DE112008001961T5

DE112008001961T5 - Freiraum WDM Signal Detektor

Info

Publication number: DE112008001961T5
Application number: DE112008001961T
Authority: DE
Inventors: Raymond Redmond Beausoleil; Wei Palo Alton Wu; David Palo Alto Fattal; Marco Palo Alto Fiorentino
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-06-24
Also published as: WO2009017610A1; US20090027658A1; CN101765795A; KR20100053520A; JP2010534970A; JP5133414B2; US7929865B2

Abstract

System für ein in der Wellenlänge gemultiplextes optisches Signal, wobei das System folgendes umfasst:
ein Feld (200) an Detektoren einer Vielzahl an Typen, wobei jeder der Detektoren in der Lage ist, Licht mit einer Frequenz, die dem Typ des Detektors entspricht, zu detektieren, wobei die Detektoren so angeordnet sind, dass ein beliebiger Auftreffbereich (220) des in der Wellenlänge gemultiplexten optischen Signals auf das Feld eine detektierbare Lichtmenge bei wenigstens einem Detektor jedes Typs liefert; und
eine Vielzahl an Einheiten (420) an Kanalelektroniken, wobei jede der Einheiten (420) an Kanalelektroniken einem der Typen der Detektoren entspricht und mit all den Detektoren des entsprechenden Typs verbunden ist.

Description

HINTERGRUND
Systeme, die in der Wellenlänge gemultiplexte (WDM) optische Signale verwenden, können Daten in mehrfache Datenkanäle aufteilen und jeden Datenkanal auf einem monochromatischen optischen Trägerstrahl mit einer unterschiedlichen Frequenz kodieren. Die monochromatischen optischen Strahlen können dann in einen einzelnen Strahl kombiniert werden, wodurch ein WDM-Signal gebildet wird, das durch ein einzelnes optisches System, beispielsweise auf derselben optischen Faser, übertragen werden kann. Das Übertragen von Daten unter Verwendung mehrfacher optischer Trägerfrequenzen multipliziert somit die Datenübertragungsbandbreite eines optischen Systems im Vergleich zu Systemen, die dieselben Datenkodiertechniken auf einem monochromatischen Strahl verwenden.
Ein Empfänger eines WDM-Signals verwendet typischerweise die Differenz der Trägerfrequenzen, um die einzelnen Frequenzkomponenten zu isolieren oder zu trennen. Die einzelnen Signale können dann dekodiert werden, um die empfangenen Daten zu extrahieren. Im Allgemeinen werden bei einem solchen Dekodieren Photodioden oder ähnliche Lichtdetektoren verwendet, die elektrische Signale erzeugen, die den verschiedenen Frequenzkomponenten entsprechen, und die elektrischen Signale können unter Verwendung herkömmlicher elektronischer Schaltungen manipuliert oder verarbeitet werden.
Die optische Datenübertragung im freien Raum vermeidet die Komplexität und Kosten optischer Fasern oder Wellenleitern, die optische Signale von einem Sender zu einem Empfänger übertragen. Der Freiraumabstand zwischen einem Sender und einem Empfänger gestaltet die Ausrichtung jedoch typischerweise schwieriger. Systeme, die diese Fehlausrichtungen tolerieren, sind daher wünschenswert und erforderlich für eine optische Datenübertragung im freien Raum. Ein ausrichtungstolerantes System für optische WDM-Datenübertragungen wäre auch wünschenswert, um die Notwendigkeit von optischen Fasern oder Wellenleitern bei gleichzeitiger Bereitstellung einer hohen Datenbandbreite zu vermeiden.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Detektor für ein in der Wellenlänge gemultiplextes optisches Signal ein Feld an Detektoren verschiedener Typen. Die verschiedenen Typen an Detektoren sind in der Lage, Licht zu detektieren, das jeweils Trägerfrequenzen des in der Wellenlänge gemultiplexten optischen Signals aufweist. Die Detektoren sind ferner in dem Feld so angeordnet, dass jeglicher Auftreffbereich des in der Wellenlänge gemultiplexten optischen Signals auf das Feld eine detektierbare Lichtmenge an wenigstens einen Detektor jeden Types liefert. Einheiten der Kanalelektroniken, die jeweils den Detektortypen entsprechen, können mit all den Detektoren des entsprechenden Typs verbunden sein, um Ausgangssignale von Detektoren zu liefern, die eine ausreichende Beleuchtung erhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein System einen Sender umfassen, der ein optisches Signal mit mehrfachen Trägerfrequenzen erzeugt, und einen Empfänger, der von dem Sender durch den freien Raum getrennt ist, durch den sich das optische Signal ausbreitet. Der Empfänger weist ein Feld an Detektoren mehrfacher Typen auf, wobei die Typen in der Lage sind, Licht jeweils mit den Trägerfrequenzen zu detektieren. Ein Ort eines Auftreffbereichs, wo das optische Signal auf das Detektorfeld auftrifft, hängt im allgemeinen von einer Fehlausrichtung des Empfängers bezüglich des Senders ab, die Detektoren in dem Detektorfeld sind jedoch so angeordnet, dass wenigstens ein Detektor jedes Typs Licht von dem optischen Signal empfängt, unabhängig davon, wo sich der Auftreffbereich auf das Detektorfeld befindet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Serversystem, das optische in der Wellenlänge gemultiplexte Datenübertragungen im freien Raum gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung anwendet.
