KR0170192B1 - 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리 처리시스템의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조에 관한 것으로서, 빛을 발진하는 광투과형 표면 방출 레이저가 어레이로 배열된 레이저 어레이 기판과, 상기 레이저 어레이에서 발진된 빛이 평행해지도록 빛을 접속하는 마이크로 렌즈가 어레이로 배열된 마이크로 렌즈 어레이 기판과, 상기 마이크로 렌즈 어레이 기판을 투과한 빛을 논리 회로의 창문으로 투과시켜 데이터를 읽어 논리 기능을 수행하는 광논리 소자 어레이로 이루어진 다수 개의 단위 칩으로 이루어져 빛이 직선적으로 상기 각 기판을 투과하면서 논리를 수행하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 빛이 각 기판을 통해 직선적으로 투과되면서 진행되므로 빛의 경로를 최단 거리로 할 수 있으며, 빛이 레이저 어레이 기판을 투과하므로 투과 면적이 증가되어 단위 칩 사이의 빛의 진행 경로를 맞추기 위한 정렬이 용이하다.

Description

광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조

제1도는 본 발명에 따른 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템 구조의 단면도.

제2도는 제1도의 단위 칩 내의 세부 구조의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 초기 데이터 입력용 표면 방출 레이저 어레이

2 : 광투과 표면 방출 레이저 어레이

3 : 마이크로렌즈 어레이 4: 광논리 소자 어레이

5 : 단위칩 6 : 단위칩 내의 논리수행 최소단위

7 : 표면방출 레이저 소자 8 : 마이크로렌즈

9 : 광논리 회로의 창문 10 : 접합부

11 : 레이저 빛 12 : 표면방출 레이저의 상부 금속전극

13 : 레이저 어레이 기판 옆면에 증착된 무반사막

14 : 레이저 어레이 기판 뒷면에 증착된 무반사막

15 : 논리소자 어레이 기판 뒷면에 증착된 무반사막

16 : 광흡수 폴리이드막

본 발명은 광논리 처리 시스템의 구조에 관한 것으로서, 특히, 레이저 빛이 기판에서 투과될 수 있는 표면 방출 레이저, 광논리소자 및 마이크로 렌즈 어레이들을 이용한 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조에 관한 것이다.

광컴퓨터와 같은 병렬 광논리처리 시스템에서는 빛을 방출하는 광원, 빛으로 연산 처리를 하는 광논리 소자, 그리고, 빛의 경로를 조절하는 수동 광부품의 효율적인 집적이 요구된다. 지금까지 개발된 병렬 광논리처리 시스템들은 광의 경로 조절을 광섬유로 하거나, 또는, 빛을 수직된 두개의 경로로 분리시키는 광분리기를 사용하고 있다.

그러나, 상기 광섬유와 광분리기는 많은 공간을 차지하여 전체 시스템의 규모가 커져 광컴퓨터로써 실용성이 저하된다.

따라서, 빛의 경로를 단축시킨 구조로는 레이저 기판에 광관통구를 만들고, 이 레이저 기판과 논리소자 기판을 수직으로 적층한 구조가 있다. 레이저 어레이로 사용되는 기판의 밴드 갭 보다 파장이 짧은 빛을 사용하는 경우에는 기판의 투과시에 빛이 흡수되므로, 광관통구를 사용한 구조가 빛의 경로를 제공하는데 효과적이다.

그러나, 상기 빛의 경로로 사용되는 광 관통구는 기판 상에서 차지하는 면적이 크고 빛이 관통구를 지나가도록 기판들을 정렬시키기 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 빛이 레이저 기판과 광논리 소자 기판을 투과되어 직선으로 진행되도록 하여 기판들을 용이하게 정렬할 수 있는 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조는 빛을 발진하는 광투과형 표면 방출 레이저가 어레이로 배열된 레이저 어레이 기판과, 상기 레이저 어레이에서 발진된 빛이 평행해지도록 빛을 집속하는 마이크로 렌즈가 어레이로 배열된 마이크로 렌즈 어레이 기판과, 상기 마이크로 렌즈 어레이 기판을 투과한 빛을 논리 회로의 창문으로 투과시켜 데이터를 읽어 논리 기능을 수행하는 광논리 소자 어레이로 이루어진 다수 개의 단위 칩으로 이루어져 빛이 직선적으로 상기 각 기판을 투과하면서 논리를 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도는 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조의 단면도이다.

