KR101520143B1

KR101520143B1 - 점대점 통신을 위한 광학 엔진

Info

Publication number: KR101520143B1
Application number: KR1020117018485A
Authority: KR
Inventors: 마르코 피오렌티노; 퀴안판 수; 레이몬드 지 뷰솔레일; 사기 바게스 마타이
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2015-05-13
Also published as: WO2010080157A1; JP5710499B2; JP2012514768A; CN102349013B; EP2386069A4; KR20110101247A; EP2386069A1; US20110274438A1; CN102349013A

Abstract

장치들 사이의 점대점 광통신 링크를 제공하기 위한 광학 엔진(11)이 개시된다. 본 광학 엔진(11)은 변조 칩(6)에 광학적으로 결합되고 광빔을 발생하도록 구성된 광원(24)을 포함한다. 본 광학 엔진은 변조 칩 상에 장착되고 광빔을 변조하도록 구성된 변조기(21)를 더 포함한다. 본 광학 엔진은 기판의 면에 평행한 면에 형성되며, 변조된 광빔을 변조기로부터 변조 칩의 한정된 영역(48) 내에서 그룹화된 다수의 면외 결합기(40) 중 적어도 하나에 안내하도록 구성된 도파관(30)을 더 포함한다. 면외 결합기는 변조된 광빔을 광학 장치에 결합할 수 있다.

Description

점대점 통신을 위한 광학 엔진{OPTICAL ENGINE FOR POINT-TO-POINT COMMUNICATIONS}

컴퓨터 성능은 오프-칩 메모리에 신속하고 효율적으로 액세스하거나 또는 다른 주변 장치와 통신할 수 있는 컴퓨터 프로세서의 역량에 의해 점점 더 제한되고 있다. 이러한 제한은 한정된 크기 및 표면적을 갖는 커넥터에 맞출 수 있는 전기적 핀의 수에 내재하는 물리적 한계에 부분적으로 기인한 것이며, 이는 다시 최대 전기적 대역폭을 결정한다. 전기적 핀의 밀도의 포화 상태는 프로세서 또는 칩에서 "핀-아웃 병목현상(pin-out bottleneck)"이라는 결과를 가져오며, 이는 칩 패키지의 전기적 대역폭이 성능 한계 요인이 되는 상황을 말한다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 광 변조기를 갖는 전송 기본 유닛의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 다수의 링 변조기를 갖는 전송 기본 유닛의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 링 변조기를 갖는 전송 기본 유닛의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 수신 기본 유닛의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 광학 엔진의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른, 광학 엔진의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 광학 엔진 및 다중 코어 광 섬유의 예시도이다.
도 8a은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 제1 칩 및 제2 칩 상에 형성된 광학 엔진들 사이의 점대점 광통신 링크의 예시도이다.
도 8b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 제1 및 제2 컴퓨팅 장치에 결합된 광학 엔진 칩들 사이의 점대점 광통신 링크의 예시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른, 광학 엔진의 예시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른, 제1 및 제2 컴퓨팅 장치에 결합된 광학 엔진 칩들 사이의 점대점 광통신 링크의 예시도이다.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 제1 컴퓨팅 장치와 제2 컴퓨팅 장치 사이에서 점대점 통신을 전송하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 점대점 광통신을 제공하는 광학 엔진에 사용되는 패브리-페로(Fabry-Perot) 변조기의 예시도이다.
도 13은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 다중 주파수 광빔을 변조하기 위한 도 12에서와 같은 다수의 패브리-페로 변조기의 예시도이다.

아래에서 본 발명의 일부를 구성하고 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 실시예가 도시되어 있는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예에 대하여 상세히 설명된다. 이러한 예시적인 실시예는 예시적으로 당업자가 본 발명을 실시할 수 있을 정도로 충분히 상세하게 기술되지만, 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않고도 다른 실시예들이 실현될 수 있으며 본 발명에 대해 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 이와 같이, 본 발명의 실시예의 더욱 상세한 하기의 설명은 청구된 바와 같은 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것이 아니며, 본 발명의 특징 및 특성을 설명하기 위해; 그리고 당업자가 본 발명을 충분히 실시할 수 있도록 하기 위해 오직 예시 목적으로만 제시된 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부의 특허청구범위로만 규정되어야 한다.