2A, 2B und 2C zeigen Aufsichten auf Detektorfelder gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung für die in der Wellenlänge gemultiplexten Datenübertragungen im freien Raum.
3A und 3B zeigen Detektoren, die zur Verwendung in den Detektorfeldern der 2A, 2B oder 2C geeignet sind.
4 ist ein Blockdiagramm eines Detektorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Verwendung gleicher Bezugszeichen in verschiedenen Figuren bezeichnet ähnliche oder identische Teile.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Detektorsystem für ein in der Wellenlänge gemultiplextes (WDM) Signal im freien Raum ein Feld oder Mosaik an Detektoren unterschiedlicher Typen. Zur Bereitstellung einer Toleranz gegenüber statischen und dynamischen Fehlausrichtungen kann das Feld bezogen auf ein Strahlprofil des WDM-Signals groß gemacht werden, so dass der Strahl, selbst wenn das Zentrum des Detektors um mehr als die Strahlbreite bezüglich des WDM-Signals fehlausgerichtet ist, auf einen aktiven Bereich des Feldes auftrifft. Die verschiedenen Typen an Detektoren in dem Feld sind in der Lage, unterschiedliche Frequenzkomponenten des WDM-Signalstrahls zu detektieren. Die Detektoren können bezogen auf das WDM-Signalstrahlprofil relativ klein gemacht werden und sind in dem Feld so angeordnet, dass wenigstens ein Detektor jedes Typs Licht von dem WDM-Signalstrahl empfängt, unabhängig davon, wo das WDM-Signal auf das Feld auftrifft.
Detektorsysteme gemäß der Erfindung können für die Datenübertragung in einer Vielzahl an Systemen verwendet werden, bei denen eine hohe Datenrate und eine ausrichtungstolerante optische Datenübertragung gewünscht wird. 1 stellt das Beispiel eines Serversystems 100 dar, das WDM-Datenübertragungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet. Das System 100 umfasst einen Satz an Blades 110, die an einer gemeinsam genutzten Backplane 120 angebracht sind. Zusätzliche Komponenten 130, wie Stromversorgungstransformatoren und Kühlventilatoren, können auch mit der Backplane 120 verbunden sein, und die gesamte Anordnung könnte typischerweise in einem gemeinsam genutzten Gehäuse (nicht gezeigt) enthalten sein. Eine Benutzerschnittstelle und Anschlüsse für externe Verbindungen zum Serversystem 100 können durch das gemeinsam genutzte Gehäuse hindurch bereitgestellt werden.
Einige oder alle der Blades 110 im Serversystem 100 können im Wesentlichen identisch oder unterschiedlich ausgestaltet sein, um unterschiedliche Funktionen durchzuführen. Beispielsweise können einige Blades 110 Serverblades oder Speicherblades sein. Jedes Blade 110 weist ein oder mehrere Subsysteme 112 auf, die die speziellen Funktionen des Blades 110 implementieren. Subsysteme 112 können entweder an einer oder beiden Seiten jedes Blades 110 nach Art von Bauteilen auf einer gedruckten Leitungsplatine angebracht sein, oder Blades 110 können Gehäuse mit Subsystemen 112 im Inneren der Blades 110 aufweisen. Typische Beispiele solcher Subsysteme 112 umfassen Festplatten oder andere Datenspeicher und Prozessorsubsysteme, die herkömmliche Computerbauteile, wie Mikroprozessoren, Speichersockel und integrierte Schaltungsspeicher enthalten. Die Subsysteme 112 und die allgemeinen Eigenschaften der Blades 120 können herkömmlicher Art sein, wie sie für Serversysteme, die Bladearchitekturen verwenden, bekannt sind, wie in den C-Klasse-Architekturen von Serversystemen, die von der Firma Hewlett-Packard kommerziell erhältlich sind.
