JP4833599B2 - 複数のボード間で光相互接続を行う光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、中央ホストを通じて光信号をルーティングする必要なしに電子素子の各々と他の総ての電子素子との間で光通信がなされてもよいように、コンピュータドーターボード、ブレードサーバ、コンピュータ及びサーバ、ネットワーク等のような複数の電子素子間で光相互接続を行うことに関連する。
今日、様々なエンティティの間でブロードバンド通信を必要とする多くのアプリケーションがあり、そのエンティティ又は機能要素は「電子要素」として広範に言及される。そのような電子要素の具体例は:メインフレームコンピュータ又はスーパーコンピュータの「ドーターボード」、メインフレームサーバのブレードサーバ、ネットワークコンピューティングシステムのコンピュータ及びサーバ、ネットワークコンピューティングシステムのプリンタその他のリソース等である。
これらのシステムは、それらの相互接続用の電気配線を利用することに起因して帯域限界に到達しつつある。一例として、メインフレーム及びスーパーコンピュータを見ると、「ドーターボード」に搭載及びそれにより相互接続された数百乃至数千のICチップを有し、ドーターボード各々は数十乃至数百のICチップを有する。これらのシステムでは、様々なドーターボードに設けられているICチップ間で電気信号を搬送する必要がある。これは一般にボード内に形成された数百(数千に及ぶこともある)の電気トレース及びドーターボード用の複数のスロットホルダを有する電気的バックプレーンを設けることによって行われる。各スロットホルダは電気コンタクト(電気接点)を有し、ドーターボードの保持端部に設けられた電気コンタクトに関連する電気接続を形成する。この電気接続はバックプレーン内の電気トレースに結合され、それらと共にドーターボード間で電気的に相互接続を行う。また、ある電気コンタクトはドーターボードに電力供給電源を与える。各スロットホルダは典型的には検査、修理及び/又は交換するためにそのドーターボードが選択的に取り外し可能であるようにする。
コンピュータシステムのクロック周波数がギガヘルツ領域に更に進むにつれて、チップ間で信号が光速で伝わる必要性が益々増える。しかしながら、バックプレーンの電気トレースを介する電気信号の伝搬速度は光速に比べて比較的遅い。
ドーターボード間で信号を搬送する光学手段を利用する多くの手法が存在する。1つの手法は、チャネルウエーブガイドを有するドーターボードと、チャネルウェーブガイドを有するバックプレーンとを利用するものであり、そのバックプレーンはボード及びバックプレーンのチャネルウエーブガイド間の光コネクタを備える。しかしながら、このシステムでは、あるドーターボードからバックプレーンへそして別のドーターボードへ光信号が伝搬するにつれて、光信号の光学的品質が劣化してしまう。他の手法は、隣接するドーターボード間でそれらの間の自由空間を通じて光信号を伝送する必要がある。しかしながら、ドーターボードは互いに精密に整合していなければならず、その作業は時間がかかり、高価な精密な素子を必要とする。これらの努力にもかかわらず、このシステムでの光信号もドーターボード間を伝搬する際に相当劣化してしまう。更に他の手法は、ICチップ及びウエーブガイドの非常にコンパクトな交互の積層(各層は非常に薄い)を用いることで上記の問題に対処しようとする。しかしながらそのような手法ではICチップの層を検査及び置換することが困難である。
帯域限界に到達するシステムの他の例として、ファイルサーバー、プリンタリソース及びコンピュータのバンクが中心的なホストに電気的に接続されている共通ネットワークコンピューティングシステムを考察する。ある電子要素(例えば、コンピュータ)から他のもの(例えば、ファイルサーバー又はプリンタ)への通信は中央ホストを通じてルーティングされる。ネットワーク上のエンティティ数が増えるにつれて、これらのシステムでは中央ホストでの通信の障害に至ってしまう。更に、これらの装置を相互接続するのに使用される電気ケーブルは、ケーブルの距離が長くなるにつれて帯域を制限し、その結果、配置はそのようなネットワークの地理的サイズを限定し、通信帯域を減らしてしまう。
本発明をなすにあたって、従来技術の光バックプレーンのチャネルウエーブガイドは0.1乃至0.5dB/cmのオーダーの高い伝搬損失性を有し、この伝搬損失性は30乃至100cmの距離にわたる光信号の伝送を非常に困難にしていることを本願発明者等は認識した。更に、そのような光バックプレーンは45度に傾斜したミラー(光カプラ)をしばしば有し、そのミラーはバックプレーンの表面に平行に走る光信号をドーターボードのチャネルウエーブガイドからチャネルウエーブガイド内へ及びその外へ方向付け、それらの傾斜したミラーの各々は1dB乃至3dBの光信号強度の損失をもたらす。従って、30cm以上の相互接続距離については、リンク損失合計は10dBより非常に大きくなるかもしれない。本発明はチャネルウエーブガイド光バックプレーンを不要にすることでそのような問題及び他の問題に対処する。
本発明の課題は、バックプレーン等での光信号伝送に関連する光損失を減らすことである。
本発明の更なる課題は、光バックプレーン等を介して伝搬する光信号の強度及び信号品質を改善することである。
本発明の課題は、光バックプレーン等を製造するコストを減らすことである。
本発明の課題は、光バックプレーン等を製造する歩留まりを増やすことである。
本発明の課題は、中央サーバを介する光信号のルーティングを必要とせずに、複数の電子素子間でマルチポイント通信機能を提供することである。
本発明に関するこれら及び他の課題は、特許請求の範囲、明細書及び明細書により当業者に明白になるであろう。
概して本発明はN個(少なくとも3個であり、好ましくは少なくとも4個である)の複数の電子素子の間で光相互接続を行う光装置を使用する。本発明の一実施例による光装置は、コア層を有し、光ビームがコア層内を複数の方向に伝搬できるようにするスラブウエーブガイドと、複数のN個の受信ポートとを有し、各々は各自の電子素子用に割り当てられ、各々はスラブウエーブガイドのコア層に光学的に結合される。一実施例の光装置は複数のN個の送信ポートを有し、各送信ポートは各受信ポートに関連付けられ、関連付けられた受信ポートのものと同じ電子素子に割り当てられる。各送信ポートは関連する電子素子からの複数の光ビーム(即ち、光信号)を受信し、受信した光ビーム各々を光経路に沿ってスラブウエーブガイド上で受信ポートに送信する。送信ポートはスラブウエーブガイド内で複数の光経路を与える。各受信ポートは、少なくとも2つの異なる送信ポートから送信された複数の光ビームをスラブウエーブガイドから受信するように構築され、好ましくはN−1個の送信ポートからの光ビームを受信するが、自身に関連するものは除かれることが望ましい。スラブウエーブガイド内の光ビームは互いの経路と交差することが許容され、その場合に互いに実質的に干渉しない。更に、チャネルウエーブガイドで提供される2次元的な光閉じ込めではなく、スラブウエーブガイドは光ビームの1次元的な光閉じ込めだけを行う。
本願発明者等は彼らの研究過程でスラブウエーブガードはチャネルウエーブガイドより低い光損失性を有することを見出した。これは、側壁及び側壁の関連する粗さがスラブウエーブガイドに無いことに起因する。チャネルウエーブガイドでは、側壁の粗さが光を散乱させ、それが光損失を招いている。更に、スラブウエーブガイドは光ビームが互いに交差することを許容するので、単独のコア層が使用されてもよく、それにより製造コストを低くし、製造歩留まりを向上させる。これに対して、チャネルウエーブガイドは互いに交差することは許容されていない。このため、従来の光バックプレーンは一般に次々と積層されたいくつかのチャネルウエーブガイド層を有し、光信号がバックプレーン内を横切ることを可能にしていた。これらのバックプレーンは構築するのに高価であり、製造欠陥をもたらす危険性があり、製造歩留まりを下げていた。
更に、従来のバックプレーンは45度に傾斜した鏡(チルトミラー)を利用して複数のコア層の間で光信号を接続する必要があり、それは光損失をかなり増やしてしまう。これに対して本発明の多くの実施例は、45度のチルトミラーを必要とせずに光相互接続を可能にする。
更に、スラブウエーブガイドは高価でない方法で構築されてもよく、送信ポート及び受信ポートはウエハスケール生成法で構築されてもよく、その方法は精密な素子をもたらし、低価格の量産性をもたらす。