상기 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조는 다수 개의 단위 칩(5)으로 이루어지는 데, 기본적인 배열은 광투과 기판을 갖는 표면 방출 레이저 어레이(2), 마이크로 렌즈 어레이(3), 광투과형 논리 소자 어레이(4)의 순으로 한다.

상기 표면 방출 레이저 어레이(2)로 수직공진형 표면 방출 레이저 어레이(Vertical-cavity surface-emitting laser array)를 사용한다.

광논리 소자 어레이(4)로 전광 효과에 의한 광쌍안정성을 이용하여 논리기능을 수행하는 SEED 어레이(Self elecrooptic effect device array)를 사용한다.

또한, 마이크로 렌즈 어레이(3)는 빛의 진행시 발산을 줄인다.

상기에서, 어레이란 레이저 소자, 광논리 소자, 또는, 렌즈를 이차원 평면 기판에 규칙적으로 배치시킨 것을 의미한다. 상기 세가지의 어레이가 조합되어 특정한 논리 기능을 수행하는 단위 칩(5)을 이루고, 여러 가지 논리 기능에 대한 연산 처리는 이 단위 칩(5)을 반복적으로 적층시켜 수행한다. 상기 각 단위 칩(5)에서 논리 기능의 변화는 광논리 소자 어레이(4)의 내부 회로를 변화시켜 구사한다. 각 논리 회로는 SEED 소자를 이용한 기존의 논리 곱(AND), 논리 합(OR), 부논리 합(NOR) 및 부논리 곱(NAND) 등의 기능을 갖는 회로를 사용하여 구성한다.

단위 칩(5) 내의 어레이 부품들의 세부 구조는 임의의 N-1, N 및 N+1 번째 단위 칩을 대표적으로 도시한 제2도로 기술한다.

마이크로 레이저(7)들은 빛이 레이저 어레이 기판(2)의 뒷면으로 발진되는 하부 표면 방출형으로 만든다. 각 레이저 어레이 기판(2)에는 한 단계 이전의 단위 칩(5)에서 발진된 레이저 빛(11)이 투과될 수 있도록 하기 위하여, 레이저 어레이 기판(2)의 앞면(13)과 뒷면(14)의 전체 표면에 유전성체의 무반사막(13)(14)을 입힌다. 또한, 논리 소자 어레이(4) 기판의 뒷면(15) 전체에도 유전체의 무반사막(15)을 입힌다. 상기 N번째 레이저 어레이 기판(2)의 앞면(13)에서 N-2째 레이저에서 나온 빛이 도달하는 위치에는 빛을 흡수하는 폴리이미드(16)를 도포하여 논리 수행을 완료한 빛이 흡수 소멸되도록 한다. 각 마이크로 렌즈 어레이(3)에서 단일 마이크로 렌즈(8)들은 유리 기판 위에 Fresnel 렌즈의 원리를 이용한 동심원의 홈을 식각하여 만든다. 상기 마이크로 렌즈(8)의 초점은 N번째 단위 칩(5)의 레이저(7)에서 나온 빛이 마이크로 렌즈(8)를 통과하여 평행광이 되도록 하며, N번째 단위 칩(5) 내의 광논리 소자의 창문(9)과 N+1번째 단위 칩(5)내의 광논리 회로의 창문(9) 안으로 빛이 들어갈 수 있도록 한다. 상기 레이저 어레이 기판(2), 마이크로 렌즈 어레이 기판(3) 및 광논리 어레이 기판(4)들은 제1도에 도시된 바와 같이 각각 접합부(10)로 밀착시켜 고정시킨다.

상술한 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조를 이용하여 연산을 수행하는 것을 설명한다.