Jeder Blade 110 weist zusätzlich einen oder mehrere optische Sendeempfänger 114 oder 116 auf. Jeder Sendeempfänger 114 ist auf einem Blade 110 positioniert, um nominell mit einem entsprechenden Sendeempfänger 116 auf einem benachbarten Blade 110 ausgerichtet zu sein, wenn die Blades 110 richtig an der Backplane 120 angebracht sind. Die Sendeempfänger 114 und 116 können andernfalls im Wesentlichen identisch miteinander sein. In einer typischen Konfiguration des Serversystems 100 kann etwa 5 cm freier Raum oder Luftspalt zwischen entsprechenden Sendeempfängern 114 und 116 sein, und jedes ausgerichtete Paar an Sendeempfängern 114 und 116 kann einer Fehlausrichtung in der Größenordnung von etwa 500 bis 1000 μm aufgrund von Abweichungen bei der mechanischen Montage der Blades 110 unterworfen sein. Zusätzlich kann die Ausrichtung der Sendeempfänger 114, 116 Abweichungen in der Größenordnung von 40 bis 50 μm aufgrund von Temperaturschwankungen und/oder mechanischen Vibrationen unterworfen sein, beispielsweise durch den Betrieb der Kühlventilatoren.
Der Sendeabschnitt im Sendeempfänger 114 oder 116 erzeugt ein WDM-Signal 118 und kann irgendeinen geeigneten Aufbau haben, einschließlich den aus dem Stand der Technik wohlbekannten Aufbau. Solche Systeme verwenden im Allgemeinen Laserdioden und geeignete Optiken, um das WDM-Signal 118 zu kolliminieren und das WDM-Signal zu einem Zielempfänger weiterzuleiten. Der Empfangsabschnitt jedes Sendeempfängers 114 oder 116 weist im Allgemeinen ein Feld an Detektoren unterschiedlicher Typen auf. Das Detektorfeld, wie nachstehend weiter beschrieben, stellt eine Ausrichtungstoleranz bereit, die den Blades 110 erlaubt, miteinander zu kommunizieren, selbst wenn die Sendeempfänger 114 und 116 einer Fehlausrichtung, Richtungsfehlern und Vibrationen unterworfen sind.
Es können Detektorfelder gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung für optische WDM-Signale konstruiert werden, die irgendeine Anzahl N an Trägerfrequenzen verwenden. Zu Darstellungszwecken zeigt 2A eine Aufsicht auf ein Detektorfeld 200, das für ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung geeignet ist, bei dem ein optisches WDM-Signal neun Trägerfrequenzen f1 bis f9 verwendet. Das Detektorfeld 200 ist eine Anordnung verschiedener Typen an Detektoren 1 bis 9, wobei die Detektortypen in einer eineindeutigen Beziehung zur Anzahl an Trägerfrequenzen stehen. Detektoren des gleichen Typs können miteinander verbunden sein, wie nachstehend weiter beschrieben wird, so dass das Detektorfeld 200 einen Satz elektrischer Ausgangssignale hat, die auch in einer eineindeutigen Beziehung zu den Trägerfrequenzen in dem optischen WDM-Signal stehen. Genauer gesagt umfasst für das dargestellte Beispiel das Detektorfeld 200 neun Typen an Detektoren 1 bis 9, die jeweils den neun verschiedenen Frequenzen f1 bis f9 in dem WDM-Signal entsprechen, und der Detektor 200 erzeugt neun Ausgangssignale, eines für jeden Detektortyp.