하기의 본 발명의 상세한 설명 및 예시적인 실시예는 첨부의 도면을 참조하면 잘 이해될 것이며, 도면에서 본 발명의 구성요소 및 특징부는 전체적으로 참조부호로 나타낸다.

도 1 내지 도 12에는 두 개의 컴퓨터 칩과 같은 두 개의 컴퓨팅 장치 간에 점대점 통신 링크용 광학 엔진에 대한 본 발명의 여러 예시적인 실시예가 예시되어 있다. 광학 엔진은 오프칩 메모리에 신속하게 액세스할 수 없거나 다른 주변 장치와 통신할 수 없음으로 인해 야기되는 컴퓨터 성능의 병목현상의 증가를 극복하는데 사용될 수 있다. 이러한 제한은 한정된 크기 및 표면적을 갖는 커넥터에 맞출 수 있는 전기 핀의 개수에 내재한 물리적 한계에 부분적으로 기인한 것이며, 이는 다시 통신을 위한 최대 대역폭을 결정하는 요인이 된다. 따라서, 본 발명의 한가지 예시적인 응용은 마이크로프로세서와 개별의 메모리 칩 또는 장치 사이의 칩내(intra-chip) 또는 점대점 광통신을 확립하는 것일 수 있다.

광학 엔진은 제조 비용을 감소하면서 성능을 크게 개선한 컴포넌트들을 조합한 것이다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 광학 엔진은 변조 칩에 광학적으로 결합된 광원을 포함할 수 있다. 광원은 변조 칩과 분리된 위치에 있을 수 있으며 본 기술 분야에서 공지된 바와 같은 여러 수단에 의해 변조 칩에 광학적으로 결합될 수 있다. 광원은 광빔을 발생할 수 있다. 적어도 하나의 변조기는 변조 또는 광학 엔진 칩 상에 장착될 수 있으며 광원에 의해 발생된 광빔을 변조할 수 있다. 변조기는, 다음으로 제한되는 것은 아니지만, 링 변조기 및 마하 젠다(Mach-Zehnder) 변조기를 포함하여 어떠한 적합한 형태라도 될 수 있다. 예를 들어, 변조기의 형태는 광학 엔진 칩 또는 기판의 평면에 평행한 면에 형성된 하나 이상의 소멸성 마이크로 링 변조기를 포함할 수 있다. 변조기는 광빔을 변조하여 광 신호를 생성할 수 있다.

부가적으로, 도파관은 변조 칩에 장착되어 변조기로부터 변조된 광빔을 변조 칩의 한정된 위치 또는 영역(예를 들어, 칩의 중심부 또는 칩 에지)으로 안내해 줄 수 있다. 한정된 영역에는 변조된 광빔을 광학 또는 전기 장치에 광학적으로 결합하기 위해, 격자 결합기 등과 같은 하나 이상의 면외 결합기(out-of-plane coupler)가 있을 수 있다. 변조된 광빔은 광학 장치로의 전송을 위해 면외 결합기로부터 다중 코어 광 섬유를 통해 광학 또는 전기 장치에 광학적으로 결합될 수 있다. 다수의 면외 결합기는 비교적 작은 한정된 영역에서 그룹화될 수 있다. 면외 결합기는 LED 또는 레이저와 같은 광 신호 발생기보다 더 작은 크기를 갖는다. 이것은 이들 면외 결합기가 작은 영역에서 그룹화될 수 있게 한다. 다수의 변조된 광 신호는 다수의 면외 결합기를 이용하여 다중 코어 섬유, 섬유 리본, 또는 중공 금속 도파관과 같은 하나의 광학 도파관에 결합될 수 있다.

광 검출기는 또한 한정된 영역에 포함되어 광학 장치 또는 컴퓨팅 장치로부터 방송된 광 신호를 수신할 수 있다. 광자 광 신호 검출기, 또는 광 검출기는 일반적으로 광 신호 발생기(즉, 레이저, LED 등)보다 덜 복잡하기 때문에, 광 검출기는 다중 코어 광 섬유를 통해 이동하는 입력 신호를 직접 수신하도록 한정된 영역에 배치될 수 있거나, 또는 이들은 칩의 표면 위에 분산되어 격자 결합 패드 또는 테이퍼형 도파관을 갖는 다중 코어 광 섬유에 유사하게 결합될 수 있다.

