je nach gewünschter Ausführung.
  • Der adiabatische Verjüngungsabschnitt 501 verläuft von Eng zu Weit von dem Single-Mode-Wellenleiter zu dem Prismenabschnitt zur Bereitstellung des Übergangs von Single-Mode zu Multi-Mode. In einem Ausführungsbeispiel kann das Top des adiabatischen Verjüngungsabschnitts einen quadratisch geformten Abschnitt aufweisen, welcher mit dem Single-Mode-Wellenleiter verbindet, und im Allgemeinen eine kleine Fläche hat (z.B. 9 µm mal 9 µm), was auch die Größendimensionen der Schnittstelle des Wellenleiterverbinders zur Modenquelle 503 angeglichen sein kann. Der Prismenabschnitt 500 ist beispielhaft dazu eingerichtet, mit der Modenquelle 503 zu verbinden, so wie z.B. der MMW 205 des MMW Bus 204 der POB 210.
  • 6 illustriert eine beispielhafte Konfiguration eines Wellenleiterverbinders gemäß einem Ausführungsbeispiel. Insbesondere illustriert 6 eine Wellenleiterverbinder-Schnittstelle mit einem Prismenabschnitt 600, der beispielhaft mit einem MMW 205 verbindet, einem Körperabschnitt 601, der beispielhaft optische Signale zwischen dem adiabatischen Verjüngungsabschnitt und dem Prismenabschnitt trägt, und einem adiabatischen Verjüngungsabschnitt, der beispielhaft dazu eingerichtet ist, optische Multi-Mode-Signale in optische Single-Mode-Signale umzuwandeln und/oder umgekehrt.
  • Der Prismenabschnitt 600 ist beispielhaft dazu eingerichtet, mit dem MMW 205 orthogonal von dem adiabatischen Verjüngungsabschnitt 602 und dem Körperabschnitt 601 verbindet. Zur Schnittstellenverbindung mit dem MMW 205 können die Dimensionen der Schnittstelle des Prismenabschnitts 600 eine Form eines Quadrats mit 50 µm mal 50 µm aufweisen, je nach gewünschter Implementierung. Der Prismenabschnitt kann eine Länge zwischen 10 mm und 500 mm aufweisen, um so eingerichtet zu sein, optische Multi-Mode-Signale von dem MMW 205 in Richtung des breiten Abschnitts des adiabatischen Verjüngungsabschnitts 602 über den Körperabschnitt 601 zu leiten und/oder optische Multi-Mode-Signale von dem breiten Abschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts 602 über den Körperabschnitt 601 und durch orthogonale Umleitung des optischen Multi-Mode-Signals mittels des Prismenabschnitts 600 durch den MMW 205 zu leiten.
  • Der Körperabschnitt 601 in dem Beispiel gemäß 6 ist beispielhaft dazu eingerichtet, die Übertragung vom optischen Multi-Mode-Signal zwischen dem Prismenabschnitt 600 und dem adiabatischen Verjüngungsabschnitt 601 bereitzustellen. Wie in 6 beispielhaft illustriert ist, verbindet der Körperabschnitt 601 den Basisabschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts 602 mit dem Prismenabschnitt 600 und ist beispielhaft dazu eingerichtet, ein optisches Multi-Mode-Signal zu dem Prismenabschnitt 600 und/oder zu dem Basisabschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts 602 zu leiten. Je nach gewünschter Ausführung kann der Körperabschnitt auch weggelassen werden, so dass das optische Multi-Mode-Signal direkt zwischen dem Prismenabschnitt 600 und dem adiabatischen Verjüngungsabschnitt 602 übertragen wird. In einer derartigen Ausführung verbindet der Basisabschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts 602 direkt mit dem Prismenabschnitt 600 im Gegensatz zur Verbindung mit dem Prismenabschnitt 600 über den Körperabschnitt 601.
  • Wie in 6 illustriert ist, ist der Körperabschnitt 601 beispielhaft rechteckig geformt (z.B. in der Form eines rechteckigen Parallelepipeds) zur Bereitstellung des Transfers des optischen Multi-Mode-Signals von dem Prismenabschnitt zu dem adiabatischen Verjüngungsabschnitt entlang der Länge der rechteckigen Form.
