KR100322714B1 - 광전 컴퓨터 네트워크 내에서 광신호들을 방송하는 장치및 방법 - Google Patents

광전 컴퓨터 네트워크 내에서 광신호들을 방송하는 장치및 방법 Download PDF

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Abstract

광전 컴퓨터 네트워크는 다수의 컴퓨터들을 포함한다. 각각의 컴퓨터는 광신호 빔들을 전송하기 위한 제1 광섬유 케이블과 광신호 빔을 수신하기 위한 제2 광섬유 케이블을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 광전 컴퓨터 네트워크 내에서 광신호를 방송하는 장치는 렌즈와 미러 어레이를 포함한다. 렌즈는 컴퓨터들중 한 컴퓨터의 제1 광섬유 케이블로부터 수신된 광신호 빔을 다수의 광신호 빔들로 분할할 수 있다. 변형가능한 미러들의 어레이로 형성된 미러 어레이는 상기 분할된 광신호 빔들 각각을 광전 컴퓨터 네트워크 내에서 선택된 나머지 컴퓨터들의 각각의 제2 광섬유 케이블로 개별적으로 인도한다.

Description

광전 컴퓨터 네트워크 내에서 광신호들을 방송하는 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR BROADCASTING OPTICAL SIGNALS WITHIN AN OPTOELECTRIC COMPUTER NETWORK}
본 발명은 일반적으로 신호 전송하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 광신호를 방송하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 광전 컴퓨터 네트워크 내에서 광신호를 방송하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
광전 컴퓨터 네트워크는 디지털 데이터 신호가 광학 경로와 전도성 경로의 양측으로 전송되는 컴퓨터 네트워크이다. 광전 컴퓨터 네트워크 내의 모든 컴퓨터들이 그런 것은 아니지만 대부분의 컴퓨터들은 광전 컴퓨터이다. 광전 컴퓨터는, 디지털 데이터 신호들이 전도성 버스 및 광학 버스 (또는 경로)에서 전송되는 컴퓨터 시스템이다. 전형적으로, 광전 컴퓨터는 광 링크 기능을 가지고 있으며, 예를 들면, 광전 교환용 트랜스튜서(transducer)로서 동작하는 수직 공동 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers; VCSEL)를 구비한 반도체 소자들을이용할 수 있다.
광전 컴퓨터 네트워크 내에서, 광학 허브는 네트워크내 모든 컴퓨터들간의 정보를 교환하는데 이용될 수 있다. 광학 허브는 전기적 네트워크 스위치와 유사하며, 다수의 컴퓨터들 간의 동시 통신을 가능하게 한다. 광학 경로의 속도는 전도성 경로에서 보다 상당히 빠르기 때문에, 광학 허브가 광신호를 전송하는데 이용가능한 광 경로 자원들, 특히 광학 경로 기능들이 데이터 프로세싱 시스템의 초기 발현시점으로부터 사용되어 온 버스들과 같은 전기전도성 경로의 성능들을 능가하는 자원들을 효율적으로 할당하는데는 어려움이 따른다. 본 발명은 단일 광학 경로가 브로드케스터에 의해 선택된 다수의 수령자들에게 광신호를 동시 전송하는데 사용될 수 있도록 광전 컴퓨터 네트워크 내에서 광신호들을 방송하기 위한 장치를 제공한다. 이는 광전 컴퓨터 네트워크 상에서, 상품 구매 또는 교실 강의 비디오와 같은 내용을 전송하는데 중요할 수 있다.