본 발명의 광학 엔진은 오늘날 컴퓨터 디자이너에게 직면한 "핀아웃 병목현상"의 해결하는데 도움을 줄 수 있어, 칩 당 대략적인 상한치로 수천 개의 전기 핀이라는 결과를 가져올 수 있다. 이들 전기 핀들 중 일부는 CPU 대 메모리 트래픽 또는 자체적으로 점대점 링크에 적합할 수 있는 다른 이차 통신에 사용된다. 두 컴퓨팅 장치 사이에 직접적인 광학 연결을 제공하고 CPU 대 메모리 또는 이차 통신을 개별의 다중 채널에 오프-로딩함으로써, 상당한 개수의 입/출력 핀이 다른 용도에 재할당될 수 있어, 결과적으로 다른 내부 컴퓨터 동작에 이용가능한 대역폭의 상당한 증가를 가져온다.

본 발명은 전통적인 유선 커넥터와 더 최근의 광 섬유 통신 기술의 개발 모두를 포함할 수 있는 종래 기술에 비해 추가적인 장점을 제공한다. 한가지 장점으로는 광 검출기, 도파관, 및 광 결합기를 포함하여, 광학 엔진의 각 컴포넌트가 VLSI(Very Large Scale Integration, 초대규모 집적 회로) 제조 기법과 같은 비용면에서 효율적인 고용량 제조 프로세스를 이용하여 제조될 수 있기 때문에 제조 비용이 저감된다는 것이다.

종래 기술에 비해 분명한 본 발명의 한가지 장점으로는 광빔을 변조 칩과 분리된 위치에서 발생할 수 있다는 것이다. 이것은 다양한 형태의 레이저 사용을 가능하게 해준다. 때때로, 레이저 및 다른 광원들은 상당히 제한된 온도 범위를 갖는다. 어떤 환경에서는, 변조 칩을 프로세서와 같은 열 발생 컴퓨팅 컴포넌트 근처에 배치하는 것이 필요하다. 이것은 레이저에서 최적의 성능 미만으로 만들어낸다. 변조기는 종종 레이저보다 더 넓은 온도 범위에서 동작가능하다. 따라서, 프로세서 온도가 변조기 동작의 허용 가능한 범위 내에 있을 수 있지만, 레이저를 온도가 더 적합한 위치로 이동하는 것이 유리할 수 있다. 레이저 또는 다른 광원은 광 섬유 케이블, 대형 코어 중공 금속 도파관, 자유 공간, 또는 다른 광학 전송 장치를 통해 변조 칩에 전달되는 광빔을 발생할 수 있다. 광빔은 본 기술 분야에서 공지된 바와 같은 각종 여러 컴포넌트 중 어떤 것을 이용하여 변조 칩에 결합될 수 있다. 이러한 일부 컴포넌트는 격자 결합기, 테이퍼 결합기 또는 에지 결합기를 포함할 수 있다.

본 발명의 한가지 장점으로는, 레이저와 같은 광원이 변조 칩과 분리된 위치에 배치될 수 있으며 변조기 및/또는 광 검출기가 한정된 영역으로 그리고 그 영역으로부터 광 신호를 안내하기 위한 도파관과 함께, 광학 엔진 칩의 표면 위에 분산될 수 있어, 다수의 광 신호가 광자 결정 섬유 또는 광 섬유 리본과 같은 단일의 다중 코어 광 섬유에 결합하도록 구성가능한 소형 풋프린트(small footprint)에 집중되어 구성될 수 있다는 점이다. 따라서, 종래의 광학 시스템에서는, 검출기를 갖는 별도의 칩이 인입 신호를 수신하고 이중(duplex) 통신 링크를 완성하는데 필요할 수 있다. 이와 반대로, 본 발명의 각 컴포넌트는 실리콘 기반 또는 III-V 족 반도체 물질을 이용하여 제조될 수 있어, 마이크로 링 변조기, 수신 광 검출기 및 이들과 연관된 컴포넌트가 동일한 칩에 통합될 수 있게 한다. 대안의 실시예에서, 변조기 및 광검출기는 실리콘, 게르마늄, 실리콘 게르마늄 또는 이들 물질의 조합으로 제조될 수 있다.