  • Der adiabatische Verjüngungsabschnitt 602 ist beispielhaft in der Form einer Pyramide konfiguriert, mit dem breiten Abschnitt in Richtung zum Basisabschnitt und mit dem engen Abschnitt in Richtung zum Topabschnitt, um enger zu sein als der Basisabschnitt. Jedoch können andere Formen mit adiabatischer Verjüngung auch genutzt werden und die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. In dem Beispiel hat der Topabschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts 602 eine Form eines Quadrats (z.B. 9 µm mal 9 µm), das beispielhaft eingerichtet ist, optische Single-Mode-Signale zu empfangen und mit einem Single-Mode-Wellenleiter, einem SMW PIC oder einem Single-Mode-Lichtwellenleiterkabel zusammenzuwirken, wobei der adiabatische Verjüngungsabschnitt 602 beispielhaft das optische Single-Mode-Signal in ein optisches Multi-Mode-Signal durch die Eng-zu-Breit-Struktur der Pyramide zu überführen. Weiterhin kann das optische Multi-Mode-Signal in ein optisches Single-Mode-Signal durch die Breitabschnitt-zu-Engabschnitt-Struktur der Pyramide überführt werden.
  • 7 illustriert eine andere beispielhafte Konfiguration des Wellenleiterverbinders 211 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In der Beispielkonfiguration gemäß 7 behält der Verbinder die gleiche Struktur wie in 6 einbeziehend einen Prismenabschnitt 700, einen Körperabschnitt 701 und einen adiabatischen Verjüngungsabschnitt 702 zur Bereitstellung der gleichen Funktionalität. In dieser Beispielausführung ist der Verbinder beispielhaft auf einem Substrat 703 angeordnet mit Klebe- und Verkleidungsmaterial 704, und der adiabatische Verjüngungsabschnitt 702 hat beispielhaft eine dreieckige Form mit einem schmalen rechteckigen Abschnitt als Topabschnitt. Das Substrat 703 wird genutzt, um den Wellenleiter 211 zu stützen, und kann je nach gewünschter Ausführung in jedem Material bereitgestellt sein. Über die beispielhafte Ausführung gemäß 7 kann die Wellenleiterposition darüber einfacher angepasst werden und angebracht werden an Peripherieteile über Befestigung des Substrats 703.
  • In einem Beispiel wird der Wellenleiterverbinder 211 eingefügt durch ein über zur Schnittstellenverbindung mit dem Chiplet 208. Das Chiplet 208 wandelt beispielhaft ein elektrisches Signal in ein optisches Single-Mode-Signal um und leitet das optische Single-Mode-Signal in den Topabschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts (z.B. durch die schmale rechteckige Spitze im Beispiel der 7).
  • In einem Beispiel ist der Wellenleiterverbinder 211 aus einem Polymer hergestellt und ist beispielhaft Verkleidungsbeschichtet mit einer Beschichtung mit einem Reflexionsindex, der kleiner ist als der Single-Mode-Wellenleiter oder der Multi-Mode-Wellenleiter. In einem derartigen Beispiel sind die Schnittstellenabschnitte des Prismenabschnitts und des Topabschnitts des adiabatischen Verjüngungsabschnitts nicht beschichtet, weisen aber beispielhaft einen Reflexionsindex auf, der ähnlich ist zu demjenigen der korrespondierenden verbindenden Wellenleiter.
  • Zusätzlich können Metallbeschichtungen an einem Ende der Prismenstruktur hinzugefügt werden zur Bereitstellung der orthogonalen Umleitung des optischen Multi-Mode-Signals. Die Metallbeschichtung ist inkorporiert an der gewinkelten Fläche (z.B. 45 Grad) des Prismenabschnitts. Die Metallbeschichtung ist in ihrer Dicke ungefähr kleiner oder gleich einem Millimeter zur Bereitstellung der Reflektion, die für den Prismenabschnitt benötigt wird, und um die Kosten niedrig zu halten. Ein Beispiel der Metallbeschichtung kann Gold sein, jedoch können auch andere Beschichtungen je nach gewünschter Ausführung verwendet werden.