Jeder Detektortyp im Feld 200 ist so ausgestaltet, dass er die entsprechende Frequenz von den anderen Frequenzen in dem optischen WDM-Signal unterscheiden kann. Beispielsweise kann jeder Detektor 1 im Detektorfeld 200 eine Photodiode und einen Filter umfassen, der eine entsprechende Frequenz f1 an die Photodiode weiterleitet, während er alle anderen Frequenzen f2 bis f9 blockiert. Im allgemeinen können die Frequenzauswahleigenschaften jedes Detektors 1 bis 9 unter Verwendung eines Filters, durch die Ausgestaltung der Photodiode, Photonen der entsprechenden Frequenz wirksam zu detektieren, während sie Photonen der anderen Trägerfrequenzen nicht absorbiert oder detektieren kann, oder gemäß irgendeiner anderen Technik zum selektiven Messen der Amplitude einer gewünschten Frequenzkomponente bereitgestellt werden. Solche Detektoren sind auf dem Gebiet der Farbbildgebung bekannt, und einige herkömmliche Detektorausgestaltungen sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 3,971,065 und 5,965,875 beschrieben.
Die Photodioden können, wenn sie in den Detektoren 1 bis 9 verwendet werden, jeweils einen lichtempfindlichen Bereich einer Größe haben, der entsprechend der Datenrate des jeweiligen Frequenzkanals ausgewählt ist. Für eine Datenrate von 10 Gb/s oder größer sollte der Querschnitt des lichtempfindlichen Bereichs im Allgemeinen geringer als etwa 40 μm sein.
Ein Detektorfeld 200 für einen optischen WDM-Datenübertragungskanal kann tolerant gegenüber einer Fehlausrichtung gemacht werden, indem: (1) das Detektorfeld 200 groß genug gemacht wird, dass ein Strahl mit beliebiger Fehlausrichtung innerhalb eines erwarteten Bereiches weiterhin auf das Detektorfeld 100 auftrifft, und (2) die Detektoren 1 bis 9 in einem Muster derart angeordnet werden, dass für einen beliebigen Auftreffbereich des WDM-Strahls auf das Detektorfeld 200 messbare Lichtmengen auf wenigstens einen Detektor jedes Detektortyps 1 bis 9 auftreffen.
2A zeigt einen Auftreffbereich 110, der einer Position des WDM-Signals auf das Detektorfeld 210 entspricht, wenn der WDM-Signalstrahl perfekt mit dem Zentrum des Detektorfelds 200 ausgerichtet ist. Wie in 2A gezeigt, bedeckt der Bereich 210 oder überlappt im Wesentlichen wenigstens einen Detektor jedes Detektortyps 1 bis 9, und der Bereich 210 entspricht im Allgemeinen einem Bereich ausreichender Lichtintensität für eine zuverlässige Operation der Detektoren 1 bis 9. Genauer gesagt liefert das WDM-Signal mit einem Auftreffbereich 210 für wenigstens einen Detektor 1 bis 9 jedes Typs eine ausreichende Lichtstärke, um Quellen technischen Rauschens in den mit den Detektoren verbundenen Elektroniken zu überwinden.
In der Praxis kann das Detektorfeld 200 bezüglich der Quelle des WDM-Signalstrahls statisch und dynamisch fehlausgerichtet sein, so dass der derzeitige Auftreffbereich des WDM-Signalstrahls bezüglich des Zentrums des Detektorfelds 200 verschoben ist. 2A stellt ein Beispiel eines Auftreffbereichs 220 dar, der von einer perfekt ausgerichteten Position um mehr als die Strahlbreite verschoben ist, so dass keiner der Detektoren, die für eine Signaldetektion bei perfekter Ausrichtung verwendet werden, ausreichend für eine Signaldetektion beleuchtet wird, wenn der Bereich 220 der Auftreffbereich des WDM-Signals ist. Wie in 2A gezeigt, empfängt wenigstens ein Detektor jedes Detektortyps 1 bis 9 Licht vom optischen WDM-Signal 220, auch wenn der Bereich 220 von dem perfekt ausgerichteten Ort entfernt ist. Im allgemeinen kann die erwartete Fehlausrichtung des optischen WDM-Signals bezüglich des Detektorfelds 200 den Auftreffbereich des Signals an irgendeinen Ort auf dem Detektor verschieben, einschließlich Positionen, die mit dem Bereich 210 überlappen. Die Größe und Anordnung der Detektoren 1 bis 9 im Detektorfeld 200 sind derart, dass für alle Position des Auftreffbereichs wenigstens ein Detektor jedes Typs für eine Signaldetektion ausreichend beleuchtet wird.
