JP2006113566A - 再構成可能なチップ間の光相互接続をもつ光−電子プロセッサ - Google Patents

再構成可能なチップ間の光相互接続をもつ光−電子プロセッサ Download PDF

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Abstract

【課題】 情報通信の成長に追従するために情報処理システム及びネットワークサーバの能力に対処すること、及び現在の電子コンポーネント、電子インターコネクション、及びアセンブリ技術によりシステムに課される物理的な制約に対処する。
【解決手段】 本発明は、光−電気プロセッサ、スケーラブルコンピュータアーキテクチャ及びスケーラブルネットワークサーバのための再構成可能な光インターコネクションに関する。光−信号相互接続は、プロセッサの通常動作の間、適応的、又は再構成可能である場合がある。多数の光−信号相互接続は、少数の光送信機及び/又は光受信機を使用して、プロセッサのコンポーネントの間で提供される場合がある。
【選択図】 図1

Description

本発明は、スケーラブルコンピュータアーキテクチャ及びスケーラブルネットワークサーバでの使用に適したチップ間の光インターコネクションをもつ光電子プロセッサに関する。より詳細には、本発明は、適応可能なチップ間の光インターコネクションをもつ光−電子プロセッサに関する。
メインステイのコンピュータネットワーク及びネットワークサーバシステムは、コンポーネントボード上の集積回路(IC)チップ間で電気的な相互接続を使用しており、コンポーネントボードを相互接続するためにバスベースの相互接続プレーン上の電気的な相互接続を使用している。これらのシステムにおける通信速度は、信号周波数が増加するときに抵抗が増加する公知の「表皮効果」、及びキャパシタンス効果により共に制限される。電気的な相互接続の抵抗及びキャパシタを克服するため、よりパワフルなバスドライバが使用されている。しかし、これらのドライバは、システムの電力消費量を増加させ、システムのための更なるクーリングを必要とする。
最近、インターネット、ローカルネットワーク、及びサーバ間の高速データ交換を通して伝達される情報量において爆発的に成長している。現在の情報処理システム及びネットワークサーバは、かかる成長に追従することが困難であり、電子コンポーネント、電子インターコネクション、及びアセンブリ技術の物理的な制約に直面している。
本発明は、情報通信の成長に追従するために情報処理システム及びネットワークサーバの能力に対処すること、及び現在の電子コンポーネント、電子インターコネクション、及びアセンブリ技術によりシステムに課される物理的な制約に対処することに向けられる。
本発明をなす一部として、本発明者は、コンポーネントボード間のボード同士の電子インターコネクションが光−信号インターコネクションで置き換えられることを認識している。光信号の伝播は、抵抗、キャパシタ、又は表皮効果により制限されず、光ビームは、導波路及び光受信機における光吸収により僅かな熱消失量を発生する。しかし、本発明者は、光−信号インターコネクションでそれぞれのボード間の電気インターコネクションを直接置き換えることは、一方のボード上の専用の光送信機、別のボード上の専用の光受信機、並びに光送信機及び光受信機間の1以上の導波路の専用のコンフィギュレーションを必要とすることを認識している。スケーラブル−アーキテクチャコンピュータシステム及びブレードタイプのネットワークサーバは、大量のボード間の電気インターコネクションを有し、したがって、電気インターコネクションを光−信号インターコネクションで置き換えることは、それぞれのコンポーネントボード上に組み込まれる大量の光送信機と光受信機を必要とする。これにより、それぞれのコンポーネントボードのサイズ及び費用を非常に増加させ、スケーラブル−アーキテクチャコンピュータシステム及びブレードタイプのネットワークサーバにおける光−信号インターコネクションを使用する成長力及び費用対効果に関する疑いをもつ。
本発明をなす更なる一部として、本発明者は、多くのスケーラブル−アーキテクチャコンピュータシステム及びブレードタイプのネットワークサーバがそれらのボード間の電気インターコネクションの比較的低い利用を有しているという点を発見している。すなわち、かかるシステムのそれぞれのコンポーネントボードが他のコンポーネントボードのそれぞれへの幾つかの電気インターコネクションを有し、非常に少ない数の電気インターコネクションがいずれか1回で使用される。さらに、電気インターコネクションが使用されたとき、大幅な時間の間に強烈に使用される傾向があり、次いで、再び使用される前に、大幅な時間の間に使用されなくなる。
本発明をなす一部として、本発明者は、ボード間の光−信号インターコネクションの実現は、(置き換えられる光インターコネクションの数に比較して)少数の光−信号インターコネクションを使用することで、又はコンピュータシステム又はネットワークサーバの通常動作の間に、光−信号インターコネクションを適応可能又は再構成可能にすることで実行可能及び費用対効果を高くすることができる。例として、3つのボード間の電気インターコネクションを3つの他のコンポーネントボードに置き換えるためにコンポーネントボード上の3つの光送信機を使用する代わりに、単一の光送信機が使用され、その出力は、コンポーネントボードの制御下にある光偏向デバイスにより3つの導波路のうちの1つ(又は可能であれば3つの導波路のうちの2つ、若しくは3つの導波路のうちの3つ)に導かれる。同様に、3つのボード間の電気コネクションを3つの他のコンポーネントボードに置き換えるためにコンポーネントボード上の3つの光受信機を使用する代わりに、単一の光受信機が使用され、その入力は、コンポーネントボードの制御下にある別の光偏向デバイスにより導波路のうちの1つに光学的に結合される。
したがって、本発明の第一の例示的な実施の形態は、コンピュータシステム、又はネットワークサーバ等としての使用のために適したプロセッサを包含している。プロセッサは、少なくとも、第一の集積回路(IC)チップ、第二のICチップ、及び第三のICチップを有しており、それぞれのICチップは、コンポーネントボードのような基板に搭載されている。通常、ICチップは、個別の基板に搭載されているが、2以上のICチップは、共通の基板上に搭載されている場合がある。ICチップは、プロセッサの動作を支持するタスクを実行し、第一のICチップは、第二及び第三のICチップのいずれかに伝達されるべき信号を発生する。プロセッサは、第一のICチップからの第一の電気信号を受け、第一の電気信号に関して光出力で光信号を発生する第一の光送信機を更に有している。第一の光送信機は、第一のICチップに集積されるか、又は別のチップに集積される場合がある。プロセッサは、光入力を有し、その光入力で受けた光の量に関して第二の電気信号を発生する第一の光受信機を更に有する。第二の電気信号は、第二のICチップに電気的に結合され、第一の光受信機は、第二のICチップ又は別のチップに集積される場合がある。プロセッサは、光入力を有し、その光入力で受けた光の量に関して第三の電気信号を発生する第二の光受信機を更に有している。第三の電気信号は、第三のICチップに電気的に結合されており、第二の光受信機は、第三のICチップ又は別のチップに集積される場合がある。プロセッサは、そこから光信号を受けるために第一の光送信機の光出力に光学的に結合される光入力、光が第一の光受信機に伝達されるのを可能にする第一の光導波路に光学的に結合される第一の光出力、光が第二の光受信機に伝達されるのを可能にする第二の出力導波路に光学的に結合される第二の光出力、及び第一の制御信号を電気的な形式で受ける電気入力を有する光偏向器を更に有している。光偏向器は、電気制御信号が第一の状態を有するとき、第二の出力導波路よりも第一の導波路に受けた光信号を結合し、電気的な制御信号が第二の状態を有するとき、第一の出力導波路よりも第二の導波路に受けた光信号を結合する。光偏向器は、第一のICチップと同じ基板に配置されるか、又は光相互接続ボードに配置される場合がある。第一の制御信号は、プロセッサ内のチップ又はコンポーネントにより発生される場合があり、第一のICチップ又は第一のICチップと同じ基板に位置される別のICチップにより生成される場合がある。
先の例では、光信号を受けることは、多数のやり方で扱われる場合がある。1つのコンフィギュレーションでは、第一及び第二の光受信機のそれぞれは、単一の専用の導波路からの光信号を受ける場合がある。別のケースでは、第一及び第二の光受信機のそれぞれは、先に記載されたものに類似する光偏向器による動作の間に適応的に選択される複数の導波路のうちの1つからその光信号を受ける場合がある。後者のコンフィギュレーションにより、多数の導波路が多重化された方式で共有される少数のバスタイプの導波路で置き換えられるのを可能にする。