  • Über die hierin beschriebenen Beispielausführungen können in MMW Wellenleitern (elektrisch/optisch) genutzte eingebettete digitale Equalizer, die mit linearen Filtern mit linearer Dämpfung ausgestattet sind, somit 100 Gigabit und höhere Ausgabe bereitstellen. Derartige Ausführungsbeispiele können zweckmäßig sein für Datenzentren, die Signale durch Single-Mode-Glasfaserkabel übertragen.
  • Obschon das System in Bezug auf einen Wellenleiterverbinder, der zwischen der Single-Mode-Schnittstelle der PIC und MMW Wellenleiter verbindet, beschrieben wurde, sind die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht hierauf beschränkt und können je nach gewünschter Ausführung auch modifiziert werden. Beispielsweise könnte entweder die sendende PIC oder die empfangende PIC eine optische Multi-Mode-Schnittstelle für einen MMW Wellenleiter statt einer Single-mode-Schnittstelle aufweisen, woraufhin die optische Multi-Mode-Schnittstelle der PIC eingerichtet werden kann, mit dem Verbinder zu wechselwirken. Je nach gewünschter Ausführung kann weiterhin auch der MMW-Bus 204 stattdessen durch einen Single-Mode-Wellenleiter-Bus ersetzt werden, so dass der Verbinder optische Signale zwischen einer Single-Mode-Schnittstelle einer PIC zu dem Single-Mode-Wellenleiter des Single-Mode-Wellenleiter-Busses ermöglicht. Dementsprechend können die hierin beschriebenen Beispielausführungen erweitert werden zu anderen Wellenleiterkombinationen für den Wellenleiterverbinder und die vorliegende Offenbarung ist nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann der Prismenabschnitt 601 eingerichtet werden, mit einem Single-Mode-Wellenleiter zu verbinden, in welchem Fall das optische Signal des Single-Mode-Wellenleiters einfach orthogonal umgeleitet wird in Richtung des adiabatischen Verjüngungsabschnitts 602. Auch kann der adiabatische Verjüngungsabschnitt 602 eingerichtet werden, mit einem Multi-Mode-Wellenleiter zusammenzuwirken, von dem das optische Signal des Multi-Mode-Wellenleiters in ein Single-Mode-Signal über einen Equalizer umgewandelt wird und dann zurückgewandelt wird in ein Multi-Mode-Signal durch den adiabatischen Verjüngungsabschnitt 602.
  • Weiterhin werden andere Implementierungen der vorliegenden Anmeldung dem Fachmann ersichtlich sein, aufgrund der Erwägungen der Beschreibung und der Ausführung der Lehre der vorliegenden Anmeldung. Viele Aspekte und/oder Komponenten der beschriebenen Ausführungsbeispiele können in Alleinstellung oder in jeder Kombination genutzt werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und Ausführungsbeispiele lediglich als nicht einschränkende Beispiele betrachtet werden, aber es ist möglich weitere Beispielausführungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Anmeldung bereitzustellen, zumindest im Umfang, der durch die folgenden Ansprüche angezeigt ist.

Claims (15)

  1. Ein Wellenleiterverbinder, insbesondere Multi-Mode-Wellenleiterverbinder, umfassend: - einen Prismenabschnitt (500, 600, 700), der dazu eingerichtet ist, mit einem ersten Wellenleiter zusammenzuwirken; und - einen adiabatischen Verjüngungsabschnitt (501; 602; 702) mit - einem mit dem Prismenabschnitt (500; 600; 700) verbindenden Basisabschnitt und - einem Topabschnitt, der dazu eingerichtet ist, mit einem zweiten Wellenleiter zu verbinden, wobei der Basisabschnitt breiter als der Topabschnitt ist.
  2. Wellenleiterverbinder gemäß Anspruch 1, weiter umfassend: einen Körperabschnitt (601; 701), der den Basisabschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts (602; 702) mit dem Prismenabschnitt (600; 700) verbindet, wobei der Körperabschnitt (601; 701) dazu eingerichtet ist, optische Multi-Mode-Signale zu dem Prismenabschnitt (600; 700) und/oder zu dem Basisabschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts (602; 702) zu leiten.