Die neun Typen an Detektoren 1 bis 9 in dem speziellen Beispiel der 2A sind in einem rechteckigen Feld angeordnet, wobei die Detektortypen 1 bis 9 in jeder Reihe nacheinander angeordnet sind, und die Reihenfolge in jeder Reihe um drei Detektoren bezüglich der Reihenfolgen der benachbarten Reihen verschoben sind. Mit dieser Anordnung kann jede quadratische 3 × 3-Gruppe benachbarter Detektoren in dem Detektorfeld 200 einen Detektor von jedem Detektortyp enthalten. Der Bereich des Strahlprofils 210 oder 220 ist größer als der Bereich der neun Detektoren 1 bis 9, so dass das Strahlprofil 210 oder 220 wenigstens einen Detektor jedes Detektortyps 1 bis 9 überlappt. Andere Muster oder Anordnungen der Detektoren 1 bis 9, wie nachstehend weiter beschrieben, können das gleiche Ergebnis erzielen.
Die Anordnung der Detektoren in Feldern für WDM-Signale mit N Trägerfrequenzen hängt im Allgemeinen von der Anzahl N an Trägerfrequenzen und der Größe und Form des WDM-Strahlquerschnittes ab. Wenn die Anzahl N eine quadrierte ganze Zahl ist (d. h., N = n² für eine beliebige ganze Zahl n), können N Detektoren, ein Detektor von jedem Typ, in einer quadratischen Gruppe angeordnet werden, wie die in 2A gezeigte 3 × 3-Detektorgruppen 205. Diese identischen quadratischen Gruppen können dann verwendet werden, um den Bereich des Detektorfelds wie im Beispiel der 2A auszufüllen bzw. zu kacheln, so dass das Strahlprofil größer als die n × n-Gruppe auf dem Detektor ausreichend sein sollte, um wenigstens einen kompletten Satz an Detektortypen zu bedecken oder ausreichend zu überlappen.
Wenn die Anzahl N an Trägerfrequenz nicht gleich einer quadrierten ganzen Zahl ist, können N Detektoren der unterschiedlichen Typen in einer rechteckförmigen oder L-förmigen Gruppe angeordnet werden, die in eine n × n-Anordnung passt, wobei n² die kleinste quadrierte ganze Zahl größer als N ist. Beispielsweise können die Detektoren in einer rechteckförmigen n × (n –1)- oder (n – 1) × n-Gruppe angeordnet werden, wenn die Anzahl N gleich n(n – 1) ist. In diesem speziellen Fall können identische rechteckförmige Detektorgruppen verwendet werden, um den Detektorbereich auszufüllen. 2B stellt beispielsweise ein Detektorfeld 330 dar, das sechs Detektortypen 1 bis 6 umfasst, die in rechteckförmigen Gruppen 235 angeordnet sind. Die Gruppen 235 werden verwendet, um den Bereich des Detektorfeldes 230 auszufüllen, und sind in Reihen und Spalten im Ausführungsbeispiel der 2B. Alternativ können die Reihen oder Spalten des Detektorfeldes 230 zueinander verschoben sein. Mit dieser Anordnung kann ein WDM-Signalstrahl, der ein Profil mit einem Bereich bzw. Fläche größer als eine n × n-Gruppe auf dem Detektorfeld 230 hat, messbares Licht an wenigstens einen Detektor jedes Detektortyps 1 bis 6 liefern.
Wenn die Anzahl N als n² – k für beliebige positive ganze Zahlen n und k ausgedrückt werden können, mit k < n oder n < k < 2n – 1, können N unterschiedliche Detektortypen in einer L-förmigen Gruppe angeordnet werden, die in eine quadratische n × n-Anordnung passt. 2C stellt beispielsweise ein Detektorfeld 240 dar, das sieben Detektortypen enthält, d. h. N = 7, n = 3 und k = 1. Die L-förmigen Gruppen 245 im Detektorfeld 240 enthalten jeweils einen Detektor jedes Detektortyps 1 bis 7 und passen in ein 3 × 3-Detektorquadrat. Wie ferner in 2C dargestellt, können L-förmige Gruppen 245 wie Kacheln angeordnet werden, um den Bereich des Detektorfeldes 240 zu bedecken. Mit dieser Konfiguration projiziert ein Strahlprofil, das einen Bereich größer als eine 3 × 3-Detektorgruppe bedeckt, Licht in wenigstens einen Detektor jedes Detektortyps 1 bis 7, unabhängig vom Auftreffort des Strahls auf das Detektorfeld 240.