본 발명은 컴퓨터 디자이너와 엔지니어들에게 매력적일 수 있는 추가의 장점을 제공한다. 예를 들어, 두 컴퓨팅 장치 간의 모든 점대점 트래픽은 광 결합기에 능동적 또는 수동적으로 정렬될 수 있으며, 입증된 접착제와 방법을 이용하여 광학 엔진 상의 한정된 영역에 접착될 수 있는 광자 결정 섬유 또는 광 섬유 리본과 같은 단일의 다중 코어 광 섬유로 처리될 수 있다. 더욱이, 본 발명은 광학 엔진을 컴퓨팅 장치에 직접 통합하거나, 또는 컴퓨팅 장치에의 후속하는 웨이퍼 장착을 위해 별도의 칩에 엔진을 제조하는 편의성과 유연성을 제공한다.

전술한 장점 및 개선점은 각기 첨부의 도면을 참조하여 후술하는 상세 설명에 비추어 보면 자명해질 것이다. 이들 장점은 어떤 식으로든 제한하고자 하는 것은 아니다. 실제로, 당업자라면 본 발명을 실시할 때 본 명세서에서 상세하게 기술된 바와 다른 이익 및 장점들도 실현될 수 있음을 인식할 것이다.

도 1에는 제1 컴퓨팅 장치(도시되지 않음)에 의해 변조된 광 신호를 발생하고, 그 광 신호를 제2 컴퓨팅 장치로의 전송을 위해 다중 코어 광 섬유에 결합하는데 사용될 수 있는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전송 기본 유닛(11)이 예시되어 있다. 전송 기본 유닛은 레이저 또는 발광 다이오드와 같은, 광빔을 발생하기 위한 광원(24)을 포함할 수 있다. 광원은 변조 칩(6)과 분리된 위치에 배치될 수 있으며 변조 칩에 광학적으로 결합될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 광원은 광 섬유(26)를 통해 변조 칩에 광학적으로 결합된다. 광빔은 광원에 의해 발생되어 광 섬유를 통해 이동할 수 있으며, 다음으로 제한되는 것은 아니지만, 격자 결합기, 테이퍼 결합기, 또는 에지 결합기와 같은 다양한 형태의 광 결합기에 의해 변조 칩에 결합될 수 있다. 광 결합기(28)는 어떤 다양한 표준형, 소멸형, 또는 피그테일형 결합일 수 있다.

광빔은 변조 칩(6)에 결합된 후에, 변조기(21)에 의해 변조될 수 있다. 변조기는 변조 칩 상에 장착되어 광원(24)에 의해 발생된 광빔을 변조하도록 구성될 수 있다. 변조기는 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 다양한 형태의 변조기들 중 어떤 것일 수 있다. 예상되는 변조기의 몇 가지 예는 마이크로 링 변조기, 마하 젠더 변조기, 알렉산더(Alexander) 변조기, 또는 흡수 변조기를 포함한다. 본 명세서의 도면 및 설명 중 대부분은 마이크로 링 변조기를 사용하는 것과 관련되지만, 광빔을 변조하기에 적합한 변조기라면 어떠한 형태라도 본 발명의 광빔을 변조하는데 사용될 수 있다.

또한, 변조 칩(6) 상에는 변조된 광빔을 변조기(21)로부터 변조 칩의 한정된 영역에서 그룹화된 다수의 면외 결합기(40) 중 적어도 하나로 안내하도록 구성된 도파관(30)이 장착되어 있다. 도파관의 구조는 당업자에게 공지된 바와 같이 다수의 구성으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파관은 실리콘-온-절연체 도파관일 수 있다. 대안으로, 중합체 도파관이 이용될 수 있다.