광전 컴퓨터 네트워크는 다수의 컴퓨터들을 포함한다. 각각의 컴퓨터는 광신호 빔들을 전송하는 제1 광섬유 케이블과 광신호 빔들을 수신하는 제2 광섬유 케이블을 구비한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 광전 컴퓨터 네트워크내에서 광신호들을 방송하는 장치는 렌즈와 미러 어레이를 포함한다. 렌즈는 컴퓨터들중의 한 컴퓨터의 제1 광섬유 케이블로부터의 광신호 빔을 다수의 광신호 빔들로 분할할 수 있다. 변형가능한 미러들의 어레이로 구성된 미러 어레이는, 광신호 빔들 각각을 광전 컴퓨터 네트워크 내에서 선택된 나머지 컴퓨터들의 각각의 제2 광섬유 케이블로 개별적으로 인도한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 링크들을 구비한 광전 컴퓨터 네트워크의 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 도 1에 도시된 광학 허브 내의 네트워크 스위칭 메카니즘의 도식적인 도면,
도 3는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 도 1의 광학 허브 내의 네트워크 방송 메카니즘의 도식적인 도면.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 변형가능한 미러 소자의 단일 픽셀에 대한 사시도, 평면도 및 단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 빈 편향을 개략적으로 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
5 : 광학 허브
10 : 광전 컴퓨터 네트워크
11∼19 : 컴퓨터
22 : 미러
40 : 픽셀
41 : 실리콘 기판
42 : 절연 스페이서
43 : 금속 힌지 층
44 : 금속 빔 층.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 링크들을 갖는 광전 컴퓨터 네트워크의 블록도가 예시된다. 광전 컴퓨터 네트워크(10)는 근거리 통신망(Local-Area Network; LAN) 또는 광역 통신망(Wide-Area Network; WAN)일 수 있다. 도시된 바와 같이, 광전 컴퓨터 네트워크(10)는 컴퓨터들(11-19)과 광학 허브(5)를 포함한다. 컴퓨터들(11-19) 각각은 퍼스널 컴퓨터, 중형(mid-range) 컴퓨터 또는 대형 고속 (mainframe) 컴퓨터일 수 있다. 바람직하게, 컴퓨터들(11-19) 각각은 모든 컴퓨터들(11-19)이 광학 허브(5)를 통하여 서로 상호 접속될 수 있도록 하는 광학 링크 기능들을 가지고 있다. 컴퓨터들(11-19)중 한 컴퓨터와 광학 허브(5) 간의 광학 링크는 적어도 두개의 광섬유 케이블을 포함하는데, 그 중의 하나의 광섬유 케이블은 광신호를 광학 허브(5)로 전송하기 위한 것이며, 다른 하나는 광학 허브(5)로부터 광신호들을 수신하기 위한 것이다. 예를 들면, 광섬유 케이블(11s)은 광신호들을 컴퓨터(11)로부터 광학 허브(5)로 전달하며, 광섬유 케이블(11r)은 광신호들을 광학 허브(5)로부터 컴퓨터(11)로 전달한다. 컴퓨터(11-19)간의 모든 통신은 광학 허브(5)에 의해 이루어진다. 본질적으로, 광학 허브(5)는 광전 컴퓨터 네트워크(10) 내에서 컴퓨터(11-19)용 네트워크 스위치로서 동작한다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 허브(5) 내의 네트워크 스위칭 매카니즘의 도식적인 도면이 예시된다. 도시된 바와 같이, 네트워크 스위칭 매카니즘(20)은 프리즘(21)과 미러 어레이(7)를 포함한다. 미러 어레이(7)는 변형가능한 미러(22)와 같은 다수의 변형가능한 미러들을 어레이 형태로 구성시킨 변형가능한 미러 디바이스 (Deformable Mirror Device; DMD)인 것이 바람직하다. DMD의 상세한 내용은 이후에 설명될 것이다. 광섬유 다발(8)은 한 그룹의 광섬유 케이블들을 포함하며, 각각의 광섬유 케이블은 도 1에 도시된 컴퓨터들(11-19)중 하나에 대응하며 각각의 컴퓨터로부터의 광신호를 미러 어레이(7)로 전송하는데 이용된다. 예를 들면, 광섬유 케이블(11s)은 컴퓨터(11) (도 1 참조)로부터의 광신호들을 미러 어레이(7)로 전송한다. 