Im Allgemeinen sind viele alternative Kachelanordnungen für N Typen an Detektoren möglich, so dass der Strahlauftreffbereich wenigstens einen Detektor jedes Detektortyps bedeckt oder wesentlich überlappt. Solche Kachelungen von Detektoren sind nicht auf quadratische oder rechteckförmige Anordnungen von Detektoren beschränkt.
Eine beispielhafte Konfiguration eines Detektorfelds für einen Sendeempfänger in einem Serversystem ist etwa 1 bis 2 mm im Querschnitt, um Fehlausrichtungen in der Größenordnung von etwa 1 mm Rechnung zu tragen. Der WDM-Signalstrahl in diesem Ausführungsbeispiel könnte einen Flachfeldstrahldurchmesser, der dem Durchmesser bis zur Leistung 1/e² entspricht, von etwa 0,4 bis 0,5 mm haben. Die Fläche pro Detektor ist vorzugsweise geringer als der Bereich bzw. die Fläche des Einfallstrahlprofils geteilt durch die kleinste quadrierte ganze Zahl größer als die Anzahl an Trägerfrequenzen. Für die Ausführungsbeispiele der 2A, 2B und 2C weist das Strahlprofil einen Durchmesser von etwa 4 mal der Größe jedes einzelnen Detektorelements auf, und jeder Detektor hat einen Bereich bzw. eine Fläche, der kleiner als etwa ein Neuntel des einfallenden WDM-Strahlbereichs bzw. -fläche ist. Detektorfelder mit dieser Größe können in und auf einem einzelnen integrierten Schaltungschip gefertigt werden, unter Anwendung von Techniken, wie sie für die Herstellung von CMOS-Bildsensoren bekannt sind.
3A zeigt einen einzelnen Detektor 300, der zur Verwendung in Detektorfeldern geeignet ist, wie sie oben beschrieben sind. Der Detektor 300 weist eine Halbleiterschicht 310 auf, die eine aktive Region 315 aufweist, die eine Photodiode mit darunterliegenden Schichten bildet. Ein Filter 320, der ein Wellenleitergitter, ein Gitterfilter, ein Fabry-Perot-Filter, oder eine andere Filterausgestaltung sein kann, liegt über der aktiven Region 315 und kann Licht der Wellenlänge/Frequenz, die der Detektor 300 erfasst, selektiv weiterleiten. Als Alternative zur Verwendung eines darüberliegenden Filters kann ein aktiver Bereich 360 einer Photodiode 350, wie in 3B gezeigt, gemustert werden, beispielsweise durch Bohren von Löchern 317, um Interferenzeffekte zu erzeugen, die spezielle Lichtwellenlängen/Frequenzen akzeptieren oder verwerfen. Die Detektoren 300 oder 350 können monolithisch mit gleichen Detektoren integriert werden, die Filter oder aktive Schichten aufweisen, die zur Detektion unterschiedlicher Lichtwellenlängen ausgestaltet sind.
4 ist ein Blockdiagramm eines Dekodiersystems 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Dekodiersystem 400 umfasst ein Detektorfeld 410, das N Typen an Detektoren aufweist, die wie oben beschrieben angeordnet sind, Kanalelektroniken 420-1 bis 420-N für N Kanäle, die jeweils mit den N Typen an Detektoren verbunden sind, und eine Datendekodiereinheit 430, die elektrische Signale von den Kanalelektroniken 420-1 bis 420-N dekodiert, um empfangene Daten zu extrahieren. Das Detektorfeld 410, die Kanalelektroniken 420-1 bis 420-N und die Datendekodiereinheit 430 können alle in einer einzelnen integrierten Schaltung gefertigt werden, oder können auf unterschiedlichen Bauteilen liegen.