일 양태에서, 광빔은 변조기에 도달하기 전에 도파관을 따라 이동한 다음에 계속해서 도파관을 따라 변조된 광빔, 또는 광 신호로서 이동할 수 있다. 다른 양태에서, 광빔은 제1 도파관을 따라 변조기로 이동한 다음에, 제2 도파관을 따라 변조기로부터 한정된 영역으로 이동할 수 있다. 또 다른 양태에서, 광빔은 변조 칩에 결합될 때 변조기에 의해 변조될 수 있으므로, 광빔은 변조 후까지 도파관을 통과하지 못한다.

도파관(30)의 종단에는 다수의 면외 결합기(40)가 그룹화되어 있는 한정 영역(48)이 있다. 일 양태에서, 면외 결합기는 격자 결합기일 수 있다. 변조된 광빔, 또는 광 신호는 도파관(30) 내 변조 칩(6)의 면에 평행하게 면외 결합기로 이동할 수 있다. 면외 결합기는 이어서 광빔을 변조 칩으로 면외 이동하도록 방향 전환한다. 다수의 광빔이 다수의 변조기에 의해 변조되고 해당 영역 내에 배치되도록 모두 그룹화되어 구성된 각각의 면외 결합기에 한정된 영역으로 이동할 수 있다고 예상된다. 일 실시예에서, 다중 코어 광 섬유의 종단이 변조 칩에 결합될 때 그 영역을 덮을 수 있다.

변조 칩(6)이 다중 도파관(30)을 포함하는 실시예에서, 단일의 광원(24)은 광빔을 발생하고 이 광빔은 이어서 분할되어 각각의 도파관에 전달될 수 있다. 빔은 변조 칩 상의 스플리터에서 분할되거나, 또는 (도 1에 도시된 바와 같이) 이전에 분할될 수 있다. 대안으로, 다수의 광원은 각기 하나 이상의 도파관에 전달할 광빔을 발생하는데 사용될 수 있다. 또한 단일의 광원이 다수의 변조 칩에서 사용될 광빔을 발생할 수 있다고 예상된다. 대안으로, 다수의 광원은 각기 적어도 하나의 변조 칩용으로 광빔을 발생할 수 있다.

도 2는 도 1의 장치와 여러 가지 면에서 유사한 장치(11)를 예시한다. 도 1이 각 도파관(30)과 연관된 단일의 변조기(21)를 도시하는 반면, 도 2의 장치는 다수의 변조기, 이 경우 링 변조기(20)가 각 도파관(30)과 연관되는 실시예를 예시한다. 링 변조기는 광 신호의 링 변조기와의 소멸성 결합을 가능하게 하기 위해 도파관에 충분히 가까이 배치될 수 있다. 도시된 링 변조기들은 각기 크기가 다르다는 것이 주목된다. 링 변조기는 광빔의 특정 파장을 변조하도록 동작가능하다. 링 변조기에 의해 변조된 파장은 링 변조기의 크기와 관련된다. 링 변조기는 특정 파장에서 공진하도록 설계된다. 광원(24)에 의해 발생된 광빔은 링 변조기에 의해 변조될 수 있는 다수의 주파수와 관련되는 다수의 파장을 포함할 수 있다. 각각의 링 변조기는 도파관으로부터의 그의 공진 주파수를 효율적으로 결합할 수 있다. 링 변조기의 공진은 전자적으로 제어될 수 있으며, 그럼으로써 광의 결합이 원하는 레이트로 턴 온 및 턴 오프될 수 있다. 링 변조기는 선택된 파장을 1 GHz보다 더 큰 레이트로, 어떤 경우에는 10 GHz보다 더 큰 레이트로 변조하는데 사용될 수 있으며, 그럼으로써 데이터가 기가비트 레이트로 전송될 수 있다.

어떤 개수의 변조기라도 일렬로 사용될 수 있으며, 그 주파수는 특정 순서로 변조될 필요는 없다. 도 2에 도시된 바와 같이, 변조 칩은 어떤 다양한 변조기를 구비할 수 있다. 예를 들어, A에는 주파수를 랜덤한 순서로 변조하기 위한 일련의 링 변조기가 있다. B에는 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 최대에서 최소의 순서로 배치된 일련의 링 변조기가 있다. C에는 B에 도시된 바와 유사한 순서의 일련의 링 변조기가 있지만, C에서 일련의 변조기에는 더 적은 개수가 일렬로 되어 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 변조기의 순서, 개수, 및 형태는 변할 수 있고 특정 응용의 필요성에 적합하도록 선택적으로 결정될 수 있다.