本発明の第二の例示的な実施の形態は、コンピュータシステム、又はネットワークサーバ等として使用するために適切なプロセッサを包含している。プロセッサは、少なくとも、第一のICチップ、第二のICチップ、及び第三のICチップを有しており、それぞれのICチップは、コンポーネントボードのような基板に搭載されている。通常、ICチップは、個別の基板に搭載されるが、2以上のICチップは、共通の基板に搭載される場合がある。ICチップは、プロセッサの動作を支持するタスクを実行し、第一のICチップは、第二及び第三のICチップのうちの一方から伝達される信号を光形式で受ける。プロセッサは、光入力を有し、その光入力で受けた光の量に関して第一の電気信号を発生する第一の光受信機を更に有している。第一の電気信号は、第一のICチップに電気的に結合され、第一の光受信機は、第一のICチップ又は別のチップのいずれかに集積される場合がある。プロセッサは、第二のICチップからの第二の電気信号を受け、第二の電気信号に関して光出力光信号を発生する第一の光送信機を更に有している。第一の光送信機は、第二のICチップに集積されるか、又は別のチップに集積される場合がある。プロセッサは、第三のICチップから第三の電気信号を受け、第三の電気信号に関して光出力で光信号を発生する第二の光送信機を更に有する。第二の光送信機は、第三のICチップに集積されるか、又は別のチップに集積される場合がある。プロセッサは、光が第一の光送信機から伝達されるのを可能にする導波路に光学的に結合される第一の光入力、光が第二の光送信機から伝達されるのを可能にする導波路に光学的に結合される第二の光入力、第一の光受信機の光入力に光学的に結合される光出力、及び電気的な形式で第一の制御信号を受ける電気的な入力を有する光偏向器を更に有している。光偏向器は、その光入力とその光出力との間での第一の光結合効率、その第二の光入力とその光出力との間での第二の光結合効率を更に有している。第一の光偏向器は、第一の制御信号が第一の状態を有するとき、第二の光結合効率よりは第一の光結合効率をなし、第一の制御信号が第二の状態を有するとき、第一の光結合効率よりも高い第二の光結合効率をなす。光偏向器は、第一のICチップと同じ基板に配置されるか、又は光相互接続ボードに配置される場合がある。第一の制御信号は、プロセッサ内のいずれかのチップ又はコンポーネントにより発生され、第一のICチップと同じ基板に位置される第一のICチップ又は別のチップにより生成される場合がある。
先の例では、光信号の送信は、多数の方式で処理される場合がある。1つのコンフィギュレーションでは、第一及び第二の光送信機のそれぞれは、その光出力を単一の専用の導波路に結合する。別のケースでは、先に記載された第一の例示的な実施の形態のように、第一及び第二の光送信機のそれぞれは、先に記載されたように、その光信号を光偏向器による動作の間に適応的に選択された複数の導波路のうちの1つ(又はそれ以上)に結合する場合がある。後者のコンフィギュレーションは、多数の導波路が多重化された方式である少数のバスタイプの導波路により置き換えられるのを可能にする。
これに応じて、本発明の目的は、スケーラブル−アーキテクチャコンピュータ及びネットワークサーバがより多くの情報を処理するのを可能にすることである。
本発明の更なる目的は、少数の光送信機及び/又は光受信機を使用してコンポーネントボード間の多数の光−信号相互接続を提供することにある。
本発明の更なる目的は、大規模プロセッサにおける光−信号相互接続を実現するコストを低減することにある。
これらの目的及び他の目的は、本明細書、請求項及び添付図面から当業者にとって明らかとなるであろう。
図1は、参照符号100で、本発明の実施の形態のプロセッサの外観図を示している。プロセッサ100は、好ましくは取り外し可能な方式でメインのオプティカルバックプレーン110に機械的に結合される複数のコンポーネントボード120を有している。光信号は、更に詳細に以下に記載されるように、コンポーネントボード120の間で経路制御される。コンポーネント120は、コンピュータシステムの姉妹ボード又はネットワークサーバのプロセッサブレードのような、電気‐光ベースのシステムのコンポーネントボードである場合がある。コンポーネントボード120は、ベース基板122、複数の集積回路チップ(ICチップ)130、1以上のチップ上に形成される複数の光−電気デバイス135、ベース基板122内に形成されるか、及び/又はベース基板122上に形成される電気的なトレース125からなるネットワーク、ベース基板122に形成される複数の光偏向器140、及びベース基板122に形成される複数の光導波路を有している。図1における視覚的な明確さのため、これらのエレメントの幾つか、及びそれらの参照符号は、3つの下側のボードについて省略されている。メインのオプティカルバックプレーン110は、更に詳細に以下に説明されるように、ベース基板112、コンポーネントボード120の間で光信号を相互接続するための基板112の上面又は上面の近くに形成される複数の光導波路115、及び任意に、コンポーネントボード120の間で電気信号を相互接続するために電気的なトレースからなるネットワークを有している。
それぞれのコンポーネントボード120上の電気的なトレース125のネットワークは、ICチップ130を互いに電気的に相互接続し、好ましくは、選択されたICチップを光−電気デバイス135及び光偏向器140に相互接続する。ICチップ130は、チップ及びシステムにより実行される所望の機能を従ってトレース125により相互接続される。光−電気デバイス135、光偏向器140、導波路150、及び導波路115は、コンポーネントボード120の間でボード同士の光−信号インターコネクションを提供する。それぞれの光−電気デバイス135は、光送信機又は光受信機を有する場合があり、それぞれの光−電気デバイス135のチップは、1以上の光送信機、1以上の光受信機、又は光送信機と光受信機の組み合わせを有する場合がある。上段のコンポーネントボード120上の第一のICチップ130で発生された信号は、以下の方式で中段のコンポーネントボード120上の第二のICチップ130に光学的に伝達される場合がある。上段のコンポーネントボード120上の第一のICチップ130は、第一の電気的な情報信号を発生し、この第一の電気的な情報信号は、上段のコンポーネントボード120に位置される第一の光送信機135に電気的に結合される。第一の光送信機135は、第一の電気的な情報信号を第一の光学的な情報信号に変換し、該第一の光学的な情報信号を第一の偏向器140に結合する。次いで、第一の偏向器140は、メインのオプティカルバックプレーン110上の第一の導波路115に光信号を伝達する第一の導波路150に第一の光信号を経路制御し、このメインのオプティカルバックプレーン110上の第一の導波路115は、その後、第二のICチップ130について中段のコンポーネントボード120上の第一の光受信機に光信号を伝達する。導波路150と導波路115との間の光信号は、メインのオプティカルバックプレーン110で形成される従来のミラー又はグレーティングにより結合される場合がある。第一の偏向器140は、第一の光信号を第一の光受信機に経路制御するため、第一の導波路150を選択するのを指示する第一の制御信号を受ける。第一の制御信号は、第一のICチップ130とすることができる上段のコンポーネントボード120上のICチップのようなプロセッサ100の電気的なコンポーネントにより発生される。
中段のコンポーネントボード120で、第二の導波路150は、メインのオプティカルバックプレーン110の第一の導波路115からの第一の光信号を受ける。第二の導波路150は、(中段のコンポーネントボード120上の光−電気デバイス135の第二のチップ上に位置される)第一の光受信機135に第一の光信号を直接伝達するか、又は中段のコンポーネントボード120に位置される第二の偏向器を介して第一の光信号を伝達する場合がある。第一のケースでは、第一の光受信機135は、光信号を電気信号に変換し、この電気信号は、次いで、第二のICチップ130に電気的に結合される。第二のケースでは、第二の偏向器140は、変換のために第一の光受信機135に結合する前に、(他のそれぞれの導波路115に光学的に結合される)多数の他の導波路150から第二の導波路150を選択する。第二の偏向器140は、第二の導波路150を選択することを指示する第二の制御信号を受ける。第二の制御信号は、第二のICチップ130とすることができる中段のコンポーネントボード120上にICチップのようなプロセッサ100の電気的なコンポーネントにより発生される。第一及び第二の制御信号は、その目的のために専用とされる1以上の光導波路115を通して制御信号を送出するか、又は、コンポーネントボード120上の選択されたトレース125に結合されるメインのオプティカルバックプレーン110の任意の電気的なトレース117を通して制御信号を送出することで整合される場合がある。
同様のやり方で、上段のコンポーネントボード120上の第一のICチップ130により生成された第一の情報信号は、下段のコンポーネントボード120上の第三のICチップ130に光学的に伝達される場合がある。先のように、第一の電気的な情報信号は、上段のコンポーネントボード120に位置される第一の光送信機135に電気的に結合され、第一の光送信機は、第一の電気的な情報信号を第一の光情報信号に変換し、該第一の光情報信号を第一の偏向器140に結合する。次いで、第一の偏向器140は、メインのオプティカルバックプレーン110上の第二の導波路115に第一の光信号を伝達する第三の導波路150に第一の光信号を経路制御し、このメインのオプティカルバックプレーン110上の第二の導波路115は、第一の光信号を第三のICチップ130のための下段のコンポーネントボード120上に第二の光受信機135に伝達する。第一の偏向器140への第一の制御信号は、第一の導波路150の代わりに、第三の導波路150を選択することを偏向器に指示する。下段のコンポーネントボード120上で、第四の導波路150は、メインのオプティカルバックプレーン110の第二の導波路115からの第一の光信号を受ける。第四の導波路150は、(下段のコンポーネントボード120上の光−電気デバイス135の第三のチップに位置される)第二の光受信機135に第一の光信号を直接伝達するか、又は下段のコンポーネントボード120に位置される第三の偏向器140を介して第一の光信号を伝達する。第一のケースでは、第二の光受信機は、光信号を電気信号に変換し、この電気信号は、次いで、第三のICチップ130に電気的に結合される。第二のケースでは、第三の偏向器140は、変換のために第二の光受信機に結合する前に、(他のそれぞれの導波路115に光学的に結合される)多数の他の導波路150からの第四の導波路150を選択する。第三の偏向器140は、第四の導波路150を選択することを指示する第三の制御信号を受ける。第三の制御信号は、第三のICチップ130とすることができる下段のコンポーネントボード120上のICチップのようなプロセッサ100の電気的なコンポーネントにより発生される。第一及び第三の制御信号は、その目的のために専用とされる1以上の光導波路115を通して制御信号を送出するか、又は、コンポーネントボード120上の選択されたトレース125に結合されるメインのオプティカルバックプレーン110の任意の電気的なトレース117を通して制御信号を送出することで、調製される場合がある。