이와 유사하게, 광섬유 다발(9)은 한 그룹의 광섬유 케이블들을 구비하며, 각각의 광섬유 케이블은 도 1에 도시된 컴퓨터들(11-19)중 하나에 대응하고 미러 어레이(7)로부터의 광신호들을 각각의 컴퓨터로 전달하는데 이용된다. 미러 어레이(7) 내의 각각의 미러(21)는 독립적으로 조절됨으로써, 광섬유 다발(8)의 광섬유 케이블로부터 전송된 광신호를 광섬유 다발(9)의 소정의 광섬유 케이블로 반사시킬 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 광신호가 도 2에 도시된 바와 같이, 광섬유 다발 내의 서로 다른 광섬유 케이블에 의해 동시에 전송될 수 있다. 따라서, 미러 어레이(7) 내의 미러들(21)의 각도 조정에 의해 컴퓨터들(11-19)중 임의의 두 개의 컴퓨터들 사이의 두 지점간 통신 (point-to-point communications)을 설정할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 광학 허브(5) 내의 네트워크 방송 매카니즘의 도식적인 도면을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이,네트워크 방송 매카니즘(30)은 미러 어레이(7)와 함께 볼록 미러(31)와 렌즈(32), 그리고 도 2에 도시된 두 개의 광섬유 다발들(8, 9)을 포함한다. (도 1의) 컴퓨터(11)가 소정 정보를 컴퓨터 네트워크(10) 내의 모든 또는 다수의 선택된 컴퓨터들로 방송하고자 한다면, 컴퓨터(11)는 먼저 대응하는 광신호 빔들을 광섬유 케이블(11s) 등 광섬유 케이블을 통해 미러 어레이(7) 내의 미러들(21)중의 하나로 전달한다. (도 2에 도시된 바와 같이) 광섬유 다발(9)로 직접 광신호들을 반사시키는 대신, 미러 어레이(7) 내의 미러는 광신호 빔을 볼록 미러(31)로 반사시키고, 이어서 광신호 빔들을 렌즈(32)로 인도한다. 본 기술 분야에 있어 통상의 지식을 가진자들에게 공지되어 있는 특정 초점 길이를 갖는 형상의 렌즈(32)는 단일 광신호를 수개의 광신호 빔들로 분할하고 이 광신호 빔들을 미러 어레이(7) 내의 다양한 미러들(21)로 인도한다. 다시 한번, 미러 어레이(7) 내의 각각의 미러(21)는, 렌즈(32)로부터 입사된 모든 광신호 빔들이 광섬유 다발(9) 내의 해당 광섬유 케이블로 가이드될 수 있는 각도로 개별적으로 조정될 수 있다. 그 결과, 컴퓨터(11)로부터의 정보는 광전 컴퓨터 네트워크(10) 내에서 선택된 나머지 컴퓨터들로 방송될 것이다.
상술한 바와 같이, 미러 어레이(7)는 바람직하게 DMD이다. DMD는 전기 또는 광 입력에 대응하는 공간적 패턴에서의 입사 광을 변조하는 변환기(transducer)이다. 입사 광은 그 위상, 강도, 편광 또는 방위에 있어서 변조될 수 있도 있으며, 그러한 광 변조는 각종 광전 또는 광자기 효과를 나타내는 여러 물질 및 표면 변형을 통해 광을 변조하는 물질에 의해 달성될 수 있다. DMD는 각각의 픽셀이 독립적으로 어드레스가능한 픽셀들 (또는 미러들)의 영역 어레이 형태로 구성되는 것이 전형적이며, 적어도 하나의 편향가능한 반사 빔 [또는 플랩(flap)]을 포함하고 있다. DMD는 픽셀들로부터 광을 반사시킴으로써 동작하며, 반사된 광은 편향가능한 빔의 편향을 가변시킴으로써 변조된다.
이제, 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DMD의 단일 픽셀의 사시도, 평면도 및 단면도가 각각 도시된다. 도 4c는 도 4a 및 도 4b의 라인 c-c를 따라서 절취한 단면도이다. 기본적으로, DMD 내의 하나의 픽셀은 얕은 웰(shallow well)을 커버하고 있는 빔이다. 도시된 바와 같이, 픽셀(40)은 실리콘 기판(41), 절연 스페이서(42), 금속 힌지 층(43), 금속 빔 층(44), 빔(45) 및 빔(45) 내에 형성된 다수의 플라즈마 에칭 억세스 홀들(46)을 포함한다. 금속 빔 층(44)에 의해 덮혀지지 않은 힌지 층(43)의 부분들(47 및 48)은, 빔(45)를 스페이서(42)에 의해 지지되는 금속 힌지층(43)과 금속 빔 층(44)의 부분에 귀속시키는 토션 힌지(torsion hinge)[토션 봉(torsion rods)]을 형성한다. 전극들(54-54)은 스페이서(42)와 기판(44) 사이에 배치되며 이산화 실리콘 층(50)에 의해 기판(41)로부터 절연되어 있다.