Das Detektorfeld 410 weist Detektoren auf, die zum Umwandeln optischer Signale mit speziellen Frequenzen oder in speziellen Frequenzbändern in elektrische Signale geeignet sind. Wie oben offenbart, kann jeder solche Detektor eine Photodiode und einen Filtermechanismus aufweisen, der die Frequenz des Lichts auswählt, das den Detektor veranlasst, ein elektrisches Signal zu erzeugen. Im Allgemeinen werden nur die Detektoren, die ausreichend durch das WDM-Signal beleuchtet werden, ein brauchbares Signal erzeugen, und die Spannungs- oder Stromamplitude von den beleuchteten Detektoren wird im Allgemeinen von der Intensität des auftreffenden Lichtes und dem Anteil der beleuchteten Detektorfläche abhängen. Andere Detektoren werden entweder ein Rauschen oder kein Signal erzeugen.
Jede Einheit an Kanalelektroniken 420-1 bis 420-N ist einem speziellen Detektortyp in dem Detektorfeld 410 zugeordnet und kombiniert die Signale von allen Detektoren des entsprechenden Typs. In einem einfachen Ausführungsbeispiel ist jede Einheit an Kanalelektroniken 420-1 bis 420-N ein Knoten, mit dem die Ausgangsanschlüsse aller Detektoren des entsprechenden Typs verbunden sind. Beispielsweise können die Ausgangsanschlüsse aller Detektoren des Typs 1 mit einem einzelnen Knoten in der Kanalelektronik 420-1 verbunden sein, und die aktiven oder beleuchteten Detektoren des Typs 1 treiben das Ausgangssignal der Kanalelektronik 420-1 an. Ebenso können die Ausgangsanschlüsse aller Detektoren des Typs N mit einem einzelnen Knoten in der Kanalelektronik 420-N verbunden sein, so dass die aktiven oder beleuchteten Detektoren des Typs N das Ausgangssignal der Kanalelektronik 420-N antreiben. Alternativ kann jede Einheit an Kanalelektroniken 420-1 bis 420-N eine aktive Schaltung umfassen, die Detektoren des entsprechenden Typs identifizieren, die brauchbare Signale erzeugen. Die aktive Schaltung kann beispielsweise Verbindungen zu Detektoren des jeweiligen Typs abschalten, falls deren entsprechende Ausgangssignale auf Pegeln liegen, die ein niedriges Signal-zu-Rausch-Verhältnis zeigen, oder falls die Detektoren von einem ermittelten Strahlort entfernt sind.
Die Datendekodiereinheit 430 empfängt und dekodiert N elektrische Signale jeweils von den Kanalelektroniken 420-1 bis 420-N. In einer typischen Anwendung werden die Amplituden der Trägerfrequenzen des optischen WDM-Signals moduliert, um Daten in N Kanälen zu repräsentieren. Die Datendekodiereinheit 430 dekodiert die Modulation, um die empfangenen Daten zu extrahieren und zu konstruieren.
Auch wenn die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist die Beschreibung lediglich ein Beispiel einer Anwendung der Erfindung und sollte nicht als Einschränkung angesehen werden. Beispielsweise wird oben auf Licht oder optische Systeme Bezug genommen, solche Bezugnahmen sind jedoch nicht auf sichtbares Licht oder Systeme für sichtbares Licht beschränkt. Die oben beschriebenen Prinzipien können viel mehr bei einem breiten Spektrum elektromagnetischer Strahlung angewendet werden. Zahlreiche weitere Anpassungen und Kombinationen der Merkmale der offenbarten Ausführungsbeispiele liegen innerhalb des Bereichs der Erfindung, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.
Zusammenfassung
Ein System (100) kann einen Sender (114) umfassen, der ein optisches Signal (118) mit einer Vielzahl an Trägerfrequenzen erzeugt, und einen Empfänger (116), der von dem Sender (114) durch den freien Raum getrennt ist, durch den sich das optische Signal (118) ausbreitet. Der Empfänger (116) umfasst ein Feld (200) an Detektoren von verschiedenen Typen, wobei die Typen in der Lage sind, Licht zu detektieren, das jeweils die Trägerfrequenzen aufweist. Ein Ort eines Auftreffbereichs (220), bei dem das optische Signal auf das Detektorfeld (200) auftrifft, hängt im Allgemeinen von einer Fehlausrichtung des Empfängers (116) bezüglich des Senders (114) ab, die Detektoren in dem Detektorfeld (200) sind jedoch so angeordnet, dass wenigstens ein Detektor jedes Typs Licht von dem optischen Signal (118) detektiert, unabhängig davon, wo sich der Auftreffbereich (220) auf das Detektorfeld (200) befindet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 3971065 [0017]
- US 5965875 [0017]

Claims

System für ein in der Wellenlänge gemultiplextes optisches Signal, wobei das System folgendes umfasst: ein Feld (200) an Detektoren einer Vielzahl an Typen, wobei jeder der Detektoren in der Lage ist, Licht mit einer Frequenz, die dem Typ des Detektors entspricht, zu detektieren, wobei die Detektoren so angeordnet sind, dass ein beliebiger Auftreffbereich (220) des in der Wellenlänge gemultiplexten optischen Signals auf das Feld eine detektierbare Lichtmenge bei wenigstens einem Detektor jedes Typs liefert; und eine Vielzahl an Einheiten (420) an Kanalelektroniken, wobei jede der Einheiten (420) an Kanalelektroniken einem der Typen der Detektoren entspricht und mit all den Detektoren des entsprechenden Typs verbunden ist.