このようにして、上段のコンポーネントボード120上のICチップ130から発生された第一の情報信号は、制御信号の調整により他のコンポーネントボードのうちの1つの選択されたチップに光学的に送信することができる。同様にして、他のコンポーネントボード120上のICチップ130により発生された情報信号は、上段のコンポーネントボード120及び他のコンポーネントボード120に光学的に送信される場合がある。このため、それぞれのコンポーネントボードは、光送信機のアレイ、光受信機のアレイ、並びに複数の光偏向器140及び導波路150を有している。これらのコンポーネントの例示的なアレンジメントは、例示的な実施の形態である光偏向器140及び導波路150が記載された後に以下に与えられる。
図2は、例示的な実施の形態140−1である偏向器140及び導波路150の機能を示すコンポーネントボード120の部分的な外観図である。視覚的な明確さのため、光−電気デバイス135のチップは、その下に小さな垂直の破線で示されるように、その通常の位置から上方にオフセットされる。コンポーネントボード120は、ボードの上部にあるコンポーネントレイヤ121を有している。偏向器140−1及び4つの導波路150a−150dは、レイヤ121に埋め込まれている。導波路150aは、光−電気デバイス135のチップと偏向器140−1との間に配置されており、光−電気デバイス135のチップについてアタッチメントエリアの下に配置される第一の端と偏向器140−1に隣接して配置される第二の端とを有している。偏向器152は、導波路150aの第一の端に配置され、導波路150aと光送信機又は光受信機である場合がある光−電気デバイス135との間で光を結合する。(偏向器152にとって、一方の側にある導波路150aと、チップ上の互いに密にグループ化される他の側にある少数の光−電気デバイス135との間で光を結合することが可能である。)偏向器140−1は、プリズムタイプの偏向器であり、第一の光表面141と光を結合するため導波路150aの第二の端に向かって面する第一の光表面141、複数の方向で表面142の内部又は外部で光ビームを結合するために第一の光表面141とは反対に位置される第二の光表面142、及び第一の光表面141と第二の光表面142との間で配置される光−電気材料の本体145を有している。3つの導波路150b〜150dは、第二の光表面142とメインオプティカルバックプレーン110に取り付けられるコンポーネントボード120のアタッチメントエッジとの間に配置される。偏向器140−1は、3つの可能性のある経路に沿って原理的に通過する光を曲げるために構成及び動作され、導波路150b〜150dのそれぞれは、これらの経路のそれぞれ1つに沿ってそれ自身と偏向器140−1との間で光を結合するために位置される。
より詳細には、光は、3つの経路に沿っていずれかの方向で偏向器140−1を通して流れる場合がある。光送信機が(偏向器152を通して)導波路150aに光学的に結合されるケースでは、光は導波路150aを通して偏向器140−1に進み、次いで、導波路150b〜150dのうちの1つに偏向器140−1により3つの経路のうちの1つに沿って主に向けられる。そこから、光は、メインのオプティカルバックプレーン110に向けられる。このケースでは、導波路150aは、入力導波路と呼ばれる場合があり、それぞれの導波路150b〜150dは、出力導波路と呼ばれる場合がある。光受信機が導波路150aに光学的に結合されるケースでは、偏向器140−1は、導波路150b〜150dの少なくとも1つからその第二の光表面で光を受け、導波路150aに向けて受けた光の経路を偏向する。そこから、光は、光−電気デバイス135に向かって導波路150aで伝播する。このケースでは、導波路150aは、出力導波路と呼ばれる場合があり、それぞれの導波路150b〜150dは、入力導波路と呼ばれる場合がある。偏向器140−1は、他の導波路からその第二の光表面で光を受ける場合があるが、この光は、導波路150aに実質的に入力するのを妨げるやり方で変更される。光は導波路150a〜150dにおけるいずれかの方向に進む場合があるので、以下の更に一般的な名前が与えられる場合がある。(コンポーネントボード120の内部に更に向かって位置されるので)内部結合導波路150a、及び(コンポーネントボード120のアタッチメントエッジに位置される)外部結合導波路150b〜150d。
偏向器140−1は、光−電気本体145の上側表面に配置される上部電極143、及び好ましくは光−電気本体145の下側表面に配置される下部電極145を有している。(下部電極144の代わりに、電極は、基板122の上部に形成されるか、コンポーネントレイヤ121よりも下に形成される場合がある。)上部電極143は、2つの非平行な側を有する多角形の形状を有しており、1つのかかる側は、第一の光表面141及び内部導波路150aに面しており、他のかかる側は、第二の光表面及び外部の導波路150b〜150dに面している。トライアングルが図で示されている。下部電極144が使用される場合、上部電極143と同じ形状を有することが好ましく、それとは反対にアライメントされる。それぞれのバイアスにより電極143及び144にそれぞれ結合される電気的なトレース125a及び125bを通して電極間に電圧を印加することで電極143と電極144との間で電場が確立される。電場は、電極間である本体145の一部に屈折率における変化を受けさせ、これにより、電極の多角形の側面のそれぞれの基礎をなす反射率における空間的な変化が生じる。光表面141及び142に面する2つの多角形の側面は平行ではないため、屈折率における空間的な変化は、公知のスネルの法則に実質的に従い、それぞれの電極143の多角形の側面の下で通過するときに光の曲げを生じさせる。結果は、偏向器140−1を通した光の経路の偏向である。偏向の程度は、屈折率における変化に依存し、この屈折率は、印加電圧の極性及び振幅に依存する。プリズム偏向器の作用は、光学技術の分野では公知であって、その詳細な説明は、本発明を実現及び使用するために、光学の技術分野における当業者にとって必要とされない。
本体145の材料、電極143及び144の形状、第二の光表面142と導波路150b〜150dの間の距離は、以下の1,2及び3のように選択されることが好ましい。
1.光は、電極143と電極144との間で+M(又は代替的に−M)の電圧が印加されたとき、偏向器140−1と導波路150bとの間で主に結合される。
2.光は、電極143と電極144との間でゼロボルトが印加されるとき、偏向器140−1と導波路150cとの間で主に結合される。
3.光は、電極143と電極144との間で−M(又は代替的に+M)の電圧が印加されたとき、偏向器140−1と導波路150dとの間で主に結合される。
−M(又は代替的に+M)は、電極143と電極144との間に印加される。Mは、近年のポリマベースの電気−光材料が100ピコメートル/ボルトを超える電気−光係数を有すると仮定して(たとえば、Lumeraによるクロモフォリックオーガニック・エレクトロ−オプテックマテリアル、及び米国特許第6,716,955を参照されたい)、5〜10ボルトの値を有する場合がある。導波路150b〜150dを選択するためにビーム偏向を設定するために電圧+M,0,−Mを使用する代わりに、電圧+M/2,+M,又は0,−M/2,−M(すなわち、1つの極性の全ての電圧)を使用する場合もある。
図3は、偏向器140−1及び導波路150a〜150d、並びに偏向器140−1と導波路150b〜150dとの間で確立することができる3つの光経路の上面図を示している。導波路150b及び150dへの経路の偏向角は、いずれかの方向で0.5°で小さい場合がある。導波路150b及び150dは、導波路150cの光学軸と実質的に偏向なラインに偏向された光をステアリングするのを助けるため、小さな湾曲を有する。導波路150b及び150dの湾曲は、5°前後である場合がある。導波路150a〜150d及び偏向器140−1は、過度の実験なしに従来の導波路処理ステップにより形成される場合がある。
偏向器140−1が光−電気デバイス135からの光を受けたとき、第一の光表面141は、光信号を受けるため偏向器のための光入力を提供し、第二の光表面142は、図3における参照符号P1,P2及びP3で示されるように、導波路150b〜150dへの3つの光経路の出力ポイントで3つの光出力を提供する。第一の制御信号は、3つの状態を有する場合があり、それぞれの状態は、それぞれの光経路をそれぞれの光出力P1〜P3を選択する。第一の状態では、偏向器140−1は、光出力P2及びP3よりも光出力P1に受信された光信号を多く結合し、これにより、光信号の大部分が導波路150bに進む。第二の状態では、偏向器140−1は、光出力P1及びP3よりも光出力P2に受信された光信号を多く結合し、これにより、光信号の大部分が導波路150cに進む。第三の状態では、偏向器140−1は、光出力P1及びP2よりも光出力P3に受信された光信号を多く結合し、これにより、光信号の大部分が導波路150dに進む。