図1は、本発明による光学装置100の第1実施例を示し、光学装置はコンピュータシステム1の中で複数の(N個の)ドーターボード5の間で光相互接続を行うために使用される。本実施例では、ドーターボード5は装置100が光相互接続を行う電子素子である。装置100は、スラブウエーブガイド110、スラブウエーブガイド110に光学的に結合された複数の(N個の)送信ポート120及びスラブウエーブガイドに光学的に結合された複数の(N個の)受信ポート130を有する。スラブウエーブガイド110は、コンピュータシステム1の主要なバックプレーンの一部をなしてもよい基板10上に形成されてもよい。電力接続部及び低周波信号接続部は、(スラブウエーブガイド110内で光信号の伝送に影響を与えない方法で)基板10を通じてドーターボード5に提供されてもよく、基板10及び装置100はコンピュータシステム1の電気/光バックプレーンとして集合的に機能してもよい。スラブウエーブガイド110は、下位クラッディング層112、コア層114及び好ましくは上位クラッディング層116を有する(但し、装置100は空気層が上位クラッディング層116に代用されるように構築されている。)。層112−116は好ましくはポリマ材料より成り、スクリーン印刷、スプレーコーティング及び/又はスピンコーティングを基板の寸法に応じて行うことで基板10上に形成されてもよい。コア層はクラッディング層の屈折率より大きい0.5%−3%(好ましくは1%−2%)の屈折率を有し、コア及びクラッディング層はスラブウエーブガイド110に結合される光線(光信号)の波長に対して高い透明性を有する。基板10はFR4ボードのような業界で使用されるいかなる既存のボード材料を有していてもよい。
ドーターボード5は、印刷基板又は当該技術分野で知られている他のボードから構成されてもよいし、当該技術分野で使用される既存のどのボード材料からでも形成されてよい。各ドーターボード5はボードの前面に設けられた複数の集積回路チップ(IC)、及びICチップ間での電気接続を与える電気トレース網を有する。更に、各ドーターボード5は、ボード内に又はボード表面上に設けられた光信号送信機6の少なくとも1つのバンク、及びボード内又はボード表面上に設けられた光信号受信機7のバンクを有する。送信機6は、エッジ放出レーザ及び垂直空洞表面放出レーザ装置(VCSEL)(目下例では好ましい)を備えたいかなる既存の光放出素子から構成されてもよい。発光ダイオードが使用されてもよい。受信機7は、目下の例では好ましいフォトダイオード(PD)を有するいかなる既存の受光素子から構成されてもよい。送信機6を用いて、ドーターボードの各々は他のドーターボードと通信するための光信号(光線)を生成する。(一般に、これらの光信号は、そのドーターボードが他のドーターボードに送信することを望む電気信号から生成される。)
概して、ドーターボードの送信機6で生成された光信号(光線)は、一群の光ファイバによってボードから各自の送信ポート120へルーティングされ、光ファイバはファイバアレイ20のように一緒に製造されることが望ましい。光ファイバ群中の光線の各々は宛先のドーターボードを有する。送信ポート120はこれらの光線を結合し、各々をスラブウエーブガイド110に結合し、各自の光経路に沿って宛先のドーターボード用の受信ポート130(即ち、宛先ドーターボードのための光ビームを受信するように割り当てられた受信ポート130)に伝搬するようにする。スラブウエーブガイド110内での光線の伝搬は、図1にて太い破線で示されている。各受信ポート130はそこに向けられた光線(光信号)を収集し、収集した光線を別のファイバアレイ20に搬送し、収集された光線を宛先のドーターボードに搬送する。ポート120,130の中で及びスラブウエーブガイド110の中で、光線の各々は典型的には四角形断面を有する(即ち、断面は円形又は楕円形である必要はない。)。光学の技術分野で知られているように、光線の断面はいかなる形状の断面でもよく、円形の断面に限定されない。ファイバアレイ20内の光コアは、好ましくは低損失性材料より成り、光損失を更に減らすように円形断面を備えてもよい。MTコネクタ及びフェルール(ferrule)を有するファイバアレイ20は、数百に及ぶチャネル数を商業的に利用可能である。ファイバコアのピッチ間隔50μm乃至100μmのオーダーで非常に小さくすることができる。送信機6の製造の一部として、VCSEL装置の配列はこれらのピッチ間隔に合わせて半導体基板上に容易に形成可能である。同様に、受信機7を形成する一部として、フォトダイオード装置の配列はそれらのピッチ間隔に合わせて半導体基板上に容易に形成可能である。
図1に示されるように、ドーターボード5はスラブウエーブガイド110及び基板10上に設けられ、各ボードの端部(エッジ)はスラブウエーブガイド110の上部表面に面している。ドーターボード5のエッジはスラブウエーブガイド110の上部表面に隣接し、図1に示されるようにドーターボードの表面はスラブウエーブガイド110の表面と90度の角度をなし、或いはそれらはある角度に設けられてもよい(例えば、10°乃至170°の範囲内のいかなる角度でもよい。)。(図示されていない)スロットホルダが基板10に取り付けられていてもよく、それと共に各スロットホルダはドーターボード5のエッジを受け入れるように及びボードをその場所で堅固に保持するように構築されてもよい。各スロットホルダは好ましくはドーターボード5を検査、修理及び/又は置換用に選択的に取り外し可能にしてもよい。1つの選択肢として、スロットホルダは電気コネクタを更に備え、ドーターボードのエッジに設けられた対応する電気コネクタと電気的な接触をなすようにしてもよい。そのような電気コネクタは電力供給電圧及び電気信号を提供してもよい。他の手法として、(図示されていない)ホールディングフレームは、ドーターボード5、基板10及びスラブウエーブガイド110の各々を互いの位置に関連して保持するように使用されてもよい。フレームはドーターボード各々に関して前及び横のスロットホルダを備えていてもよい。スロットホルダはドーターボードが検査、修理及び/又は置換のために取り外し可能であるようにすることが望ましい。
図2は本発明の一実施例によるポート150の分解図を示す。各送信ポート120は一例のポート150から構成されてもよく、各受信ポート130は一例のポート150から構成されてもよい。ポート150は、はんだ又は接着剤でスラブウエーブガイド110に取り付けられたアダプタ152(好ましくは留め具(図示せず)により基板に固定される)より成る。アダプタ152は、ドーターボードからのファイバアレイ20のコネクタ端部と連動する。ファイバアレイ20のコネクタはファイバフェルール及びガイドピンを有するMTコネクタから構成されるので、アダプタはそのガイドピンを受け入れる受け入れ開口154を有する。更に、アダプタ152は移動止めロック機構(図示せず)を有してもよく、その機構は、アダプタ152に対して固定位置でMTコネクタを保持するために、ファイバアレイ20のMTコネクタ内の窪みに係合する。ファイバアレイ20及びアダプタ152のコネクタは、そのコネクタ端部がアダプタ152に容易に着脱可能であるように構築可能である。同様に、送信機6及び受信機7は、ファイバアレイのコネクタ端部が送信機6及び受信機7に容易に着脱可能であるように構築可能である。
アダプタ152内に設けられるものは、アダプタ152に隣接する背面及び背面と反対側の前面を有する平坦なマイクロレンズモジュール158及びであり、好ましくはそこに接着剤で接着される。マイクロレンズモジュール158は、ファイバアレイ20のコネクタエッジに面するトップエッジ、トップエッジと反対側のボトムエッジ及びアダプタ152の内面に隣接し接着剤でそこに接着される2つのサイドエッジを有する。ボトムエッジは、スラブウエーブガイド110に対面するように設けられ、スラブウエーブガイド110に直接的に接触してもよいし、スラブウエーブガイドの凹部190内に設けられてもよい(後に詳細に説明される。)。複数のウエーブガイド160、複数の平坦なマイクロレンズ170及び複数の反射部180はマイクロレンズ158の前面(正面)に形成される。ウエーブガイド160、平坦なレンズ170及び反射部(リフレクタ)180は互いに一緒にグループ化されて設けられ、ファイバアレイ20のファイバ及びスラブウエーブガイド110のコア層の間の光線に結合されるようにする。具体的には、各ウエーブガイド160は第1端部を有し、第1端部(第1エッジ)はファイバアレイ20の対応するファイバコアからの光線を受信し、第2エッジは各自のマイクロレンズ170の一側面に結合されるよう設けられる。各マイクロレンズ170は光線のビーム幅を広げ、広く並列化したビームを各リフレクタ180に与える。リフレクタ180の各々はこのビームを受信し、スラブウエーブガイド110のコア層内にある角度(例えば、90度)でそれを反射する。これを促進するため、リセス194がスラブウエーブガイド110内に設けられる。リセス194はウエーブガイド180を受け入れるように規定され、コア層114の底に又はそれ以上下るまで伸びる深さを有する。
光通過素子160,170,180は、ウエーブガイド、平坦なレンズ又はリフレクタに向けて劣化又は実質的な変化なしに逆方向に伝搬させてもよい。この場合、光線はリフレクタ180で受信され、ビームはある角度で反射し、平坦マイクロレンズ170の方向に向かい、より小さな幅にビームを集束させ、それをウエーブガイド160に向け、ファイバアレイ20のファイバにそれを結合させる。このように、ポート150は受信ポート130として使用されてもよい。
光がリフレクタ180からスラブウエーブガイド110に結合されると、それは通常はリフレクタ180から真っ直ぐ伝搬する。光線を適切な受信ポートに仕向けるには、偏向素子195が少なくともコア層114内に(しばしば層112,116内に)通常は設けられ、所望の宛先受信ポートに向かう所定の角度でビームを偏向させる。偏向子195は通常的には受信ポートにも設けられ、受信ポートに向く光線を各自のリフレクタ180側に曲げる。各偏向子195は、層112−116内で縦に設けられた鏡面、回折格子、又はコア層114のものとは異なる屈折率を有するプリズム形状の材料片のような様々な方法で実現可能である。当然に、プリズム形状の材料は形成が容易であり、目下の例に望ましい。