  3. Wellenleiterverbinder gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Körperabschnitt (601; 701) eine rechteckige Form ist oder eine rechteckige Form umfasst.
  4. Wellenleiterverbinder gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prismenabschnitt (600; 700) dazu eingerichtet ist, mit dem ersten Wellenleiter, insbesondere einem Multi-Mode-Wellenleiter, orthogonal zu dem adiabatischen Verjüngungsabschnitt (602; 702) zusammenzuwirken.
  5. Wellenleiterverbinder gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der adiabatische Verjüngungsabschnitt (602) eine Pyramidenform ist oder zumindest einen Teil einer Pyramidenform umfasst.
  6. Wellenleiterverbinder gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Topabschnitt des adiabatischen Verjüngungsabschnitts (602; 702) einen rechteckigen Abschnitt umfasst.
  7. Wellenleiterverbinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Wellenleiter und der zweite Wellenleiter Multi-Mode-Wellenleiter sind.
  8. Wellenleiterverbinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Wellenleiter ein Single-Mode-Wellenleiter ist und der zweite Wellenleiter ein Multi-Mode-Wellenleiter ist.
  9. Wellenleiterverbinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Wellenleiter und der zweite Wellenleiter Single-Mode-Wellenleiter sind.
  10. Wellenleiterverbinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Wellenleiter ein Multi-Mode-Wellenleiter ist und der zweite Wellenleiter ein Single-Mode-Wellenleiter ist.
  11. Ein System, umfassend: - eine oder mehrere integriert-optische Schaltungen (206, 208) mit einem oder mehreren Wellenleitern (205), insbesondere Multi-Mode-Wellenleitern; - einen oder mehrere mit den ein oder mehreren Wellenleitern verbundene Wellenleiterverbinder (211, 207), insbesondere Multi-Mode-Wellenleiterverbinder, gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche.
  12. System gemäß Anspruch 11, wobei die einen oder mehreren Wellenleiter (205), insbesondere Multi-Mode-Wellenleiter, über einen bidirektionalen Kanal mit einem eingebetteten Digital-Equalizer (201; 404) zur Umwandlung von elektrischen Signalen zu optischen Signalen und zur Umwandlung von optischen Signalen zu elektrischen Signalen verbunden sind; wobei das System weiterhin eine gedruckte optische Platine umfasst, die einen eingebetteten Wellenleiter-Bus (204), insbesondere Multi-Mode-Wellenleiter-Bus, aufweist, der mit den ein oder mehreren Wellenleitern (205) verbunden ist.
  13. System gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend: eine Hybrid-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung, wobei die Hybrid-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung eine Multi-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung (401) und eine Single-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung (402) umfasst, die durch optisch zu elektrischer und elektrisch zu optischer Umwandlung in einer Packung zusammengefügt sind.
  14. System gemäß den Ansprüchen 12 und 13, wobei die Hybrid-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung von der Multi-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung (401) aus mit dem als Multi-Mode-Wellenleiter-Bus ausgebildeten Wellenleiter-Bus (204) der gedruckten optischen Platine (210) verbunden ist und von der Single-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung (402) aus mit einem Single-Mode-Wellenleiter-Bus der gedruckten optischen Platine (210) oder einem Single-Mode-Faserkabel (203) verbunden ist; wobei die Single-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung (402) einen Single-Mode-Wellenleiter umfasst, der über einen bidirektionalen Kanal mit einem weiteren eingebetteten Digital-Equalizer (403) zur Umwandlung von elektrischen Signalen zu optischen Signalen und zur Umwandlung von optischen Signalen zu elektrischen Signalen verbunden ist.
  15. System gemäß Anspruch 14, wobei die Hybrid-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung dazu eingerichtet ist, aggregierte optische Signale vom eingebetteten Multi-Mode-Wellenleiter-Bus (204) in ein elektrisches Signal durch den weiteren eingebetteten Digital-Equalizer (403) umzuwandeln und das elektrische Signal in ein optisches Signal umzuwandeln zur Ausgabe von der Single-Mode-Wellenleiter-Intergiert-Optische-Schaltung (402) aus zu dem Single-Mode-Wellenleiter-Bus der gedruckten optischen Platine (210) oder dem Single-Mode-Faserkabel (203).
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