System nach Anspruch 1, bei dem die Typen an Detektoren aus n² Typen bestehen, wobei n eine ganze Zahl ist, und das Feld (200) an Detektoren mit quadratischen Gruppen (205) aus n² benachbarten Detektoren gekachelt ist, wobei jede quadratische Gruppe (205) einen Detektor jedes Typs enthält.
System nach Anspruch 1, bei dem die Typen an Detektoren aus n(n – 1) Typen bestehen, wobei n eine ganze Zahl ist, und das Feld (230) an Detektoren mit rechteckförmigen Gruppen (235) aus n(n – 1) benachbarten Detektoren gekachelt ist, wobei jede rechteckförmige Gruppe (235) einen Detektor jedes Typs enthält.
System nach Anspruch 1, bei dem die Typen an Detektoren aus N Typen bestehen und das Feld (240) an Detektoren mit L-förmigen Gruppen (245) aus N benachbarten Detektoren gekachelt ist, wobei jede L-förmige Gruppe (245) aus einem Detektor jedes Typs besteht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem: das Feld (200) und die Einheiten (420) an Kanalelektroniken Komponenten eines Empfängers (116) sind; das System ferner einen Sender (114) umfasst, der das in der Wellenlänge gemultiplexte Signal erzeugt und das in der Wellenlänge gemultiplexte Signal durch den freien Raum zum Empfänger (116) überträgt; und der Auftreffbereich (220), bei dem das in der Wellenlänge gemultiplexte Signal auf das Feld (220) auftrifft, einen Ort hat, der von einer Fehlausrichtung des Empfängers (116) bezüglich des Senders (114) abhängt.
System nach Anspruch 5, bei dem die Fehlausrichtung eine Größe hat, die größer als eine Breite des Auftreffbereichs (220) ist.
System nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Feld (200) eine Breite hat, die größer als eine maximale für die Fehlausrichtung erwartete Größe ist.
System nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei dem das System ein Serversystem (100) umfasst, das einen ersten Blade (110) aufweist, auf dem sich der Sender (114) befindet, und einen zweiten Blade (110), auf dem sich der Empfänger (116) befindet.
Verfahren, das folgendes umfasst: Übertragen eines optischen Signals (118) mit einer Vielzahl an Trägerfrequenzen durch den freien Raum von einem Sender (114) zu einem Empfänger (116); Bereitstellen in dem Empfänger (116) eines Feldes (100) an Detektoren mehrfacher Typen, wobei die Typen in der Lage sind, Licht zu detektieren, das jeweils die Trägerfrequenzen aufweist; Empfangen des optischen Signals an einem Auftreffbereich (220) auf dem Feld (200), wobei ein Ort des Auftreffbereichs (220) von einer Fehlausrichtung des Empfängers (116) bezüglich des Senders (114) abhängt; und Detektieren jeder der Trägerfrequenzen mit wenigstens einem der Detektoren, der in der Lage ist, die Trägerfrequenz zu detektieren, wobei die Detektoren in dem Feld so angeordnet sind, dass wenigstens ein Detektor jedes Typs Licht von dem optischen Signal (118) empfängt, unabhängig von dem Ort des Auftreffbereichs (220) auf dem Feld (200).
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Übertragen eines optischen Signals (118) das Übertragen des optischen Signals (118) von einem ersten Blade (110) in einem Serversystem (100) zu einem zweiten Blade (110) in dem Serversystem (100) umfasst, und das optische Signal (118) Daten von dem ersten Blade (110) zum zweiten Blade (210) überträgt.