偏向器140−1が光−電気デバイス135に光を伝達するとき、第一の光表面141は、光信号を出力するため、偏向器のための光出力を提供し、第二の光表面142は、図3における参照符号P1,P2及びP3で示されるように、導波路150b〜150dから3つの光経路の入力ポイントで3つの光入力を提供する。プリズム偏向器は、それぞれの光入力P1〜P3と光出力との間にそれぞれの可変の結合効率を提供する。それぞれの結合効率は、電極143への電圧が変化したときに変化する。電極143に結合される第一の制御信号は、3つの状態を有する場合があり、1つの状態は、他の結合効率に関してその光入力への結合効率を増加することで、それぞれの光経路及びそれぞれの光入力P1〜P3を選択する。第一の状態では、偏向器140−1は、光入力P1への結合効率を光入力P2及びP3への結合効率よりも著しく高くする。第二の状態では、偏向器140−1は、光入力P2への結合効率を光入力P1及びP3への結合効率よりも著しく高くする。第三の状態では、偏向器140−1は、光入力P3への結合効率を光入力P1及びP2への結合効率よりも著しく高くする。
図2及び図3の説明の結びとして、図2に示される電気−光デバイス135は、チップ130aとデバイス135のチップとの間に示される電気的なトレースを介してチップ130aに結合されるその電気的な端子を有している。デバイス135が光送信機である場合、これらのトレースは、光信号に変換される電気信号を提供する。デバイス135が光受信機を有する場合、これらのトレースは、光信号から変換された電気信号を提供する。
図4は、本発明に係る例示的な第二の実施の形態の光偏向器240の断面図であり、図5は、部分的な外観図を示している。光偏向器240は、2つのICチップに同時に送信される、又は2つのICチップのうちの唯一に送信されるときに有効である。偏向器240及び140−1は、同じ基板上で使用される場合があり、直列に結合される場合がある(すなわち、偏向器140−1の出力が偏向器240の入力に結合する場合があり、偏向器240の出力が偏向器140−1の入力に結合される場合がある)。光偏向器240において、内部導波路150aが使用されず、2つの外部の導波路150b及び150cが使用される。導波路150cは、導波路150bの上に配置され、それぞれは、チップホールディングデバイス135の下又は近くに配置される第一の端、及びメインのオプティカルバックプレーン110に基板120のアタッチメントエッジの近くに配置される第二の端を有している。図では、導波路150b及び150cのコアボディがクリアエリアで示されており、斑点が埋めたれたパターンでクラッドレイヤが示されている。導波路は、それらのコアボディが、シングルモード導波路について15ミクロンまで又は15ミクロン以上で分離され、マルチモード導波路について50ミクロンまで又は50ミクロン以上で分離されるように配置されることが好ましい。以下に記載されるコンポーネントレイヤ121のサブレイヤ121bは、所望の空間的な距離を提供するために使用することができる(クラッドレイヤの屈折率に等しいか又は該屈折率よりも低い屈折率を有することが好ましい)。図5は、平行なやり方で導波路150dの上に配置される導波路150c及び導波路150dの真上に配置される導波路150cを示しているが、導波路150cは導波路150dに上にある場合があるが、並列な関係にある場合があることが理解される。以下に説明されるように、光偏向器240の構造は、スネルの法則、全体的な内部反射、部分的な反射及び部分的な送信に基づいている。
光偏向器240は、角度付けされた反射体245及び可変の反射体250を有している。角度付けされた反射体245は、導波路150bの左端に配置されており、導波路150bのコアボディと可変の反射体250の下側表面との間で光を反射する。角度付けされた反射体245は、コンポーネントレイヤ121のサブレイヤ121aの傾斜付けされた側の表面に渡り形成されるメタルレイヤを有することが好ましく、側面は、ベース基板122の上側表面及びコンポーネントレイヤ121の上側表面に関して、及び導波路150bの光伝播軸に関して傾斜付けされる。本明細書で使用されるように、形容詞「傾斜付けされた“beveled”」は、(たとえば、導波路の光伝播軸といった)基準表面又は基準線に関して、90°(直角)を除くいずれかの角度である傾斜角度による、傾斜角度に形成されることを意味する。角度付けされた反射体245は、以下の処理ステップのシーケンスにより形成される場合がある。写真の画像形成可能な(photo-imageable)ポリマーを使用してサブレイヤ121aを形成するステップ、傾斜付けされた側面を定義するグレイスケールマスクを通してサブレイヤを写真露光する(photo-exposing)ステップ、傾斜付けされた側面を形成するために露光されたレイヤを現像するステップ、次いで、傾斜付けされた側面(side surface)にわたりメタルレイヤを形成するステップ。その後、導波路150bのレイヤが形成され、これに続き、導波路150bと導波路150cの間のスペーサレイヤと同様に平坦化層としての役割を担うサブレイヤ121bの形成が続く。このように、角度付けされた反射体245の金属表面は、ベース基板122の上側表面に関して傾斜された角度をなす。また、以下のステップにより角度付けされた反射体245をなすことも可能である。密に整合された光化学を有する写真の画像形成可能なコア及びクラッドレイヤからなるスラブ導波路としてサブレイヤ121aをはじめに形成するステップ、傾斜された側面及び導波路150bの両者を定義するグレイスケールのマスクを通してスラブ導波路を光露光するステップ、傾斜された側面と導波路150bを形成するため露光されたレイヤを現像するステップ、次いで、傾斜された側面にわたりメタルレイヤを形成するステップ。
可変の反射体250は、デバイス135に面する上部表面251、角度付けされた反射体245に向かって面する下側表面252、導波路150cの第一の端に面する第一の側面254、上側表面251と下側表面252との間に配置される電気−光材料からなる本体255、及び、上側表面251と下側表面252との間に配置され、電気−光材料からなる本体255に隣接する高い屈折率の材料からなる本体260を有している。インタフェース表面253は、本体255と本体260との間に配置され、ベース基板122の上側表面に関して、コンポーネントレイヤ121の上側表面に関して、及び導波路105cの光伝播軸に関して傾斜される。言い換えれば、インタフェース表面253は、基板122及びコンポーネントレイヤ121の上側表面、並びに導波路105cの光伝播軸に関する傾斜角度に形成されており、傾斜角度は、90°を除くいずれかの角度である。好ましくは、傾斜角度は、45°のうちの1°又は2°内であり、より好ましくは、45°のうちの0.5°である。インタフェース表面253は、好ましくは平面である。本体260の屈折率は、電気−光材料からなる本体部250の固有な屈折率よりも実質的に大きく、好ましくは少なくとも10%高い。本実施の形態で使用されるように、電気−光材料の固有の屈折率は、物質において電場が存在しないとき、材料の屈折率である。本体260の屈折率は、固有な屈折率よりも20%高く、及び35%高い。
図5は、光偏向器240並びに導波路150b及び150cの部分的な外観図である。コンポーネントレイヤ121のサブレイヤ121cは、視覚的な明確さのため省略されている。見ることができるように、可変の反射体250は、第一の側面254に実質的に横切って指向される第二の側面256及び第三の側面257を更に有している。第一の電極258は、第二の側面256に配置されており、第二の電極259は、第三の側面257に配置されている。電極258及び259は、第一の制御信号に関して電気−光材料からなる本体255に電場を印加する。電場は、本体255の屈折率を変化させ、電場及び屈折率の両者は、第一の制御信号の値につれて変化する。電極258及び電極259は、典型的にはシングルモード導波路について5ミクロン〜10ミクロン、マルチモード導波路について25ミクロン〜50ミクロンの範囲にわたる、導波路150cにおけるコアボディの幅のオーダに関する距離で互いに離れている場合がある。電極は、それらの表面からの反射を最小にするためにタングステンから構成されている。ボディ255及び260は、従来のフォトリソグラフィ方法により形成することができる。インタフェース表面の傾斜を達成するため、レイヤ121b上に電気−光材料からなる矩形ストリップを形成し、その後、ベース基板122の上側表面に対する角度(たとえば、45°の角度)でレーザ光によりレーザアブレーションで傾斜をカットする。また、テーパー付きマスクを通したプラズマエッチングが使用される場合があり、テーパー付きマスクは、グレイスケールマスクを通して露出されるフォトレジストを有している。傾斜されたエッジをもつブレードを使用したダイシングも可能である。インタフェース表面253が形成された後、本体260は、従来のプロセスステップにより形成及びパターニングされる場合がある。その後、従来のスパッタリング及びエッチングステップにより電極が形成される場合がある。
可変の反射体250は以下のように作用する。光ビームをコンポーネントレイヤ121の上側表面に、特に高い屈折率材料の上側表面251及び本体260に向ける光送信機を有する光−電気デバイス135に注意する。本体255の固有の屈折率、本体260の屈折率、及びインタフェース表面253の傾斜角度は、インタフェース表面253が光送信機から放出される光について全体の内部反射(すなわち臨界角)の初期ポイントの近く、又は初期ポイントであるように選択される(すなわち、レイヤ121の上側表面及びベース基板122に垂直に向けられる光)。この選択は、スネルの法則、及び、購入又はインターネット(たとえば、http://www.physics.nwu.edu/ugrad/vpl/optics/snel.html)で利用可能なコンピュータシミュレーションプログラムの適用により行うことができる。次いで、第一の制御信号により向けられるように、本体255の屈折率を変えることで、デバイス135からの光の大部分をインタフェース表面253から側面254を通して導波路150cの第一の端に反射することができ、光の大部分を下側表面252から出すために、インタフェース表面253を通して送信することができ、ここで、光は角度付けされた反射体245に衝突し、導波路150bの第一の端に入る。また、光にインタフェース表面253で分裂させるために屈折率が変化し、これにより、近似的に2分の1が導波路150cに反射され、近似的に2分の1が導波路150cに送信される。