図3は平坦マイクロレンズモジュール158の正面図を示し、図4はその側面図を示す。両図を参照するに、各要素160,170,180は堅固な基板159の上部に形成されたウエーブガイド層を有する。ウエーブガイド層は、基板159上に形成された低位クラッディング層、低クラッディング層上に形成されたコア層及びコア層上に形成された上位クラッディング層を有する(図4)。ウエーブガイド層は全面層のように当初形成され、その後パターニング及びエッチングされ、それらを規定する要素160,170,180の外側寸法周囲の材料を除去する。各平坦なレンズ170及び対応するリフレクタ180の間にギャップ(隙間)178があり、通常は空気で又はコア層のものより低い屈折率の材料で満たされる。ギャップの一方又は両側は、レンズの焦点を絞るために湾曲している(即ち、レンズギャップ178はマイクロレンズ170の一部である。)。コア/クラッディング層及び(もしあれば)レンズギャップ178内の材料の屈折率が与えられれば、その形状は当業者によって容易に計算することができる。ギャップは平坦なレンズ170が光を平行化可能にする。マイクロレンズモジュール158の側面図を示す図4を参照するに、各リフレクタ180の一方端には45度のチルトミラー182を用意するように傾斜が与えられている(マイクロレンズ158の基板159がスラブウエーブガイド110に垂直に設けられていないならば、その角度は(45度と)相違するかもしれない。)。コア層及び空気(又は背後の充填材料)の屈折率の相違は、ほとんどの光が傾斜面で反射させられる程度に十分に大きい。
ウエーブガイド160は、正方形又は長方形断面を有し、一辺当たり20μm乃至70μmの側面寸法を有し、500μm乃至1000μmの長さを有するマルチモードのチャネルウエーブガイドから構成されることが望ましい。シングルモードのチャネルウエーブガイドも可能であるが、ファイバアレイ20のファイバコアに対する調整がより困難になる。マイクロレンズ158からウエーブガイド160を省略すること及びファイバアレイ20のファイバコアを各自のマイクロレンズ170に直接的に結合することも可能である。典型的には、マイクロレンズ170は500μm乃至2000μmの範囲内の長さ、及び100μm乃至500μmの範囲内の幅を有する。マイクロレンズ170の高さは典型的にはウエーブガイド160のものと同じであり、5μm乃至25μmの範囲内の典型的なコア層の厚さを有する。典型的には、リフレクタ180は200μm乃至い1000μmの範囲内の長さ及び100μm乃至500μmの範囲内の幅を有する。リフレクタ180の高さは典型的にはマイクロレンズ170のものと同じであり、5μm乃至25μmの範囲内の典型的なコア層の厚さを有する。ギャップ178の幅は典型的には20μm乃至200μmの間の範囲内にある。それらのコアの幅は比較的広いので、マイクロレンズ170及びリフレクタ180は小規模のスラブウエーブガイドとして効果的に機能する。マイクロレンズ170はビームを、並列な又は僅かにクロスしたコリメートしたビームにコリメートする(後に更に詳細に説明される。)。リフレクタ180及びデフレクタ195は典型的にはコリメートした及びクロスコリメートした属性に影響を与えない。そのようなビームは著しくは発散せずに非常に長距離を伝搬できる。例えば、0.4mmの幅を有するビームは10cmまで伝搬可能であるが、1mmの幅を有するビームは著しい発散なしに50cm乃至100cmより多くの距離を伝搬することができる。典型的な構成例では、ウエーブガイド160は10μm乃至50μmのオーダーの幅を有し、マイクロレンズ170は、リフレクタ180の端部で測定される50μm乃至1000μm(1mm)の範疇の幅を典型的に有する平行化したビームを生成する。そのため、ポート150は典型的には比較的狭い幅の複数の光線を受信することができ、50μm乃至1000μm(1mm)の幅有するコリメートビームのアレイにそれらを変換することができる。本願の開示内容により、当業者は、コリメートしたビーム属性を用意するために要素160,170,180の寸法及びレンズ曲率を選択することができる。
図5はスラブウエーブガイド110と光学的に接触するマイクロレンズアレイ158の横断面図を示す。基板159の低端部は凹部190内に適合し、リフレクタ180のチルトミラー182は凹部194に適合する。チルトミラー182は削られた端面を有するので、チルトミラーは凹部184に完全には適合せず、満たされていない空間が(空気の入ったまま)空いたまま残され、或いは低屈折率の材料で満たされてもよい。チルトミラー182及びギャップ190,194の寸法は、(上から下への)リフレクタ180を通じて伝播する光が180のコア層の削られた端面で反射してコア層114内へ向かうように選択される。コア層114では、光ビームが偏向子195に向かって伝搬し、その伝搬方向は光ビーム(光信号)の宛先受信ポート180に向かう経路に従って変えられる。図5に示されるように、偏向子195は好ましくはリフレクタ180のチルトミラー182の前に設けられる。素子が良好に整合していると、ファイバアレイ20からスラブウエーブガイド110への光線の効率的な結合が可能になる。この点に関し、アダプタ152はマイクロレンズモジュール158をスラブウエーブガイド110に(特にリフレクタ180のコア層をスラブウエーブガイド110のコア層114に及びデフレクタ195に)整合させるよう機能し、更にマイクロレンズ158をファイバアレイ20に(特にウエーブガイド160のコアをファイバアレイのコアに)整合させるよう更に機能する。
上述したように、偏向子195は様々な手法で実現されてもよい。図6は、スラブウエーブガイド110に結合されるマイクロレンズモジュール158の分離された概略平面図を示し、3つの例を示す。左側の図は、プリズム形状の材料片より成る偏向子195Aの例を示し、スラブウエーブガイド110のコア層114内に設けられ、コアのものより高い屈折率を有する材料より成る。特に屈折率がクラッディング層のものより大きかったならば、より低い屈折率を有する材料で隙間を充填することもできる(この場合、隙間の形状は異なってもよい。)。プリズムは、上位クラッディング層116が形成される前に既存のエッチング法でコア層114から材料の整形片(例えば、三角形、台形、多角形)を除去することで容易に形成される。整形された隙間は(層114のものより高い)高屈折率材料で充填されてもよい。その充填工程は、基板上をその材料で全面的に被覆し、コア層114上に高屈折率材料の余分な層を残すことで通常は行われる。余分な層は既存の研磨技法で除去され、コア層及び充填された隙間の表面を平坦化する。また、余分な層は、充填された隙間をマスクし、余分な層を除去するエッチング工程が続くフォトリソグラフィ工程で除去されてもよい。その後、上位クラッディング層116が形成される。
図6中央の図は回折格子構造より成る偏向子195Bの例を示す。回折格子構造は異なる屈折率の交互の材料層を有し、光を偏向させるよう機能する。互い違いの材料層はコア及び上位クラッディング層の材料から構成されてもよいし、或いは2つの異なるコア材料(各々がクラッディング層より大きな屈折率を有する)から構成されてもよい。最後に、図6右側の図はミラーより成る偏向子195Cの例を示す。層112−116を通じるトレンチをエッチングし、そのトレンチを材料で充填することでミラーが形成されてもよい。僅かな量の偏向しか必要とされないならば、トレンチは充填されないまま残されてもよいし、或いは(コア層114のものより低く、典型的にはクラッディング層112,116のものより低い)低屈折率の材料で充填されてもよい。屈折率の変化は浅い角度で光を曲げる程度に十分なものである。
マイクロレンズモジュール158は様々な方法で製造可能である。好ましい方法では、シリコンウエハのような共通の基板上に複数のマイクロレンズ158が同時に形成可能である。3つのポリマ層(クラッディング−コア−クラッディング)がスラブウエーブガイドを形成するために堆積される。その後に、スラブウエーブガイドから材料を除去することで、ウエーブガイド160、マイクロレンズ170及びリフレクタ180が規定される。ポリマ層が光学的に規定可能な(即ち、光描画可能な)材料より成る場合、或いはそれが(フォトマスクを用いる)標準的なフォトリソグラフィ及びポリマ材料のエッチングにより実行可能な場合には、直接的なパターニングが使用されてもよい。スラブウエーブガイドを形成するのにポリマ材料を使用する代わりに、ガラス、シリカ、シリコンのような(所定の波長帯域で)動作波長に透明な他の材料を利用してもよい。素子160,170,180を規定した後に、マイクロレンズモジュール158は共通ウエハから分離される。この工程は、(正面及び背面マスクを用いる)化学的エッチング、レーザアブレーション又はダイシング(後者は最も典型的な手法である)によりなされてもよい。ダイシング法を利用しながら、削られた端面を有するダイシングソーを利用することで、リフレクタ180のチルトミラー182が形成されてもよい。図7を参照するに、1つの手法は45°及び0°のダイシング傾斜面を有するブレード(刃)でウエハの背面ダイシングを行うことである。ブレードが基板を背面側から切断すると、チルトミラー182用の45°の角度を及びチャネルウエーブガイド入力側終端の平坦な0°の角度を形成する。この製造方法は、要素160,170,180がポリマ材料より成る場合に非常に適している。チルトミラー182のテーパー(先細り形状)は、研磨、特殊なマスクを用いるエッチング、レーザアブレーション等のような他の既存の技術で形成することもできる。