픽셀(40)의 바람직한 치수들은 다음과 같다. 즉, 빔(45)는 각 면이 12.5 미크론(micron) 길이를 갖는 사각형이고, 스페이서(42)는 4.0 미크론의 두께를 갖고, 힌지 층(43)은 800Å의 두께를 갖고, 빔 층(44)은 3,600Å의 두께를 갖고, 힌지들(47, 48) 각각은 4.6 미크론의 길이와 1.8 미크론의 폭을 갖고, 플라즈마 에칭 억세스 홀(46)은 2.0 제곱 미크론이며, [빔(45)과 빔 층(44)의 나머지 부분 사이의 공간인] 플라즈마 에칭 억세스 갭(55)은 2.0 미크론의 폭을 갖는다. 빔의 최대 편향 각도를 약 10도로 만들기 위한 픽셀(40)에 대한 다른 치수들은 다음과 같다. 즉, 빔(45)는 각 면이 19 미크론 길이를 갖는 사각형이고, 스페이서(42)는 2.3 미크론의 두께를 갖고, 힌지 층(43)은 750Å의 두께를 갖고, 빔 층(44)은 3,000Å의 두께를 갖고, 토션 힌지들(47, 48) 각각은 4.6 미크론의 길이와 1.0 미크론의 폭을 가지며, 플라즈마 에칭 억세스 홀(46)은 1.5 제곱 미크론이며, 플라즈마 에칭 억세스 갭(55)은 1.0 미크론의 폭을 갖는다.
기판(41)은 저향율이 약 100 Ω-cm 인 실리콘이다. 스페이서(42)는 절연체이고, 힌지 층(43)과 빔 층(44)은 알루미늄, 티타늄 및 실리콘 (Ti : Si : Al)의 합금으로서 0.2% Ti와 1% Si을 함유한다. 이러한 합금은 스페이서(42)와 많이 다르지 않은 열 팽창 계수를 가지며 따라서 제조 공정중에 발생하는 금속 층과 스페이서(42) 사이의 스트레스를 최소화한다. 빔 또는 힌지 내의 층들 사이의 어떠한 스트레스도 빔 또는 힌지의 뒤틀림(warping) 또는 말려짐(curling)을 일으킬 수 있는 요인이 되며, 금속과 스페이서 사이의 어떠한 스트레스도 웰 상의 금속의 자유 영역(free portion)의 휘어짐(buckling) 또는 비틀림을 일으키게 하는 요인이 될 수 있음을 알아야 한다.
픽셀(40)은 금속 층(43, 44)과 기판(41)상의 전극들(53 또는 54) 사이에 전압을 인가함으로써 동작되며, 빔(45)와 전극들은 에어 갭 캐패시터의 두 개의 플레이트들을 형성하며, 상기와 같이 인가된 전압에 의해 두 개의 플레이트 상에 유도된 반대극성의 전하들은 빔(45)를 기판(41)으로 끌어당기는 정전력(electrostaticforce)을 여기시키는 반면, 전극들(51 및 52)은 빔(45)과 동일한 전압으로 유지된다. 이러한 견인력은 빔(45)을 힌지(47, 48)에서 뒤틀리게 하여 기판(41)을 향하여 편향시킨다.
이제 도 5를 참조하면, 상술한 편향과 함께 전극(53)으로 포지티브 전압이 인가되는 경우 최소 갭의 영역에 집중된 전하들을 나타내는 개략적인 도면이 도시된다. 20 볼트 범위 내의 전압들에 대하여, 2°의 범위 내에서 편향이 발생한다. 그러나, 힌지(47)가 보다 길게 또는 가늘게 또는 좁게 만들어지는 경우, 편향은 힌지(47)의 컴플라이언스(compliance)가 그 폭에 역으로 선형적으로 변화하고 그의 길이의 제곱에 비례하여 변화하며 그 두께의 세제곱에 반비례하여 변화함에 따라 증가될 것이다. 빔(45)의 두께는 공정 중에 발생되는 표면 스트레스로 인하여 빔(45)의 뒤틀림을 충분히 방지할 수 있지만, 힌지(47)의 두께는 많은 컴플라이언스를 허용할 수 있는 여지가 있다는 것을 알아야 한다. 도 5는 또한 동작중에 발생할 수도 있는 편향된 빔(45)로부터 반사된 광신호 빔(59)의 편향을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 광전 컴퓨터 네트워크 내에서 광신호들을 방송하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 제1 광섬유 다발, 제2 광섬유 다발 및 이 제2 광섬유 다발의 말단들 사이에 개재된 전기적으로 제어된 DVD 상에 초점을 맞춘 변조가능한 광원들을 구비함으로써 네트워킹 방송 능력을 제공한다. DVD를 제어함으로써, 광섬유 다발들 간의 상호 접속을 제어하여, 보다 넓은 어레이를 보다 좁은 어레이로 분할할 수 있도록 광섬유 다발들 사이의 광신호 통신을 설정 및/또는 차단하고 광섬유 다발들의 선택된 부분들의 광학적 상호 접속을 제어하며 광섬유 다발들의 소정 부분들의 광학적 상호 접속을 선택적으로 막을 수 있다. 본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 특정하게 도시되고 설명되었지만, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명의 기술 사상과 기술 범위를 벗어남이 없이 그 형태와 세부사항에 있어서 여러 가지로 변형가능하다는 것이 자명하다.