상기에서 논리 수행에 필요한 0 또는 1의 이진법의 광신호는 기존의 광논리 회로에 도입되고 있는 방법과 같이 한 쌍의 레이저빛(a)(b)를 이용한다. 예로써, a 및 b 한 쌍의 레이저 빛 중 a의 세기가 크고 b의 세기가 작은 상태를 0으로 하며, 그와 반대로 a의 세기가 작고 b의 세기가 큰 상태를 1로 한다. 여기서 두가지 빛(a)(b)의 세기는 SEED 광논리 회로 창문(9)에서 빛이 흡수되거나 또는 통과되는 광쌍안정 상태로 변화될 수 있는 범위 내에 각각 속하도록 한다. 상기에서 사용되는 빛(a)(b)의 파장이 레이저 어레이 및 논리 회로 어레이 기판으로 사용되는 반도체 기판의 밴드갭 보다 짧다면 상기 반도체 기판에서 대부분 흡수되기 때문에 사용되는 반도체기판의 밴드갭 보다 길어야 한다.

상기에서, N-1번째 레이저 어레이 기판(2) 내의 한 쌍의 레이저(7)에서 레이저 빛(a)(b)을 동시에 발진하여 N-1번째 논리 회로의 창문(9)을 투과하며 데이터를 읽는다. 그리고, 상기 N-1번째 논리 회로의 창문(9)을 투과한 빛은 상기 N번째 레이저 어레이 기판(2)을 투과하고 N번째 논리 회로의 창문(9)을 투과하며 데이터를 입력하고, 그리고, N+1번째 레이저 어레이 기판(2)의 앞면에 있는 광흡수 폴리이미드막(16)에 도달하여 흡수 소멸된다. 여기서 N번째 광논리 회로의 창문(9)에 입력된 데이터로 N번째 논리 회로에서 논리를 수행하며, 상기 논리 수행된 결과로 나온 데이터는 N번째 광논리 회로의 창문(9)에 빛을 흡수케하거나 통과시키는 상태로 저장한다. N번째 광논리 회로의 창문(9)에 저장된 데이터는 N째 단위 칩(5) 내에 있는 한 쌍의 레이저(7)에서 나온 빛(a)(b)이 N번째 광논리 회로의 창문(9)을 통과하면서 읽혀진다. 이와 같은 방법으로 N-1, N 및 N+1의 단위 칩(5)의 순서로 레이저 어레이 기판(2)에서 단계적으로 발진되면 연산을 수행한다.

따라서, 본 발명은 빛이 각 기판을 통해 직선적으로 투과되면서 진행되므로 빛의 경로를 최단 거리로 할 수 있으며, 빛이 레이저 어레이 기판을 투과하므로 투과 면적이 증가되어 단위 칩 사이의 빛의 진행 경로를 맞추기 위한 정렬이 용이한 잇점이 있다.

Claims (4)

1. 빛을 발진하는 광투과형 표면 방출 레이저가 어레이로 배열된 레이저 어레이 기판과, 상기 레이저 어레이에서 발진된 빛이 평행해지도록 빛을 집속하는 마이크로 렌즈가 어레이로 배열된 마이크로 렌즈 어레이 기판과, 상기 마이크로 렌즈 어레이 기판을 투과한 빛을 논리 회로의 창문으로 투과시켜 데이터를 읽어 논리 기능을 수행하는 광논리 소자 어레이로 이루어진 다수 개의 단위 칩으로 이루어져 빛이 직선적으로 상기 각 기판을 투과하면서 논리를 수행하는 것을 특징으로 하는 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조.
2. 제1항에 있어서, 레이저 어레이 기판은 양면에 유전체의 무반사막이 증착된 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조.
3. 제2항에 있어서, 상기 레이저 어레이 기판의 레이저 표면에 광흡수막이 형성된 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조.
4. 제3항에 있어서, 상기 광흡수막이 폴리이미드 재료로 형성된 광투과 기판을 사용한 병렬 광논리처리 시스템의 구조.