リフレクタ180にチルトミラー182を組み込む代わりに、リフレクタ180の遠方端の平坦な表面を利用し、根幹のスラブウエーブガイド110内にチルトミラーを組み込んでもよい。これは、図5に示される断面と同じ面を示す図8の断面図に示されている。ここで、チルトミラー183はスラブエーブガイド110のリセス194内に形成される。リセス194はその目的で削られた斜面と共に形成されてもよい。リセス194の傾斜面は当該技術分野で既知の多数の手法で作成することができる。例えば、トップからテーパーの付いたブレードダイシング、レーザアブレーション、エッチングに続くグレースケールマスキング等を利用してもよい。その後に材料層がチルトミラー183の形成を完了させるために削られた面に形成されてもよい。チルトミラー183の角度及び位置は、リフレクタ180(本実施例では平坦な面181を有する)からの光をスラブウエーブガイド110のコア層114内に方向付けるように構成される。
図1を参照するに、送信ポート120は第1のストレートラインに沿って設けられるよう示され、受信ポート130は第2のストレートラインに沿って設けられるよう示されていた。しかしながら、ポートに関する多くの様々なレイアウトが使用されてもよい。図9は本発明による第2実施例の装置100’の平面図を示し、送信ポート120は円又は楕円の第1の弓状部(アーチ)に沿って設けられ、受信ポート130は円又は楕円の第2の弓状部に沿って設けられ、第1及び第2の弓状部は互いに対向している。概してこの構成例は偏向子195により与えられる必要のある偏向量を減らす。図10は本発明の第3実施例による装置100”の平面図を示し、送信ポート120及び受信ポート130がスラブウエーブガイド110の同じ側(スラブウエーブガイド110内に形成されたミラー構造に対向する側)に設けられている。送信ポート120はそれらの光信号をミラー構造118に向け、ミラー構造は対応する受信部130にそれらを反射する。ミラー構造の反射特性周知であり、既存の光線トレース技術を利用して、送信ポート120から宛先のドーターボードの受信ポート130へ光信号を搬送するのに必要な光信号の放出角を計算してもよい。
本発明者等はスラブウエーブガイド110内の光伝搬損失が一般的なチャネルウエーブガイドで見出されるものより少ないことを見出した。チャネルウエーブガイドの側壁は(散乱による損失のような)光損失に寄与する表面の粗さを有し、スラブウエーブガイド110はそのような表面を有しないことがその理由であると本発明者等は考えている。スラブウエーブガイド110は剛直な基板に形成されるように示されているが、スラブウエーブガイド110はフレキシブル基板や製造後に除去される基板に形成されてもよいことが理解されるであろう。スラブウエーブガイド110のフレキシブルな実施例はそのウエーブガイドが円筒面状に周囲を包囲されること或いは背面を包囲されることを可能にし、特定の電子素子に関する送信及び受信ポートが互いに近接して設けられることを可能にする。
本装置は各自の送信ポートで処理される送信された光信号、及び各自の受信ポートで処理される受信された光信号と共に示されているが、電子素子に関する送信及び受信された光信号が1つのファイバアレイにグループ化され、ポート150(又は以下に示されるポート250)の単一の実施例で処理されてもよいことが理解されるであろう。マイクロレンズ170はスラブウエーブガイド110に直接的に集積され、ウエーブガイド160は反射部(リフレクタ)180に光を直接的に結合してよいことも理解されるであろう。後者の実現性は本発明による光学装置の次に提示する例に関連する。
図11は本発明による光学装置の第2実施例200を示し、光学装置は複数のN個の電子素子の中で光学的な相互接続を与えるように使用される。N個の電子素子は上述のドーターボードでもよいし、或いは以後詳細に説明される他の素子でもよい。図11はコンピュータシステム1’内で複数のドーターボード5を光学的に相互接続する応用例に関する光学装置200を示す。装置200はスラブウエーブガイド110、スラブウエーブガイド110に光学的に結合された複数のN個の送信ポート、及びスラブウエーブガイド110に光学的に結合された複数のN個の受信ポート230を有する。スラブウエーブガイド110は上述したような基板10上に形成され、その基板はフレキシブルなものでもよいし、取り外し可能なものでもよい。上述したように、スラブウエーブガイド110は低位クラッディング層112、コアレイヤ114及び(装置200は空気が上位クラッディングレイヤ116として機能するように構成されるが)好ましくは上位クラッディングレイヤ116より成る。層112−116は好ましくはポリマ材料より成り、ボードの寸法に応じてスクリーン印刷、スプレーコーティング及び/又はスピンコーティングによって基板上に形成されてもよい。コアレイヤはクラッディング層の屈折率より0.5%−3%(より好ましくは1%−2%)高い)屈折率を有し、コア及びクラッディング層はスラブウエーブガイド110に結合される光信号の波長に対して非常に透明である。各層112−116の厚さは典型的には5μmないし100μmの範疇に、より好ましくは10μm乃至50μmの範囲内にあってもよい。1つの典型例として、各層112−116は50μmの厚さを有してもよい。スラブウエーブガイド110内の光信号は互いに交差することが許可される。基板10はFR4ボードのような当該技術分野で使用される既存のいかなるボード材料から構成されてもよい。
ドーターボード5は上述したものと同じである。それらは各自のファイバアレイ20により各自の送信ポート220に光ビーム(光信号)を送信し、各自のファイバアレイ20により各自の受信ポート230から光ビームを受信する。光ビームは上述したようにスラブウエーブガイド110により送信ポート220から受信ポート230へ結合される。図11での装置200の図示の簡明化のため、ポート220,230は図中概略的に示され、その構成の詳細は以下の更なる図面と共に示される。しかしながら、図11はポート220,230の要点を示しており、ポートはトップ表面ではなくスラブウエーブガイド110のエッジで光ビームをコア層に結合している。この特徴によりリフレクタ180及びチルトミラー(上述)の必要性を排除し、これにより光学損失を減らす。
装置220の第2の特徴として、ポートのウエーブガイド160及びマイクロレンズ170はウエーブガイド110内に集積される。これは図12に示され、図12はスラブウエーブガイドに結合されるポート220及び230と共にスラブウエーブガイドの概略平面図を示す。本実施例のより拡張的な例を与えるため、(3つでなく)6つの送信ポート220及び6つの受信ポート230が図12に示されている。送信及び受信ポートの6つの組(ペア)は6つの電子素子に関連し、電子素子は図12でA,B,C,D,E,Fにより示され、これらの素子に導くファイバアレイ20上に記載されている。電子素子の各送信ポートは光ビームを他の電子素子の受信ポートに送信し、好ましくは自身お電子素子に関連する受信ポートには送信しない。例えば、電子素子Aの送信ポート220は電子素子B,C,D,E,Fに関連する受信ポート230に光ビームを送信し;電子素子Bの送信ポート220は電子素子A,C,D,E,Fに関連する受信ポート230に光ビームを送信する;以下同様。これらの光ビームの送信光経路は図12で破線で示されている。図示の簡明化のため、素子C,D,E,Fの送信ポートから受信ポート230へ発した光ビームは破線で示されていない。(しかしながら、これらのポートのマイクロレンズ170は光ビームを適切な受信ポートに搬送するように並べられることが図中で理解されるであろう。)
ポート220,230の各々は例示的なポート250で示されるように(僅かな相違はあっても)同じ基礎構造を有してもよい。ポート250はアダプタ252より成り、アダプタはファイバアレイ20のファイバ端部を受け、コア層14、複数のウエーブガイド160及び複数のマイクロレンズ170のレベルに合わせて関連するファイバコアをスラブウエーブガイド110のエッジに結合する。各ウエーブガイド160は、ファイバアレイ20の対応するファイバコアに直面するよう位置づけられる第1端部と、各自のマイクレンズ170の一面に結合される第2端部とを有する。ポート250が送信ポート220として機能する場合に、各自のマイクロレンズポート170は光ビームのビーム幅を広げ、スラブウエーブガイド110上で実質的に平行な又は交差する光ビームを宛先のドーターボードの受信ポート230への各自の光経路に沿って結合する。ウエーブガイド160及びマイクロレンズ170の双方は会クラッディング層として層112、それらのコア層として層114及びそれらの上位クラッディング層として層116を有する。更に、ウエーブガイド160はある量だけ長さに沿って曲げられており、その量は各自のマイクロレンズ170が宛先のドーターボードの受信ポートに直面することを可能にする量である。ポート250が受信ポート230として機能する場合には、各自のマイクロレンズ170は送信ポート220によりそこに仕向けられるようにスラブウエーブガイド110からの光ビームを結合し、その光をウエーブガイド160内に収束させる。各ウエーブガイド160は好ましくは受信するマイクロレンズ170に結合され、長さ方向に沿ってある量だけ曲げられており、その量は各自のマイクロレンズ170が光ビームを与える送信ポート220に直面することを可能にする量である。