このようにして、可変の反射体250の上側表面251は、偏向器240の光入力として作用し、第一の側面254は、偏向器240の第一の光出力として作用し、下側表面252及び角度付けされた反射体245は、偏向器240の第二の光出力として作用する。さらに、第一の結合効率は、光入力と第一の光出力との間で提供され、第二の結合効率は、光入力と第二の光出力との間で提供され、電気−光本体255の屈折率における変化は、これらの結合効率の相対値を第一の制御信号の状態に関して変化するのを可能にする。第一の結合効率は、第一の制御信号の1つの状態における第二の結合効率よりも高い場合があり、第二の状態における第二の結合効率よりも低く、第三の状態における第二の結合効率に実質的に等しい。
以下の例を与える。本体255は、電場なしで1.39の屈折率を有している。屈折率は、電極259に関して電極258への負の電圧の印加により1.38の値に変化することができ、電極259に関して電極258への正の電圧の印加により1.41の値に変化することができる。他方で、本体260は、1.95の屈折率を有している(本体255の固有の屈折率よりも40%高い)。本体255が1.38の屈折率を有するようにされたとき、光の78%がインタフェース表面253から導波路150cに反射され、22%が導波路150bの表面を通して送信される。この状態において、第一の結合効率は78%であり、第二の結合効率(22%)よりも高い。本体255が1.39の屈折率を有するようにされたとき、光の48%がインタフェース表面253から導波路150cに反射され、52%が表面を通して導波路150bに送信される。この状態では、第一の結合効率は48%であり、第二の結合効率(52%)に実質的に等しい。本体255が1.41の屈折率を有するようにされたとき、光の30%がインタフェース表面253から導波路150cに反射され、70%が表面を通して導波路150bに送信される。この状態では、第一の結合効率は30%であり、第二の結合効率(70%)よりも低い。一般に、この光を受ける光検出器は、30%の値が光検出器の検出閾値以下にあり、50%の値が検出閾値の上にあるように設計することができる。第一の制御信号は、デバイス135からの光ビームの3つの先に分割の中から選択するために3つの状態を有する場合がある。
本体260の高い屈折率の材料は、Brewer Science社により製造されるOptiNDEZ A14マテリアルにより提供される場合がある。これは、純粋なポリマーベースの材料である。別のオプションとして、サファイアのような高い屈折率からなるマイクロ粒子がロードされている従来のポリマーを使用する場合がある。先に例における電気−光材料は、Lumeraによるクロモフォリック・オーガン電気−光材料、又は米国特許第6,716,995号に記載される材料、若しくは高い電気−光係数をもつ新たな高分子を開示する他の最近の特許である場合がある。現在のところ、約120ピコメートル/ボルトの電気−光係数をもつポリマーベースの電気−光材料を容易に得ることができ、これにより、電極258と電極259との間で約92ピコメートル/ボルトの印加で1.39〜1.405に変化することができる。高い電圧ドライバチップは、電極を駆動するために必要とされ、かかるチップは、商業的に入手することができる。第一の制御信号は、その電圧が増幅されたバージョンを生成するためにかかるチップへの入力として提供される場合がある。近い将来において、クロモフォリックオーガニック電気−光材料は、数百ピコメートル/ボルトの係数を有することが期待され、これにより、電極258及び電極259にわたり印加される必要がある電圧を大幅に低減することができる。
光の52%及び70%が角度付けされた反射体245を通して送信される先のケースでは、送信された光ビームは、基板122の上側表面に垂直なラインをもつ38°と33°との間の角度をなす。これは、約35°の平均角度である。この平均角度により、角度付けされた反射体245は、角度付けされた光を受けるため、インタフェース表面253の側面に対して配置され、角度付けされた反射体245の傾斜された表面は、(35°の半分だけ45°よりも少ない)27.5°前後である。35°の平均角度(及び38°から33°への範囲)は、可変の屈折率250の上側表面252と角度付けされた反射体245との間の高い屈折率材料を堆積することで低減することができる。
光−電気デバイス135が光送信機であるとして光偏向器240が記載されているが、該デバイス135が光受信機であり、偏向器240における光の方向が逆転される場合があることを理解されたい。言い換えれば、導波路150b及び150cのそれぞれは、光ビームをインタフェース表面253に結合し、光ビームのうちの1つの大部分は、電気−光本体255の反射率に基づいてデバイス135に結合される場合がある。このケースでは、可変の反射体250の上側表面251は、偏向器240の光出力として作用し、第一の側面254は、偏向器240の第一の光入力として作用し、並びに、下側表面252及び角度付けされた反射体245は、偏向器240の第二の光入力として作用する。さらに、第一の光入力と光出力との間で第一の結合効率が提供され、第二の光入力と光出力との間で第二の結合効率が提供され、電気−光本体255の屈折率における変化は、光が反対方向に向かう先のケースにおいて変化された結合効率と同じやり方で、これらの結合効率の相対的な値が第一の制御信号の状態に関して変化するのを可能にする(言い換えれば、光偏向器240は、リニアシステムである)。第一の結合効率は、第一の制御信号の1つの状態における第二の結合効率よりも高く、第二の状態における第二の結合効率よりも低く、第三の状態における第二の結合効率に実質的に等しい場合がある。
図4及び図5では、高い屈折率の本体260の上側表面は、コンポーネントレイヤ121及びベース基板122の上側表面に実質的に平行して示されている。しかし、本体260の上側表面は、インタフェース表面253でのデバイス135からの光のより多くのシャロウインシデントアングル(shallow incident angle)を形成するために傾斜される場合がある。このケースでは、インタフェース表面253は、ベース基板122の上側表面に関して45°よりも低い角度で傾斜される場合がある。
別の変形例として、インタフェース表面253は、50°及び55°のような、ベース基板122の上側表面に関して45°よりも実質的に大きい角度で傾斜することができる。これは、本体255及び260の屈折率間の差よりも小さい全体の内部反射の初期ポイントを達成するのを可能にする。しかし、急峻な角度は、インタフェース表面253から反射された光を、ベース基板122の上側表面に実質的に平行であるよりはむしろ、ベース基板に向かってコンポーネントレイヤ121への下方に曲げさせる。これは、図4及び図5に示されるよりも低いコンポーネントレイヤ121におけるレベルで導波路150cを位置合わせすることで対処することができ、導波路の左端が下方に曲げられた光を捉えることができる。必要とされる場合、角度付けされた偏向器245のそれに類似する角度付けされた偏向器は、導波路150cの左端に位置することができ、より簡単には、第一の側面254での高い屈折率の本体260のフェースは、表面254を出るとき、インタフェース表面253から水平方向への光を曲げるために傾斜される場合がある。
本出願の請求項は、先に変形例を包含している。
記載された実施の形態である偏向器140及び導波路150を有することで、図1に示されるプロセッサの全体図に戻る。前に示されたように、それぞれのボード間の光コネクションは、偏向器140により構成される場合があり、光ルーティングがメインのオプティカルバックプレーン110を通して行われる。図6において、プロセッサ100で使用される場合があるオプティカルワイヤリングアーキテクチャの外観図が示されており、この図は、バックプレーン110の光導波路115が導波路150b〜150dで相互接続される場合がある1つの方法を示している。4つのコンポーネントボードは、参照符号120−1〜120−4で示されている。導波路115のそれぞれの端で、導波路の端をコンポーネントボードにおける導波路150b〜150dのうちの1つに光学的に結合するため、ミラー又はグレーティングエレメントが配置されている。12の光インターコネクションが提供され、2つがコンポーネントボード120のそれぞれのペアの間を相互接続する(1つの送信及び1つの受信)。6の最短の光インターコネクションが2つの導波路のチャネルに全て配置されるので、12のインターコネクションを実現するため、8つの導波路のチャネルがバックプレーン110で必要とされる。視覚的な明確さのため、図6におけるそれぞれのコンポーネントボード120について、光送信機と光受信機の1つのペアが示される。実際に、それぞれのボードは、送信機/受信機の複数のペアを有し、図6に示される配線図は、それぞれの更なるペアについて複製されている。図6に示されるアーキテクチャの代替として、それぞれがコンポーネントボードのそれぞれへの双方向性の光カプラを有する、導波路115についてオプティカルバスの導波路を使用することができる。これは、導波路115の数を4に低減する(それぞれのコンポーネントボードの受信機について1つ)。しかし、双方向の光カプラは、導波路を通して伝播するにつれて光信号の品質を低下させ、したがって導波路における信号強度が問題となる。