Claims (9)

  1. 광전 컴퓨터 네트워크 내에서 광신호들을 방송하는 장치에 있어서 - 상기 광전 컴퓨터 네트워크는 다수의 컴퓨터들을 포함하고, 상기 다수의 컴퓨터들 각각은 광신호 빔들을 전송하는 제1 광섬유 케이블과 광신호 빔들을 수신하는 제2 광섬유 케이블을 포함함-,
    상기 다수의 컴퓨터들중 한 컴퓨터의 제1 광섬유 케이블로부터 수신된 광신호 빔을 다수의 광신호 빔들로 분할가능한 렌즈; 및
    상기 다수의 분할된 광신호 빔들 각각을 상기 다수의 컴퓨터들중 선택된 나머지 컴퓨터의 각각의 제2 광섬유 케이블로 개별적으로 인도하는 다수의 변형가능한 미러들을 구비한 미러 어레이
    를 포함하는 광신호 방송 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미러 어레이는 변형가능한 미러 디바이스인 광신호 방송 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 장치는 볼록 미러(convex mirror)를 더 포함하는 광신호 방송 장치.
  4. 광전 컴퓨터 네트워크에 있어서,
    다수의 컴퓨터들 - 이들 각각의 컴퓨터는 광신호 빔들을 전송하는 제1 광섬유 케이블과 광신호 빔들을 수신하는 제2 광섬유 케이블을 포함함 -; 및
    상기 다수의 컴퓨터들에 결합된 광학 허브
    를 포함하며,
    상기 광학 허브는,
    상기 다수의 컴퓨터들중 한 컴퓨터의 제1 광섬유 케이블로부터 수신된 광신호 빔을 다수의 광신호 빔들로 분할가능한 렌즈; 및
    상기 다수의 분할된 광신호 빔들 각각을 상기 다수의 컴퓨터들중 선택된 나머지 컴퓨터의 각각의 제2 광섬유 케이블로 개별적으로 인도하는 다수의 변형가능한 미러들을 구비한 미러 어레이
    를 포함하는 광전 컴퓨터 네트워크.
  5. 제4항에 있어서, 상기 미러 어레이는 변형가능한 미러 디바이스인 광전 컴퓨터 네트워크.
  6. 제4항에 있어서, 상기 장치는 볼록 미러를 더 포함하는 광전 컴퓨터 네트워크.
  7. 광전 컴퓨터 네트워크 내에서 광신호들을 방송하는 방법에 있어서 - 상기 광전 컴퓨터 네트워크는 다수의 컴퓨터들을 포함하고, 상기 다수의 컴퓨터들 각각은광신호 빔들을 전송하는 제1 광섬유 케이블과 광신호 빔들을 수신하는 제2 광섬유 케이블을 포함함-,
    상기 다수의 컴퓨터들중 한 컴퓨터의 제1 광섬유 케이블로부터 수신된 광신호 빔을 다수의 광신호 빔들로 분할하는 단계; 및
    다수의 변형가능한 미러들을 구비한 미러 어레이를 이용하여 상기 다수의 분할된 광신호 빔들 각각을 상기 다수의 컴퓨터들중 선택된 나머지 컴퓨터의 각각의 제2 광섬유 케이블로 개별적으로 인도하는 단계
    를 포함하는 광신호 방송 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 미러 어레이는 변형가능한 미러 디바이스인 광신호 방송 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 분할 단계는 상기 광신호 빔을 분할하는 렌즈를 이용하는 단계를 더 포함하는 광신호 방송 방법.
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