上記のような湾曲したウエーブガイド160は(図2,5,6,8に示されるような)偏向子195を削除可能にする。更に、目下の製造プロセスはウエーブガイド160及びマイクロレンズ170の正確な位置決め及び構築を可能にし、(図2−5に示されるような)マイクロレンズアレイ158を(図2に示されるような)ポート150のスラブウエーブガイド110に整合させるステップを省略可能にする。
図13はポート250の切断斜視図を示し、ウエーブガイド160、マイクロレンズ170並びにマイクロレンズ170及びスラブウエーブガイド110間のギャップ178を示す。図示の簡明化のため、アダプタ252は取り外された位置(ウエーブガイド160及びスラブウエーブガイド110の左エッジの左上)に示されている。アダプタ252がウエーブガイド110に取り付けられると、アレイ20の各ファイバコアは対応するウエーブガイド160のコア層に隣接及び整合する。好適実施例ではアダプタ252を接続するMTマウントはファイバアレイ20の端部で使用されない。その代わりに、ファイバアレイ20の個々のファイバはアダプタ252の内側表面上で各自のV字溝内に保持され、接着剤でそこに接着されてもよい。アダプタ252は、V字溝が形成される低位基板と、低位基板及びファイバ双方の上に設けられてそこでファイバを固定する上位基板とを有してもよい。アダプタ252の上位及び低位基板は接着剤及び/又は止め具により固定位置に保持されてもよい。アダプタ252は当該技術分野で利用可能などの手法でもそれによってスラブ基板110に着脱可能に取り付けられてもよい。一例として、アダプタ252の上位表面は基板10にねじ留めされる或いはボルトで留められてもよく、ねじ/ボルトは上位表面の距離を隔てた端部に設けられる。スラブウエーブガイド110の製造工程の一部として、正確なアライメントマークがアダプタ252をそこに合わせるためにスラブウエーブガイド110の上位に付されてもよい。
図14はスラブウエーブガイド110に形成されるようなウエーブガイド160、ポート250のマイクロレンズ170の平面図を示し、レンズギャップ178’として示される第2の例のレンズギャップを備える。図中の破線は光のビーム幅を示し、光ビームはウエーブガイド160からスラブウエーブガイド110へ又はその逆へマイクロレンズ170を通じて搬送される。規定ギャップ256はウエーブガイド160をスラブウエーブガイド110から分離及び規定するために、及びウエーブガイド160の取り付け位置をマイクロレンズ170に規定するために使用される。ギャップ256はコア層114を通じて降りて下位クラッディング層112の少なくとも上面に達する。規定ギャップ256は開放されたままでもよく(例えば空気で満たされる)、或いはコア層114より低い屈折率を有する材料で充填されてもよい。例えば、上位クラッディング層116の材料は規定ギャップ256を充填するのに使用されてもよい。規定ギャップ256はウエーブガイド160の側からレンズ178に伸び、マイクロレンズ170の横側をカバーしてもよい。そのような拡張は、マイクロレンズ内のビームの広がりはマイクロレンズ170の横側によって閉じ込められる必要はないので通常的には必須でない。しかしながら、レンズの側に侵入する迷い込む光及びウエーブガイド60により偶然に受信した迷い込む光或いはマイクロレンズ170により送信された迷い込む光(即ち、他の伝送ポートからの光)を遮る予防策としてそれがなされてもよい。同様に、レンズギャップ178’はマイクロレンズ170のレンズ面をスラブウエーブガイド110から分離及び規定する。レンズギャップ178’はコア層114を通じて下降して少なくとも下位クラッディング層112の上部に達する。レンズ178’は開放されたままでもよいし(例えば、空気で充填される)、コア層114より低い屈折率を有する材料で充填されてもよいし、より高い屈折率を有する材料で充填されてもよい(図示されるものとは異なる表面形状を必要とする。)。材料は液体形式で充填され、その後に熱及び/又は紫外光線で硬化させられる。
上述したレンズギャップ178は1つの湾曲面を有していたが、レンズギャップ178’は(互いに対向する)2つの湾曲面を有している。一般にレンズギャップの一方又は双方の面は湾曲している。例えばレンズギャップ178’の左右の面は湾曲しているが、左面が平面的であり右面が湾曲している例が構築されてもよい。そしてレンズギャップはマイクロレンズ170の一部であることが理解できる。
図13に示されるポート250ではファイバアレイ20のファイバコアがアダプタ252により直接的に方向付けられていた。アダプタは一般的なファイバアレイコネクタ(例えば、MTコネクタ)を受け入れるように構成されてもよいことが理解されるであろう。概して図15はファイバアレイの従来のコネクタに接続する例示的なアダプタ252’を示す。アダプタ252’はスラブウエーブガイド110に永続的に及び基板10に任意的に取り付けられてもよい。またアダプタ252’はファイバアレイ20がアダプタ252’から取り外せるようにファイバアレイ20のコネクタ端に着脱可能に接続するカップリング開口を有する。ファイバアレイのコア及びウエーブガイドの対向するコアの間の光線の整合性を支援するため、図15に示されるようにファイバコア及びウエーブガイド160間に当該技術分野で利用可能な及び/又は既知のカップリングレンズ又はカップリングレンズアレイの如何なるものが設けられてもよい。そのようなカップリングレンズは0.5dB乃至2dBの範囲内の光損失を招くのが一般的である。ファイバアレイコネクタは能動的に又は受動的にスラブウエーブガイド110に整合することができる。受動的な整合に関し、当該技術分野で既知のアライメント用の特徴(例えば、アライメントマーク)がコネクタ及びスラブウエーブガイドに形成されてもよい。
図16は光ビームのビーム幅特性の一例を示し、光ビームが送信ポートのマイクロレンズ170から受信ポートのマイクロレンズ170に伝搬する場合のビーム幅特性を示す。ビーム幅は実質的にはガウシアン形状である。相互視準された又はクロスコリメートされた(cross−collimated)ビームの属性も図示されており、マイクロレンズ170間の中央でのレンズ幅はマイクロレンズにおけるものよりも狭くなっている。入力及び出力のレンズ間の距離は典型的には10mm乃至1000mmの範囲内である。このような距離を伝搬するために、入力マイクロレンズは光ビームを横向きに視準し又はクロスコリメートし、そのような距離を効率的に伝搬できるようにする。
当該技術分野で知られているように、光ビーム幅の発散性は光ビーム幅が狭くなるにつれて大きくなる。マイクロレンズ170は比較的小さいので、光ビームの幅に関し、光ビームがレンズを出てスラブウエーブガイドに入る場合に発散する傾向がある。これはマイクロレンズ170を幅広くすることで対処できるが、それはより多くのスペースを要し、スラブウエーブガイド110を通じて搬送できる光信号の総数を減らしてしまうかもしれない。従って装置200を構築する際に以下のジレンマに遭遇する:より多くの光信号のためにより多くのマイクロレンズ170を収容しようとするとスラブウエーブガイド110はより大きく形成されるが、より大きなサイズは光ビームが伝搬する距離を増やし、マイクロレンズ170を幅広くすることを必要とし、使用可能なマイクロレンズ数を減らしてしまう。発明者等はこの明白なジレンマに対する解決手段を見出し、その解決手段は図16に示されるように各自の出力ビームがクロスコリメートされるようにマイクロレンズ170を設計するものである。クロスコリメーションは小さな幅のマイクロレンズ170から送信されても光ビームが遠くに伝搬することを可能にする。コリメートされた光ビームを形成するようにマイクロレンズ170の寸法を構成することは当該技術分野の通常の知識の範疇で十分である。これにより、レンズギャップ178又は178’のレン図面の一方又は双方の曲率を僅かに増やすことで、クロスコリメートされたビームを得ることができる。本願の教示内容を使用し且つ商業的に取得可能な光学設計ソフトウエアを使用すれば、図16に示されるクロスコリメーションを達成するマイクロレンズ170を構築することは当業者の能力の範疇にある。
例として、本発明者等は装置200を実施することができ、その装置は400μmより細いビーム幅で100mmまでの距離をスラブウエーブガイド110を通じて伝搬可能である(ビーム幅は強度が1/eになる点で測定される(1/e≒0.13))。500mm乃至1000mmの距離を越える光伝送については、本発明者等は好ましくはビーム幅は1mm又はそれ以上に増やされるべきことを見出している。ポートのマイクロレンズ170は光信号が伝搬する距離に依存して様々な横寸法及び設計パラメータを有してもよい。また、最大伝搬距離を有する光ビームを収容するためにレンズが全て同じ横寸法を有し得る場合に、マイクロレンズ170は同じ寸法を有してもよい。