ボード間のインターコネクションに関する記載に焦点を当てたが、本実施の形態で記載される光通信は、チップ間の通信のような、単一のボードに適用される場合もあることを理解されたい。本発明の請求項は、この適用をも包含している。さらに、メインオプティカルバックプレーン110における偏向器140の一部又は全部を配置し、偏向器のための制御信号がバックプレーン110及び/又はコンポーネント基板内で発生される。また、コンポーネントボード120とメインのオプティカルバックプレーン110との間をインタフェースする中間ボード上の偏向器の一部又は全部を配置する場合がある。本出願の請求項は、これらの変形例をも包含している。
本発明は、例示される実施の形態に関して特に記載されているが、様々な代替、変更及び適用が本開示に基づいてなされる場合があり、本発明の範囲内であることが意図されることを理解されたい。本発明は、最も実用的かつ好適な実施の形態であると考えられるものと共に記載されたが、本発明は開示された実施の形態に限定されるものではないが、対照的に、特許請求の範囲に含まれる様々な変更及び等価な構成をカバーすることが意図されることを理解されたい。
以下に本発明の要点を付記にして示す。
(付記1)
基板上に少なくとも設けられる第一の集積回路チップ、第二の集積回路チップ及び第三の集積回路チップと、
前記第一の集積回路チップから第一の電気信号を受け、前記第一の電気信号に関連して光出力で光信号を発生する第一の光送信手段と、
光入力を有し、該光入力で受けた光の量に関連して、前記第二の集積回路チップに電気的に結合される第二の電気信号を発生する第一の光受信手段と、
光入力を有し、該光入力で受けた光の量に関連して、前記第三の集積回路チップに電気的に結合される第三の電気信号を発生する第二の光受信手段と、
光信号を受けるために前記第一の光送信手段の前記光出力に結合される光入力、前記第一の光受信手段に光が伝達されるのを可能にする第一の出力導波路に光学的に結合される第一の光出力、前記第二の光受信手段に光が伝達されるのを可能にする第二の出力導波路に光学的に結合される第二の光出力、及び電気的な形式で第一の制御信号を受ける電気入力を有する第一の光偏向器とを有し、
前記第一の光偏向器は、前記光入力で受けた光信号を、前記第一の制御信号が第一の状態を有するときに前記第二の光出力よりも前記第一の光出力に結合し、前記第一の光信号が第二の状態を有するときに前記第一の光出力よりも前記第二の光出力に結合する、
ことを特徴とするプロセッサ。
(付記2)
少なくとも2つの集積回路のチップが共通の基板に設けられる、
付記1記載のプロセッサ。
(付記3)
それぞれの集積回路のチップがそれぞれの基板に設けられる、
付記1記載のプロセッサ。
(付記4)
前記第一の制御信号は前記第一の集積回路チップにより発生される、
付記1記載のプロセッサ。
(付記5)
前記第一の集積回路のチップは第一の基板に配置され、前記第一の制御信号は、前記第一の基板に配置される第五の集積回路のチップにより発生される、
付記1記載のプロセッサ。
(付記6)
前記第二の集積回路のチップは、前記第一の制御信号がその第一の状態で発生されるのを要求する第二の制御信号を前記第五の集積回路チップに送信する、
付記5記載のプロセッサ。
(付記7)
前記第二の制御信号は電気的な形式である、
付記6記載のプロセッサ。
(付記8)
第二の光送信機と、
前記第一の光送信手段から光が伝達されるのを可能にする導波路に光学的に結合される第一の光入力、前記第二の光送信手段から光が伝達されるのを可能にする導波路に光学的に結合される第二の光入力、前記第一の光受信手段の光入力に光学的に結合される光出力、その第一の光入力とその光出力との間の第一の光結合効率、その第二の光入力とその光出力との間の第二の光結合効率、及び電気的な形式で第二の制御信号を受ける電気入力を有する第二の光偏向器とを更に有し、
前記第二の光偏向器は、前記第二の制御信号が第一の状態を有するときに前記第一の光結合効率を前記第二の光結合効率よりも高くし、前記第二の制御信号が第二の状態を有するときに前記第二の光結合効率を前記第一の光結合効率よりも高くする、
付記1記載のプロセッサ。
(付記9)
前記第一の光偏向器は、
前記第一の光送信手段からの光を受けるための第一の端と第二の端を有する入力導波路と、
光を受けるために前記入力導波路の前記第二の端に面する第一の光表面、複数の方向でプリズム偏向器から光が出るのを可能にする第二の光表面、前記第一の光表面と前記第二の光表面との間に配置される光−電気材料からなる本体、及び、集積回路チップから前記第一の制御信号を受けるために前記電気入力に電気的に結合され、前記光−電気材料からなる本体の表面上の前記第一の光表面と前記第二の光表面との間に配置される少なくとも1つの電極を有するプリズム偏向器とを有し、
前記第一の出力導波路は、前記プリズム偏向器の前記第二の光表面に面する第一の端と第二の端とを有し、
前記第一の出力導波路は、前記プリズム偏向器の前記第二の光表面に面する第一の端と第二の端とを有する、
付記1記載のプロセッサ。
(付記10)
前記入力導波路の前記第一の端に配置される反射体を更に有する、
付記9記載のプロセッサ。
(付記11)
前記第一の光偏向器、前記第一の出力導波路及び前記第二の出力導波路は、共通の基板に配置され、
前記第一の出力導波路は、第一の端、第二の端及び光伝播軸を有し、
前記第二の出力導波路は、前記第一の出力導波路の上に配置され、第一の端、第二の端及び光伝播軸を有し、前記第一の端は、前記第一の出力導波路の第二の端よりも前記第一の出力導波路の第一の端に近く、
前記第一の光偏向器は、
前記第一の出力導波路の第一の端に光を結合するために配置され、前記第一の出力導波路の光伝播軸に関して傾斜された表面を有する角度付けされた反射体と、
前記光送信機から光を受けるために配置される上側表面、下側表面、及び前記第二の出力導波路の第一の端に光を結合するために位置付けられる第一の側面を有する可変の反射体とを有し、
前記可変の反射体は、前記可変の反射体の前記上側表面と前記下側表面との間に配置される電気−光材料からなる第一の本体、前記可変の反射体の前記上側表面と前記下側表面との間に配置され、前記第一の電気−光材料の本体と前記第一の側面との間に更に配置される材料からなる第二の本体、及び前記第一の本体と前記第二の本体との間のインタフェース表面を更に有し、
前記インタフェース表面は、前記第二の出力導波路の光伝播軸に関して傾斜角度を形成し、前記第二の材料の本体は、前記第一の材料の本体に固有の屈折率よりも高い屈折率を有し、
前記可変の反射体は、集積回路チップから前記第一の制御信号を受けるために前記電気入力に電気的に結合され、前記電気−光材料の第一の本体において対応する電場を発生するために位置される少なくとも1つの電極を更に有し、
前記可変の反射体は、前記光送信手段から受けた光を、前記第一の制御信号が第一の状態を有するときにその第一の側面よりもその下側表面に結合し、前記第一の制御信号が第二の状態を有するときにその下側表面よりもその第一の側面に結合し、
前記第二の出力導波路の第一の端は、前記可変の反射体の側面から放射された光を受けるために配置され、角度付けされた反射体は、前記可変の反射体の下側表面から放出された光を受けるために配置される、
付記1記載のプロセッサ。
(付記12)
基板上に少なくとも設けられる第一の集積回路チップ、第二の集積回路チップ及び第三の集積回路チップと、
光入力を有し、該光入力で受けた光の量に関連して、前記第一の集積回路チップに電気的に結合される第一の電気信号を発生する第一の光受信手段と、
前記第二の集積回路チップから第二の電気信号を受け、前記第二の電気信号に関連して光出力で光信号を発生する第一の光送信手段と、
前記第三の集積回路チップから第三の電気信号を受け、前記第三の電気信号に関連して光出力で光信号を発生する第二の光送信手段と、
前記第一の光送信手段から光が伝達されるのを可能にする第一の入力導波路に光学的に結合される第一の光入力、前記第二の光送信手段から光が伝達されるのを可能にする第二の入力導波路に光学的に結合される第二の光入力、前記第一の光受信手段の光入力に光学的に結合される光出力、その第一の光入力とその光出力との間の第一の光結合効率、その第二の光入力とその光出力との間の第二の光結合効率、及び、電気的な形式で第一の制御信号を受ける電気入力を有する第一の光偏向器とを有し、
前記第一の光偏向器は、前記第一の制御信号が第一の状態を有するときに前記第一の光結合効率を前記第二の光結合効率よりも高くし、前記第一の制御信号が第二の状態を有するときに前記第二の光結合効率を前記第一の光結合効率よりも高くする、
ことを特徴とするプロセッサ。
(付記13)
前記第一の光偏向器は、前記電気的な制御信号が第三の状態を有するとき、前記第一の光結合効率を前記第二の光結合効率に実質的に等しくする、
付記12記載のプロセッサ。
(付記14)
少なくとも2つの集積回路のチップは、共通の基板上に設けられる、
付記12記載のプロセッサ。
(付記15)
それぞれの集積回路のチップは、それぞれの基板に設けられる、
付記12記載のプロセッサ。
(付記16)
前記第一の制御信号は、前記第一の集積回路チップにより発生される、
付記12記載のプロセッサ。
(付記17)
光入力を有し、該光入力で受けた光の量に関連して第一の電気信号を発生する第二の光受信手段と、
光信号を受けるために前記第一の光送信手段の光出力に結合される光入力、前記第一の光受信手段に光が伝達されるのを可能にする第一の出力導波路に光学的に結合される第一の光出力、前記第二の光受信手段に光が伝達されるのを可能にする第二の出力導波路に光学的に結合される第二の光出力、及び、電気的な形式で第二の制御信号を受ける電気入力を有する第二の光偏向器とを更に有し、