図17は装置200と同様にして構築された光装置300を示すが、9個の送信ポート220及び9個の受信ポート230が存在する点及びファイバアレイ20がスラブウエーブガイド110に及び/又は(スラブウエーブガイド110が設けられる)基板に永続的に取り付けられてもよい点(即ち、通常的には取り外しできない)で異なる。対向して設けられた送信ポート220及び受信ポート230のペアの各々は電子素子に関連付けられ;送信ポート220の各々はその光素子からの光信号を他の電子素子の受信ポートに送信する(及び好ましくは自身の電子素子に関連する受信ポートには送信されない)。装置300は光ハブとして機能し、光ハブは8つの電子素子のための8つの入力送信(Tx1−Tx8)チャネルと8つの出力受信(Rx1−Rx8)とを備え、8つ全ての電子素子に光学的に結合された制御送信チャネル及び制御受信チャネルを備える。ハブコントローラは制御送信チャネル及び制御受信チャネルに結合されてもよい。ファイバアレイ20はMT/MTPコネクタを備える8−12の折り畳みファイバリボンから構成されてもよい。スラブウエーブガイド110、送信ポート220、受信ポート230及び任意的にファイバアレイ20の端部は装置300を一層丈夫にするためにパッケージ内に封止されてもよい。
本発明のいくつかの応用例を説明する前に、好適実施例の装置100,200及び300のいくつかの特徴が議論される。図1,9,10,11,12,17に示されるように、送信ポートにより多数の光経路がスラブウエーブガイド110内に確立される。これらの非常に多数の光経路は互いに並行ではなく、経路は発散又は収束し、多くの場合に互いに交差する。つまり、2以上の他の光経路と交差する少なくとも1つの光経路が通常的には存在し、3以上の他の光経路と交差する少なくとも1つの光経路が通常的には存在する。一般に、N個の送信ポート及びN個の受信ポートがある場合に、各光経路は(N−1)この他の光経路と通常的には交差し、少数の光経路は少なくとも(N−1)+(N−2)個の他の光経路と交差することができる。他の特徴として、本発明の好適実施例はスラブウエーブガイド110の主要部中に形成された電気的にアクティブないかなる光電装置も有しておらず、電気的にアクティブかされた光電装置を通過せずに送信マイクロレンズ170から受信マイクロレンズ170へ光ビームの各々が伝搬可能であるようにしている(或いは、装置100の場合のように電気的にアクティブな光電装置を通過せずにある偏向子195から別の偏向子195へ伝搬可能であるようにしている)。別の特徴として、マイクロレンズ170からマイクロレンズ170へ(又は偏向子195から偏向子195へ)光ビームが伝搬する距離は同一ではなく、多くは相違する。従って、各距離に対して裁量のビーム伝搬特性を与えるために、レンズ構成は一般的には異なる(特にクロスコリメートされたビームを送信及び受信するマイクロレンズを構築する場合に異なる)。様々なレンズ構成ではレンズ表面の曲率量が通常的には相違し、それらは様々な焦点を有する。
図18は装置100,200,300の各々が使用されてもよいアプリケーション例を示す。図示の簡明化のため、装置300が示される。アプリケーションは複数のサーバーブレードを有するインターネットサーバーシステム用である。一般に、インターネットサーバーシステムはウェブページその他の情報を与えるようにインターネットから要求を受信し、いくつかのディスクドライブ及び/又はファイルサーバーから情報を取得する。サーバーブレードはインターネットとのインターフェース機能やファイルフェッチ機能のようないくつかの機能を実行するように、或いは全ての機能を実行するように構成されてもよい。機能するシステムに関し、サーバーブレードは互いに通信することを必要とし、中央コントローラを必要とする。(正面に示される)コントローラサーバは中央コントローラの機能を提供し、サーバーブレード間の通信を調整し、ボード間の通信パケットトラフィックを制御する。装置300は各サーバーブレードが他の全てのサーバーブレードと任意的に相互接続することを可能にし、コントローラサーバが全てのサーバーブレードと任意的に通信可能にする。図18に示されるのと同じトポロジがスーパーコンピュータで使用されてもよい(その場合にはドーターボードがサーバーブレードに置き換わる。)。
図19は装置100,200,300の各々が使用されてもよいアプリケーション例を示す。図示の簡明化のため装置300が示される。アプリケーションは比ak利ローカルエリアネットワーク(LAN)用であり、複数のコンピュータステーション、ファイルサーバー、プリンタ及び他のリソースが相互接続される。コンピュータステーション、ファイルサーバー、プリンタ及び他のリソースの各々は長いファイバアレイにより装置300のTX及びRXポート220,230の各自の対に結合される。装置300により、コンピュータステーションの各々はファイルサーバー、プリンタ及び他のLANリソースに加えて他のコンピュータステーションに任意的に結合される。1つのファイルサーバーは(ファイル供給を行う代わりに又はそれに加えて)中央コントローラとして機能してもよく、装置300のコントローラTX及びRXポートに結合されてもよい。このファイルサーバーは装置300による光通信を制御するように機能してもよい。しかしながら装置300は、コンピュータステーション及びファイルサーバーがそれらの光通信を独立に制御可能にする及びそれら自身でポイントトゥポイント通信を確立可能にする柔軟性を有する。
装置100,200,300の各々は複数の電子素子が1対1の高速光通信を互いの間で確立可能にする。これは図20に示され、図20は5つの電子素子間で可能な光相互接続を示す。これらの素子の各々はコンピュータシステムのドーターボードでもよいし、上述のLAN素子でもよい。図19に示されるLANは装置300に関してスター型の配線形態を示すが、その装置はLAN素子の間では図20に例示される1対1通信の作用をなす。本発明による目下の装置は電子素子の各ペアの間で毎秒10ギガビットまでの1対1送信及び受信レートを可能にする。
以上本発明は図示の実施例に関して具体的に説明されてきたが、本件の開示内容に基づいて様々な代替例、修正例及び適用例がなされてもよく、それらは本発明の範疇にあることが意図されていることは理解されるであろう。本発明は最も現実的で好ましい例であると目下のところ考えられているものに関連して説明されてきたが、本発明は説明された実施例に限定されず、むしろ様々な修正例及び等価な態様を添付の特許請求の範囲内に含めるように意図されていることが理解されるべきである。
以下、本発明により教示される手段が例示的に列挙される。
(付記1)
少なくとも3個であるN個の複数の電子素子の間で光相互接続を行う光装置であって:
上表面及びコア層を有し、光ビームがコア層内を複数の方向に伝搬できるようにし、光ビームが実質的に互いに干渉せずに互いに交差できるようにするスラブウエーブガイド;
複数のN個の受信ポート;及び
複数のN個の送信ポート;
を有し、各受信ポートは各自の電子素子用に割り当てられ;
各送信ポートは各受信ポートに関連付けられ、関連付けられた受信ポートのものと同じ電子素子に割り当てられ、各送信ポートは関連する電子素子からの複数の光ビームを受信し、受信した光ビーム各々を光経路に沿ってスラブウエーブガイド上で受信ポートに送信し、送信ポートはスラブウエーブガイド内で複数の光経路を与え;
各受信ポートは、少なくとも2つの異なる送信ポートから送信された複数の光信号をスラブウエーブガイドから受信するように構築され;及び
少なくとも2つの光経路が互いに交差する;
ことを特徴とする光装置。
(付記2)
送信ポートが第1のラインに沿ってスラブウエーブガイドの第1側面に設けられ、受信ポートが第2のラインに沿ってスラブウエーブガイドの第2の側面に設けられる
ことを特徴とする付記1記載の光装置。
(付記3)
送信ポートが円又は楕円の第1の弓形部に沿ってスラブウエーブガイドの第1側面に設けられ、受信ポートが円又は楕円の第1の弓形部に沿ってスラブウエーブガイドの第2側面に設けられる
ことを特徴とする付記1記載の光装置。
(付記4)
スラブウエーブガイドがスラブウエーブガイドの第1側面に沿って設けられるミラー構造より成り、送信ポート及び受信ポートがスラブウエーブガイドの第2側面に沿って設けられる
ことを特徴とする付記1記載の光装置。
(付記5)
少なくとも1つのポートが:
第1光学面及び第2光学面を有するプレーナマイクロレンズ;及び
スラブウエーブガイド内に設けられ、自身とスラブウエーブガイドとの間で光を結合するように構成される光偏向子;
を有し、前記プレーナマイクロレンズ及び前記光偏向子はプレーナマイクロレンズの第2光学面及び光偏向子の間に光を結合可能にするように設けられる
ことを特徴とする付記1記載の光装置。
(付記6)
少なくとも1つのポートが光ウエーブガイドより成り、光ウエーブガイドは、第1端部、マイクロレンズの第1光学面に面するよう設けられた第2端部、第1及び第2端部間に沿って光が伝搬する長さ部分、及び長さ部分に垂直な幅部分を有し、幅部分は長さ部分より小さい
ことを特徴とする付記5記載の光装置。
(付記7)
マイクロレンズが基板上に形成され、マイクロレンズの第2光学面がスラブウエーブガイドの上表面の地点の上に設けられ、少なくとも1つのポートが上表面の前記地点に設けられた反射面を有し、反射面はマイクロレンズの第2光学面及び光偏向子の間で光ビームを結合可能である
ことを特徴とする付記5記載の光装置。
(付記8)
反射面がマイクロレンズと同一基板上に形成される
ことを特徴とする付記7記載の光装置。
(付記9)
基板が少なくとも1つの端部を有し、反射面が前記少なくとも1つの端部に設けられ、スラブウエーブガイドが凹部を有し、該凹部は基板の前記少なくとも1つの端部及び前記反射面を受け入れるように構成される
ことを特徴とする付記8記載の光装置。
(付記10)
反射面がスラブウエーブガイド内に形成される
ことを特徴とする付記7記載の光装置。
(付記11)
基板が少なくとも1つの端部を有し、マイクロレンズが出力ビームを前記少なくとも1つの端部に仕向け、スラブウエーブガイドが凹部を有し、該凹部は基板の前記少なくとも1つの端部を受け入れるように構成される
ことを特徴とする付記10記載の光装置。
(付記12)
光偏向子が回折格子、ミラー及びプリズム偏向子の少なくとも1つから構成される
ことを特徴とする付記5記載の光装置。
(付記13)
光偏向子がスラブウエーブガイドの少なくともコア層に設けられたプリズム偏向子より成り、プリズム偏向子は、少なくとも3つの側面と、スラブウエーブガイドのコア層の屈折率とは異なる屈折率とを有する
ことを特徴とする付記5記載の光装置。
(付記14)
前記少なくとも1つのポートは送信ポートであり、
プレーナマイクロレンズは第1光学面で入力光線を受信し、第2光学面で視準された又はクロスコリメートされた光線を出力し、及び
光偏向子は第1の光経路に沿ってマイクロレンズからの出力光線を受信し、第2の光経路とは異なる第2の光経路に沿って光線をスラブウエーブガイドに偏向する
ことを特徴とする付記5記載の光装置。
(付記15)
前記少なくとも1つのポートが受信ポートであり、
光偏向子がスラブウエーブガイドのコア層からの光ビームを受信し、受信された光ビームは第1の光経路に沿って伝搬し、光偏向子は偏向した光ビームを出力し、偏向した光ビームは第1の光経路とは異なる第2の光経路に沿って伝搬し、
プレーナマイクロレンズは第2光学面で偏向した光ビームを受信し、及び
プレーナマイクロレンズは偏向した光の焦点を合わせ、第1光学面で出力光線を生成するよう構成され、該出力光線は第1のビーム幅より小さな第2のビーム幅を有する
ことを特徴とする付記5記載の光装置。
(付記16)
スラブウエーブガイド内に設けられ且つ第1光学面及び第2光学面を有する第1のプレーナマイクロレンズを少なくとも1つの送信ポートが有し、第1のプレーナマイクロレンズは第1光学面で入力光線を受信し、第2光学面で第1の光経路に沿って伝搬する諮詢された又はクロスコリメートされた光ビームを出力し、及び
スラブウエーブガイド内に設けられ且つ第1光学面及び第2光学面を有する第2のプレーナマイクロレンズを受信ポートが有し、第2のプレーナマイクロレンズは第1のマイクロレンズによる視準された又はクロスコリメートされた光ビーム出力を第2光学面で受信するよう位置づけられ、受信される光ビームは第1のビーム幅を有し、第2のプレーナマイクロレンズは受信される光ビームの焦点を合わせ、第1のビーム幅より狭い第2のビーム幅を有する出力光線を生成し、出力光線は第2のマイクロレンズの第1光学面から発信される
ことを特徴とする付記1記載の光装置。
(付記17)
第1のプレーナマイクロレンズはクロスコリメートされた光線を出力するよう構成される
ことを特徴とする付記16記載の光装置。
(付記18)
入力光線を受信する第1端部と、第1のマイクロレンズの第1光学面に面するよう設けられた第2端部と、第1及び第2端部の間の長さ部分とを有する光ウエーブガイドを更に備え、光ウエーブガイドは該光ウエーブガイド内の光伝搬方向に垂直な幅部分を有し、該幅部分は光ウエーブガイドの長さ部分より短く、光ウエーブガイドの少なくとも一部は長さ部分に沿って湾曲している
ことを特徴とする付記16記載の光装置。
(付記19)
第2のマイクロレンズの第1光学面に面するよう設けられた第1端部と、第2端部と、第1及び第2端部の間の長さ部分とを有する光ウエーブガイドを更に備え、光ウエーブガイドは該光ウエーブガイド内の光伝搬方向に垂直な幅部分を有し、該幅部分は光ウエーブガイドの長さ部分より短く、光ウエーブガイドの少なくとも一部は長さ部分に沿って湾曲している
ことを特徴とする付記16記載の光装置。
(付記20)
第1のマイクロレンズはスラブウエーブガイドの少なくともコア層に形成されたレンズギャップを有し、レンズギャップは第1のマイクロレンズの第2光学面を規定する少なくとも1つの湾曲面を有する
ことを特徴とする付記16記載の光装置。
(付記21)
第1のマイクロレンズのレンズギャップは、第1のマイクロレンズの第2光学面を規定する第1湾曲面と、第1のマイクロレンズアレイの追加的な光学面を規定する第2湾曲面とを有する
ことを特徴とする付記20記載の光装置。
(付記22)
第1のマイクロレンズのレンズギャップは、スラブウエーブガイドのコア層の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で充填される
ことを特徴とする付記20記載の光装置。
(付記23)
第2のマイクロレンズはスラブウエーブガイドの少なくともコア層に形成されたレンズギャップを有し、該レンズギャップは第2のマイクロレンズの第2光学面を規定する少なくとも1つの湾曲面を有する
ことを特徴とする付記16記載の光装置。
(付記24)
第2のマイクロレンズのレンズギャップは、第2のマイクロレンズの第2光学面を規定する第1湾曲面と、第2のマイクロレンズのアレイの追加的な光学面ンを規定する第2湾曲メントを有する
ことを特徴とする付記23記載の光装置。
(付記25)
第2のマイクロレンズのレンズギャップは、スラブウエーブガイドのコア層の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で充填される
ことを特徴とする付記23記載の光装置。
(付記26)
光相互接続を行う光装置であって、
上表面及びコア層を有し、コア層内の複数の方向に光ビームを伝搬可能にするスラブウエーブガイド;
スラブウエーブガイド内に設けられ、第1光学面及び第2光学面を有し、第1光学面で入力光線を受信し、第1の光経路に沿う視準された又はクロスコリメートされた光線を第2光学面で出力する第1のプレーナマイクロレンズ;
スラブウエーブガイド内に設けられ、第1光学面及び第2光学面を有し、第1のマイクロレンズで視準された又はクロスコリメートされた光線出力を第2光学面で受信するように位置づけられた第2のプレーナマイクロレンズ;
スラブウエーブガイド内に設けられ、第1光学面及び第2光学面を有し、第1光学面で入力光線を受信し、第2の光経路に沿う視準された又はクロスコリメートされた光線を第2光学面で出力する第3のプレーナマイクロレンズ;
スラブウエーブガイド内に設けられ、第1光学面及び第2光学面を有し、第3のマイクロレンズで視準された又はクロスコリメートされた光線出力を第2光学面で受信するように位置づけられた第4のプレーナマイクロレンズ;
を有することを特徴とする光装置。
(付記27)
電気的にアクティブな光電装置を通過せずに光線が第1のマイクロレンズから第2のマイクロレンズに伝搬し、電気的にアクティブな光電装置を通過せずに光線が第3のマイクロレンズから第4のマイクロレンズに伝搬するようにスラブウエーブガイドが構成される
ことを特徴とする付記26記載の光装置。
(付記28)
第1及び第3のプレーナマイクロレンズの少なくとも1つが、クロスコリメートされた光線を生成するよう構成される
ことを特徴とする付記26記載の光装置。
(付記29)
第1及び第3のプレーナマイクロレンズが、異なるレンズ構成を有する
ことを特徴とする付記26記載の光装置。
(付記30)
第1及び第2のマイクロレンズが第1の距離間隔だけ離間され、第3及び第4のマイクロレンズが第2の距離間隔だけ離間され、第1及び第2の距離間隔は異なる
ことを特徴とする付記26記載の光装置。
(付記31)
入力光線を受信する第1端部と、第1のマイクロレンズの第1光学面に面するよう設けられた第2端部と、第1及び第2端部の間の長さ部分とを光ウエーブガイドが有し、光ウエーブガイドは光ウエーブガイド内の光伝搬方向に垂直な幅部分を有し、幅部分は光ウエーブガイドの長さ部分より短く、光ウエーブガイドの少なくとも一部が長さ部分に沿って湾曲している
ことを特徴とする付記26記載の光装置。
(付記32)
第2のマイクロレンズの第1光学面に面するよう設けられた第1端部と、第2端部と、第1及び第2端部の間の長さ部分とを有する光ウエーブガイドを更に備え、光ウエーブガイドは該光ウエーブガイド内の光伝搬方向に垂直な幅部分を有し、該幅部分は光ウエーブガイドの長さ部分より短く、光ウエーブガイドの少なくとも一部は長さ部分に沿って湾曲している
ことを特徴とする付記26記載の光装置。
(付記33)
第1のマイクロレンズはスラブウエーブガイドの少なくともコア層に形成されたレンズギャップを有し、レンズギャップは第1のマイクロレンズの第2光学面を規定する少なくとも1つの湾曲面を有する
ことを特徴とする付記26記載の光装置。
(付記34)
第1のマイクロレンズのレンズギャップは、スラブウエーブガイドのコア層の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で充填される
ことを特徴とする付記33記載の光装置。
(付記35)