前記第二の光偏向器は、その光入力で受けた光信号を、前記第二の制御信号が第一状態を有するときにその第二の光出力よりもその第一の光出力に結合し、前記第二の制御信号が第二の状態を有するとき、その第二の光出力よりもその第一の光出力に結合する、
付記12記載のプロセッサ。
(付記18)
前記第一の光偏向器は、
前記第一の光受信手段に光を結合する第一の端と第二の端とを有する出力導波路と、
光を提供するための前記出力導波路の第二の端に面する第一の光表面、複数の方向からプリズム偏向器に光を結合するために前記第一の光表面に面する第二の光表面、前記第一の光表面と前記第二の光表面との間に配置される光−電気材料からなる本体、及び、集積回路チップから前記第一の制御信号を受けるために前記電気入力に電気的に結合され、前記光−電気材料からなる本体の表面上の前記第一の光表面と前記第二の光表面との間に配置される少なくとも1つの電極を有するプリズム偏向器とを有し、
前記第一の入力導波路は、前記プリズム偏向器の前記第二の光表面に面する第一の端と第二の端とを有し、
前記第二の入力導波路は、前記プリズム偏向器の前記第二の光表面に面する第一の端と第二の端とを有する、
付記12記載のプロセッサ。
(付記19)
前記出力導波路の第一の端に配置される反射体を更に有する、
付記18記載のプロセッサ。
(付記20)
前記第一の光偏向器、前記第一の入力導波路及び前記第二の入力導波路は、共通の基板に配置され、
前記第一の入力導波路は、第一の端、第二の端及び光伝播軸を有し、
前記第二の入力導波路は、前記第一の入力導波路の上に配置され、第一の端、第二の端及び光伝播軸を有し、前記第一の端は、前記第一の入力導波路の第二の端よりも前記第一の入力導波路の第一の端に近く、
前記第一の光偏向器は、
前記第一の入力導波路の第一の端からの光を結合するために配置され、前記第一の入力導波路の光伝播軸に関して傾斜された表面を有する角度付けされた反射体と、
前記光受信手段に光を提供するために配置される上側表面、下側表面、及び前記第二の入力導波路の第一の端から光を結合するために位置合わせされる第一の側面を有する可変の反射体とを有し、
前記可変の反射体は、前記可変の反射体の前記上側表面と前記下側表面の間に配置される電気−光材料からなる第一の本体、前記可変の反射体の前記上側表面と前記下側表面の間に配置され、前記電気−光材料からなる第一の本体と前記第一の側面との間に更に配置される材料からなる第二の本体、及び、前記第一の本体と前記第二の本体との間にあるインタフェース表面を更に有し、
前記インタフェース表面は、前記第二の入力導波路の光伝播軸に関して傾斜角を形成し、前記第二の材料の本体は、前記第一の材料の本体に固有の屈折率よりも高い屈折率を有し、
前記可変の反射体は、集積回路チップからの前記第一の制御信号を受けるために前記電気入力に電気的に結合され、前記電気−光材料からなる第一の本体において対応する電場を発生するために位置される少なくとも1つの電極を更に有し、
前記第二の入力導波路の第一の端は、前記可変の反射体の側面に光を結合するために配置され、前記角度付けされた反射体は、前記可変の反射体の下側表面に光を結合するために配置され、
前記可変の反射体は、前記可変の反射体の前記上側表面と前記可変の反射体の前記第一の側面との間の第一の光結合効率、及び、前記可変の反射体の前記上側表面と前記可変の反射体の前記下側表面との間の第二の光結合効率を有し、
前記可変の反射体は、前記制御信号が第一の状態を有するときに前記第一の光結合効率を前記第二の光結合効率よりも高くし、前記制御信号が第二の状態を有するときに前記第二の光結合効率を前記第一の光結合効率よりも高くする、
付記12記載のプロセッサ。
(付記21)
第一の端、第二の端及び光伝播軸を有する第一の導波路と、
前記第一の導波路の上に配置され、前記第一の導波路の第二の端よりも第一の導波路の第一の端に近い第一の端、第二の端、及び光伝播軸を有する第二の導波路と、
前記第一の導波路の第一の端に配置され、前記第一の導波路の光伝播軸に関して傾斜された表面を有する角度付けされた反射体と、
光を受信又は送信するための上側表面、下側表面及び第一の側面を有する可変の反射体とを有し、
前記可変の反射体は、前記可変の反射体の前記上側表面と前記下側表面との間に配置される電気−光材料からなる第一の本体、前記可変の反射体の前記上側表面と前記下側表面との間に配置され、前記電気−光材料からなる第一の本体部と前記第一の側面との間に更に配置される材料からなる第二の本体、及び、前記第一の本体と前記第二の本体との間にあるインタフェース表面を更に有し、
前記インタフェース表面は、前記第二の導波路の光伝播軸に関して傾斜角度を形成し、前記第二の材料の本体は、前記第一の材料の本体に固有の屈折率よりも高い屈折率を有し、前記可変の反射体は、制御信号を受けて該制御信号に関連して前記電気−光材料からなる第一の本体において電場を発生するために位置される少なくとも1つの電極を更に有する、
ことを特徴とする光偏向器。
(付記22)
前記光偏向器は、前記可変の反射体の上側表面で光を受け、
前記可変の反射体は、前記制御信号が第一の状態を有するときにその第一の側面よりもその下側表面に受けた光を結合し、前記制御信号が第二の状態を有するときにその下側表面よりもその第一の側面に受けた光を結合し、
前記第二の導波路の第一の端は、前記可変の反射体の第一の側面から放出された光を受けるために配置され、
前記角度付けされた反射体は、前記可変の反射体の下側表面から放出された光を受けるために配置される、
付記21記載の光偏向器。
(付記23)
前記可変の反射体は、前記可変の反射体の前記上側表面と前記可変の反射体の前記第一の側面との間の第一の光結合効率、及び、前記可変の反射体の前記上側表面と前記可変の反射体の前記下側表面との間の第二の光結合効率を有し、
前記可変の反射体は、前記制御信号が第一の状態を有するときに前記第一の光結合効率を前記第二の光結合効率よりも高くし、前記制御信号が第二の状態を有するときに前記第二の光結合効率を前記第一の光結合効率よりも高くする、
付記21記載の光偏向器。
(付記24)
前記可変の反射体は、前記制御信号が第三の状態を有するときに前記第一の光結合効率を前記第二の光結合効率と実質的に同じくする、
付記23記載の光偏向器。
(付記25)
前記インタフェース表面は平面である、
付記21記載の光偏向器。
(付記26)
前記傾斜角度は、43°と47°との間にある、
付記21記載の光偏向器。
(付記27)
前記可変の反射体は、第二の側面、第三の側面及び第二の電極を更に有し、
前記少なくとも1つの電極は、前記電気−光材料からなる第一の本体に隣接して第二の側面に配置され、
前記第二の電極は、前記電気−光材料からなる第一の本体に隣接する第三の側面に配置される、
付記21記載の光偏向器。
(付記28)
前記第二の材料の本体の屈折率は、前記第一の材料の本体に固有な屈折率よりも少なくとも10%高い、
付記21記載の光偏向器。
(付記29)
前記第二の材料の本体の屈折率は、前記第一の材料の本体に固有な屈折率よりも少なくとも20%高い、
付記21記載の光偏向器。
(付記30)
前記第二の材料の屈折率は、前記第一の材料の本体に固有な屈折率よりも少なくとも25%高い、
付記21記載の光偏向器。
本発明に係る例示的なプロセッサの実施の形態の外観図である。 本発明に係る図1に示されるプロセッサで使用される場合があるコンポーネントボード及び第一の例示的な光偏向器の部分的な外観図である。 本発明に係る図2に示される第一の例示的な光偏向器の上面図を示している。 本発明に係る図1に示されるプロセッサで使用される場合がある第二の例示的な光偏向器の断面図を示している。 本発明に係る図4に示される第二の例示的な光偏向器の部分的な外観図である。 本発明に係る図1に支援されるプロセッサで使用される場合がある例示的なオプティカルワイヤリングアーキテクチャの外観図である。
符号の説明
100:プロセッサ
110:オプティカルバックプレーン
112,122:ベース基板
115,150:光導波路
117,125:電気的なトレース
120:コンポーネントボード
130:集積回路チップ(ICチップ)
135:光−電気デバイス
140:光偏向器

Claims (10)

  1. 基板上に少なくとも設けられる第一の集積回路チップ、第二の集積回路チップ及び第三の集積回路チップと、
    前記第一の集積回路チップから第一の電気信号を受け、前記第一の電気信号に関連して光出力で光信号を発生する第一の光送信手段と、
    光入力を有し、該光入力で受けた光の量に関連して、前記第二の集積回路チップに電気的に結合される第二の電気信号を発生する第一の光受信手段と、
    光入力を有し、該光入力で受けた光の量に関連して、前記第三の集積回路チップに電気的に結合される第三の電気信号を発生する第二の光受信手段と、
    光信号を受けるために前記第一の光送信手段の前記光出力に結合される光入力、前記第一の光受信手段に光が伝達されるのを可能にする第一の出力導波路に光学的に結合される第一の光出力、前記第二の光受信手段に光が伝達されるのを可能にする第二の出力導波路に光学的に結合される第二の光出力、及び電気的な形式で第一の制御信号を受ける電気入力を有する第一の光偏向器とを有し、
    前記第一の光偏向器は、前記光入力で受けた光信号を、前記第一の制御信号が第一の状態を有するときに前記第二の光出力よりも前記第一の光出力に結合し、前記第一の光信号が第二の状態を有するときに前記第一の光出力よりも前記第二の光出力に結合する、
    ことを特徴とするプロセッサ。
  2. 第二の光送信機と、