第2のマイクロレンズはスラブウエーブガイドの少なくともコア層に形成されたレンズギャップを有し、該レンズギャップは第2のマイクロレンズの第2光学面を規定する少なくとも1つの湾曲面を有する
ことを特徴とする付記26記載の光装置。
(付記36)
第2のマイクロレンズのレンズギャップは、スラブウエーブガイドのコア層の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で充填される
ことを特徴とする付記35記載の光装置。
(付記37)
光相互接続を行う光装置であって、
上表面、上表面の周囲に設けられた少なくとも1つの端部、コア層内で複数の方向に光線を伝搬可能にするコア層を有するスラブウエーブガイド;
スラブウエーブガイドの前記少なくとも1つの端部に設けられ、第1の光ファイバ及び第2の光ファイバを少なくとも受け入れるアダプタであって、光ファイバの各々はファイバコアをそれぞれ有し、光ファイバのファイバコアをスラブウエーブガイドのコア層のレベルに実質的に整合させるように構成されるアダプタ;
スラブウエーブガイド内に設けられ、第1光学面及び第2光学面を有し、第1の光ファイバのファイバコアに光学的に結合され、スラブウエーブガイド内で第1の光経路に沿って伝搬する光を光学的に結合するように構成される第1のプレーナマイクロレンズ;及び
スラブウエーブガイド内に設けられ、第1光学面及び第2光学面を有し、第2の光ファイバのファイバコアに光学的に結合され、スラブウエーブガイド内で第2の光経路に沿って伝搬する光を光学的に結合するように構成される第2のプレーナマイクロレンズ;
を有し、第1及び第2の光経路は並行ではない
ことを特徴とする光装置。
(付記38)
第1のプレーナマイクロレンズが、第1の光経路に沿って伝搬する視準された又はクロスコリメートされた光線を第2光学面で出力するように構成される
ことを特徴とする付記37記載の光装置。
(付記39)
第1のプレーナマイクロレンズは、スラブウエーブガイドからの光線を第2光学面で受信する
ことを特徴とする付記37記載の光装置。
(付記40)
第1及び第2のプレーナマイクロレンズは、異なるレンズ構成を有する
ことを特徴とする付記37記載の光装置。
(付記41)
第1端部と、第1のマイクロレンズの第1光学面に面するよう設けられた第2端部と、第1及び第2端部の間の長さ部分とを第1の光ウエーブガイドが有し、第1の光ウエーブガイドは第1の光ウエーブガイド内の光伝搬方向に垂直な幅部分を有し、幅部分は第1の光ウエーブガイドの長さ部分より短く、第1の光ウエーブガイドの少なくとも一部が長さ部分に沿って湾曲している
ことを特徴とする付記37記載の光装置。
(付記42)
第1端部と、第2のマイクロレンズの第1光学面に面するよう設けられた第2端部と、第1及び第2端部の間の長さ部分とを有する第2の光ウエーブガイドを更に備え、第2の光ウエーブガイドは該第2の光ウエーブガイド内の光伝搬方向に垂直な幅部分を有し、該幅部分は第2の光ウエーブガイドの長さ部分より短く、第2の光ウエーブガイドの少なくとも一部は長さ部分に沿って湾曲している
ことを特徴とする付記41記載の光装置。
(付記43)
第1のマイクロレンズは、スラブウエーブガイドの少なくともコア層に形成されたレンズギャップを有し、該レンズギャップは第1のマイクロレズの第2光学面を規定する少なくとも1つの湾曲面を有する
ことを特徴とする付記37記載の光装置。
(付記44)
第1のマイクロレンズのレンズギャップは、スラブウエーブガイドのコア層の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で充填される
ことを特徴とする付記43記載の光装置。
(付記45)
光相互接続を行う光装置であって:
上表面と、コア層内の複数の方向に光ビームを伝搬させるコア層と、上表面に形成され少なくとも下位のコア層まで伸びる凹部とを有するスラブウエーブガイド;
基板上に形成され、第1光学面及び第2光学面を有するプレーナマイクロレンズであって、前記基板はスラブウエーブガイドの凹部に設けられた少なくとも1つの端部を有し、プレーナマイクロレンズの第2光学面は前記少なくとも1つの端部に面するプレーナマイクロレンズ;及び
プレーナマイクロレンズの第2光学面及びスラブウエーブガイドのコア層の間で光を反射させるよう設けられた反射面;
を有することを特徴とする光装置。
(付記46)
プレーナマイクロレンズが、第1光学面で入力光線を受信し、視準された又はクロスコリメートされた光線を第2光学面で出力する
ことを特徴とする付記45記載の光装置。
(付記47)
前記反射面が、プレーナマイクロレンズと同一基板上に形成され、スラブウエーブガイドの凹部に設けられる
ことを特徴とする付記45記載の光装置。
(付記48)
前記反射面が、スラブウエーブガイドに設けられる
ことを特徴とする付記45記載の光装置。
(付記49)
スラブウエーブガイドに設けられ、反射面に光を又は反射面からの光を結合するよう位置づけられた光偏向子を更に有する
ことを特徴とする付記45記載の光装置。
(付記50)
光偏向子が回折格子、ミラー及びプリズム偏向子の少なくとも1つから構成される
ことを特徴とする付記45記載の光装置。
(付記51)
第1端部と、マイクロレンズの第1光学面に面する第2端部と、第1及び第2端部の間に沿って光が伝搬する長さ部分と、該長さ部分より短く該長さ部分に垂直な幅部分とを有する光ウエーブガイドを更に備える
ことを特徴とする付記45記載の光装置。
本発明による光学装置の第1実施例を示す。 本発明による送信ポート及び受信ポート各々に使用可能な本発明によるポートの第1実施例に関する分解斜視図を示す。 本発明による平坦マイクロレンズモジュールの第1の例の正面図である。 本発明による図3の平坦マイクロレンズモジュールの第1の例の側面図である。 本発明によるスラブウエーブガイドを備えた平坦マイクロレンズモジュールの第1の例の断面図を示す。 本発明による偏向子の3つの例を示す概略図である。 本発明による平坦マイクロレンズモジュールの第1の例を形成するのに使用されてもよいダイシング工程例の概略図である。 本発明によるスラブウエーブガイドを備えた平坦マイクロレンズモジュールの第2の例の断面図を示す。 本発明による送信ポート及び受信ポートに関する第2の構成例を示す図である。 本発明による送信ポート及び受信ポートに関する第3の構成例を示す図である。 コンピュータシステムで使用される本発明による光学装置の第2実施例を示す図である。 本発明による光学装置の第2実施例に関する概略平面図を示す。 本発明による送信ポート及び受信ポート各々に使用されてもよい本発明によるポートの第2実施例に関する切断斜視図を示す。 本発明によるポートの第2実施例のウエーブガイド及びマイクロレンズ素子の平面図を示す。 本発明によるポートのアダプタに関する第2実施例を使用する本発明によるポートの第2実施例の実現例を示す図である。 本発明による2ポート間を伝搬するクロス視準ビームの概略平面図を示す。 本発明による光学装置の第3実施例の概略平面図を示す図である。 本発明による装置の第2のアプリケーション例を示す図である。 本発明による装置の第3のアプリケーション例を示す図である。 本発明による電子素子間の1対1通信の様子を示す図である。
符号の説明
1 コンピュータシステム
5 ドーターボード
6 光信号送信部
7 光信号受信部
10 基板
20 ファイバアレイ
100 光装置
110 スラブウエーブガイド
112 下位クラッディング層
114 コア層
116 上位クラッディング層
118 ミラー構造
120 送信ポート
130 受信ポート
150 ポート
152 アダプタ
154 受信開口
158 マイクロレンズモジュール
159 剛直な基板
160 ウエーブガイド
170 プレーナレンズ
178 ギャップ
180 リフレクタ
181 面
182,183 チルトミラー
190 凹部
194 段差部
195 偏向素子
200 光装置
220 送信ポート
230 受信ポート
250 ポート
252 アダプタ
256 ギャップ
300 光装置

Claims (1)

  1. 光ファイバを通じて送信ポートに結合された光信号送信部と光ファイバを通じて受信ポートに結合された光信号受信部とをそれぞれが有する複数のボードと、
    少なくともコア層を有するスラブウェーブガイドと
    を有し、該スラブウェーブガイドは、
    前記複数のボードのうちの何れかのボードに結合された送信ポートからの光信号が、前記コア層の中で、前記複数のボードのうちの他のボードに結合された受信ポートへ進むように、前記光信号を偏向させる送信側偏向子と、
    該何れかのボードに結合された受信ポートが、前記他のボードに結合された送信ポートからの光信号を前記コア層を介して受信するように、該光信号を偏向させる受信側偏向子と
    を有し、前記複数のボードに結合された複数の送信ポートは、前記スラブウェーブガイドの上部表面において、円又は楕円の一部をなすように弓状に設けられ、前記複数のボードに結合された複数の受信ポートは、前記上部表面において、前記円又は楕円の別の部分をなすように、前記複数の送信ポートに対向して弓状に設けられている、複数のボード間で光相互接続を行う光装置。
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