    前記第一の光送信手段から光が伝達されるのを可能にする導波路に光学的に結合される第一の光入力、前記第二の光送信手段から光が伝達されるのを可能にする導波路に光学的に結合される第二の光入力、前記第一の光受信手段の光入力に光学的に結合される光出力、その第一の光入力とその光出力との間の第一の光結合効率、その第二の光入力とその光出力との間の第二の光結合効率、及び電気的な形式で第二の制御信号を受ける電気入力を有する第二の光偏向器とを更に有し、
    前記第二の光偏向器は、前記第二の制御信号が第一の状態を有するときに前記第一の光結合効率を前記第二の光結合効率よりも高くし、前記第二の制御信号が第二の状態を有するときに前記第二の光結合効率を前記第一の光結合効率よりも高くする、
    請求項1記載のプロセッサ。
  3. 前記第一の光偏向器は、
    前記第一の光送信手段からの光を受けるための第一の端と第二の端を有する入力導波路と、
    光を受けるために前記入力導波路の前記第二の端に面する第一の光表面、複数の方向でプリズム偏向器から光が出るのを可能にする第二の光表面、前記第一の光表面と前記第二の光表面との間に配置される光−電気材料からなる本体、及び、集積回路チップから前記第一の制御信号を受けるために前記電気入力に電気的に結合され、前記光−電気材料からなる本体の表面上の前記第一の光表面と前記第二の光表面との間に配置される少なくとも1つの電極を有するプリズム偏向器とを有し、
    前記第一の出力導波路は、前記プリズム偏向器の前記第二の光表面に面する第一の端と第二の端とを有し、
    前記第一の出力導波路は、前記プリズム偏向器の前記第二の光表面に面する第一の端と第二の端とを有する、
    請求項1記載のプロセッサ。
  4. 基板上に少なくとも設けられる第一の集積回路チップ、第二の集積回路チップ及び第三の集積回路チップと、
    光入力を有し、該光入力で受けた光の量に関連して、前記第一の集積回路チップに電気的に結合される第一の電気信号を発生する第一の光受信手段と、
    前記第二の集積回路チップから第二の電気信号を受け、前記第二の電気信号に関連して光出力で光信号を発生する第一の光送信手段と、
    前記第三の集積回路チップから第三の電気信号を受け、前記第三の電気信号に関連して光出力で光信号を発生する第二の光送信手段と、
    前記第一の光送信手段から光が伝達されるのを可能にする第一の入力導波路に光学的に結合される第一の光入力、前記第二の光送信手段から光が伝達されるのを可能にする第二の入力導波路に光学的に結合される第二の光入力、前記第一の光受信手段の光入力に光学的に結合される光出力、その第一の光入力とその光出力との間の第一の光結合効率、その第二の光入力とその光出力との間の第二の光結合効率、及び、電気的な形式で第一の制御信号を受ける電気入力を有する第一の光偏向器とを有し、
    前記第一の光偏向器は、前記第一の制御信号が第一の状態を有するときに前記第一の光結合効率を前記第二の光結合効率よりも高くし、前記第一の制御信号が第二の状態を有するときに前記第二の光結合効率を前記第一の光結合効率よりも高くする、
    ことを特徴とするプロセッサ。
  5. 光入力を有し、該光入力で受けた光の量に関連して第一の電気信号を発生する第二の光受信手段と、
    光信号を受けるために前記第一の光送信手段の光出力に結合される光入力、前記第一の光受信手段に光が伝達されるのを可能にする第一の出力導波路に光学的に結合される第一の光出力、前記第二の光受信手段に光が伝達されるのを可能にする第二の出力導波路に光学的に結合される第二の光出力、及び、電気的な形式で第二の制御信号を受ける電気入力を有する第二の光偏向器とを更に有し、
    前記第二の光偏向器は、その光入力で受けた光信号を、前記第二の制御信号が第一状態を有するときにその第二の光出力よりもその第一の光出力に結合し、前記第二の制御信号が第二の状態を有するとき、その第二の光出力よりもその第一の光出力に結合する、
    請求項4記載のプロセッサ。
  6. 前記第一の光偏向器は、
    前記第一の光受信手段に光を結合する第一の端と第二の端とを有する出力導波路と、
    光を提供するための前記出力導波路の第二の端に面する第一の光表面、複数の方向からプリズム偏向器に光を結合するために前記第一の光表面に面する第二の光表面、前記第一の光表面と前記第二の光表面との間に配置される光−電気材料からなる本体、及び、集積回路チップから前記第一の制御信号を受けるために前記電気入力に電気的に結合され、前記光−電気材料からなる本体の表面上の前記第一の光表面と前記第二の光表面との間に配置される少なくとも1つの電極を有するプリズム偏向器とを有し、
    前記第一の入力導波路は、前記プリズム偏向器の前記第二の光表面に面する第一の端と第二の端とを有し、
    前記第二の入力導波路は、前記プリズム偏向器の前記第二の光表面に面する第一の端と第二の端とを有する、
    請求項4記載のプロセッサ。
  7. 前記第一の光偏向器、前記第一の入力導波路及び前記第二の入力導波路は、共通の基板に配置され、
    前記第一の入力導波路は、第一の端、第二の端及び光伝播軸を有し、
    前記第二の入力導波路は、前記第一の入力導波路の上に配置され、第一の端、第二の端及び光伝播軸を有し、前記第一の端は、前記第一の入力導波路の第二の端よりも前記第一の入力導波路の第一の端に近く、
    前記第一の光偏向器は、
    前記第一の入力導波路の第一の端からの光を結合するために配置され、前記第一の入力導波路の光伝播軸に関して傾斜された表面を有する角度付けされた反射体と、
    前記光受信手段に光を提供するために配置される上側表面、下側表面、及び前記第二の入力導波路の第一の端から光を結合するために位置合わせされる第一の側面を有する可変の反射体とを有し、
    前記可変の反射体は、前記可変の反射体の前記上側表面と前記下側表面の間に配置される電気−光材料からなる第一の本体、前記可変の反射体の前記上側表面と前記下側表面の間に配置され、前記電気−光材料からなる第一の本体と前記第一の側面との間に更に配置される材料からなる第二の本体、及び、前記第一の本体と前記第二の本体との間にあるインタフェース表面を更に有し、
    前記インタフェース表面は、前記第二の入力導波路の光伝播軸に関して傾斜角を形成し、前記第二の材料の本体は、前記第一の材料の本体に固有の屈折率よりも高い屈折率を有し、
    前記可変の反射体は、集積回路チップからの前記第一の制御信号を受けるために前記電気入力に電気的に結合され、前記電気−光材料からなる第一の本体において対応する電場を発生するために位置される少なくとも1つの電極を更に有し、
    前記第二の入力導波路の第一の端は、前記可変の反射体の側面に光を結合するために配置され、前記角度付けされた反射体は、前記可変の反射体の下側表面に光を結合するために配置され、
    前記可変の反射体は、前記可変の反射体の前記上側表面と前記可変の反射体の前記第一の側面との間の第一の光結合効率、及び、前記可変の反射体の前記上側表面と前記可変の反射体の前記下側表面との間の第二の光結合効率を有し、
    前記可変の反射体は、前記制御信号が第一の状態を有するときに前記第一の光結合効率を前記第二の光結合効率よりも高くし、前記制御信号が第二の状態を有するときに前記第二の光結合効率を前記第一の光結合効率よりも高くする、
    請求項4記載のプロセッサ。
  8. 第一の端、第二の端及び光伝播軸を有する第一の導波路と、
    前記第一の導波路の上に配置され、前記第一の導波路の第二の端よりも第一の導波路の第一の端に近い第一の端、第二の端、及び光伝播軸を有する第二の導波路と、
    前記第一の導波路の第一の端に配置され、前記第一の導波路の光伝播軸に関して傾斜された表面を有する角度付けされた反射体と、
    光を受信又は送信するための上側表面、下側表面及び第一の側面を有する可変の反射体とを有し、
    前記可変の反射体は、前記可変の反射体の前記上側表面と前記下側表面との間に配置される電気−光材料からなる第一の本体、前記可変の反射体の前記上側表面と前記下側表面との間に配置され、前記電気−光材料からなる第一の本体部と前記第一の側面との間に更に配置される材料からなる第二の本体、及び、前記第一の本体と前記第二の本体との間にあるインタフェース表面を更に有し、
    前記インタフェース表面は、前記第二の導波路の光伝播軸に関して傾斜角度を形成し、前記第二の材料の本体は、前記第一の材料の本体に固有の屈折率よりも高い屈折率を有し、前記可変の反射体は、制御信号を受けて該制御信号に関連して前記電気−光材料からなる第一の本体において電場を発生するために位置される少なくとも1つの電極を更に有する、
    ことを特徴とする光偏向器。
  9. 前記光偏向器は、前記可変の反射体の上側表面で光を受け、
    前記可変の反射体は、前記制御信号が第一の状態を有するときにその第一の側面よりもその下側表面に受けた光を結合し、前記制御信号が第二の状態を有するときにその下側表面よりもその第一の側面に受けた光を結合し、
    前記第二の導波路の第一の端は、前記可変の反射体の第一の側面から放出された光を受けるために配置され、
    前記角度付けされた反射体は、前記可変の反射体の下側表面から放出された光を受けるために配置される、
    請求項8記載の光偏向器。
  10. 前記可変の反射体は、前記可変の反射体の前記上側表面と前記可変の反射体の前記第一の側面との間の第一の光結合効率、及び、前記可変の反射体の前記上側表面と前記可変の反射体の前記下側表面との間の第二の光結合効率を有し、
    前記可変の反射体は、前記制御信号が第一の状態を有するときに前記第一の光結合効率を前記第二の光結合効率よりも高くし、前記制御信号が第二の状態を有するときに前記第二の光結合効率を前記第一の光結合効率よりも高くする、
    請求項8記載の光偏向器。
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