도 3에는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 광 신호를 발생하고, 그 광 신호를 제2 컴퓨팅 장치로 전송하기 위해 다중 코어 광 섬유에 결합하는데 사용될 수 있는 전송 기본 유닛(10)이 예시되어 있다. 광원(24)은, 예를 들어, 광 섬유(26)를 통해 전송 기본 유닛에 결합된 광 신호를 발생하는데 사용될 수 있다. 테이퍼 결합기(28)는 도파관(30)에 광 신호를 결합하는데 사용될 수 있다. 링 변조기는 광 신호의 선택된 파장을 변조하여 변조된 광 신호(12)를 형성하는데 사용될 수 있다. 전송 기본 유닛의 각각의 컴포넌트는 실리콘 기반의 칩 기판(2)의 상부에 형성된 하나 이상의 기본 기저층(들)(4) 상에 공지의 대용량(예를 들어, VLSI) 제조 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 전송 기본 유닛의 컴포넌트가 기저층(들)(4) 및 기판(2) 위에 놓인 변조 칩(6)의 단일 광학 엔진 층에 형성되는 것으로 도 3에 나타냈지만, 당업자에게는 여러 기본 유닛 컴포넌트, 특히 마이크로 링 변조기(20)가 물질을 달리하여 형성된 여러 기판으로 만들어질 수 있음이 인식될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 링 변조기는 언더 클래딩(under-cladding), 마이크로 링 공진기 및 도파관 등을 생성하는데 사용되는 일곱 개 이상의 다른 층으로 제조될 수 있다.

또한 광원 이외에, 전송 기본 유닛의 컴포넌트는 예시된 바와 같이 광학 엔진 층(6) 내에 내장될 수 있거나, 또는 그 층의 상부 위로 연장하도록 형성되어 빈 공간 또는 투명 보호 코팅에 의해 둘러싸일 수 있음이 인식될 수 있다. 광학 엔진과 구동 컴퓨팅 장치 간의 전기적 연결은 하부 기저층(들)(4)에 제공될 수 있다.

본 발명의 융통성 있는 또 다른 양태는 단일 및 다중 모드 동작 둘 다에 적합한 마이크로 링 레이저의 조합성이다. 예시적인 실시예에서, 예를 들어, 본 발명의 광학 엔진은 1310 nm 또는 1550 nm 파장에 중심을 둔 단일 모드 동작에 맞게 구성될 수 있다.

단일 및 다중 모드 동작 둘 다에 적합한 조합성을 포함하여, 마이크로 링 레이저(20)의 동작 및 기능성은 2008년 5월 6일 "System and Method For Micro-ring Laser"라는 명칭으로 출원된 것으로, 본 출원과 공동으로 소유되고 동시 계류 중인 PCT 특허 출원 제PCT/US081/62791호에서 더욱 상세히 기술되어 있으며, 그 출원의 전체는 본 명세서에서 참조 문헌으로 인용된다.

도 3에 예시된 실시예에서, 마이크로 링 변조기(20)는 광 도파관(30)에 의해 전달되는 광빔(12)의 파장을 변조하는데 사용될 수 있다. 도파관(30)은 변조된 광 신호(12)를 면외 또는 전송 광 도파관 결합기(40)에 전달한다. 다수의 전송 기본 유닛(10)은 단일의 칩 상에 형성될 수 있으므로, 마이크로 링 레이저와 도파관 결합기 간의 거리는 약 100 ㎛ 미만 정도로 비교적 짧으며, 이는 고형 실리콘 도파관을 통과하면서 광 신호의 손실 또는 감쇠를 최소화하도록 작용한다. 예시적인 실시예에서, 도파관(30)은 약 0.5 ㎛×0.5 ㎛의 치수를 갖는 정사각형 또는 장방형 단면을 가질 수 있다.

면외 전송 광 결합기(40)는 출력 광 신호를 하부 기판(2)의 면에 대해 면외로 방향 전환하는데 사용된다. 은도금된 미러(silvered mirror), 빔 스플리터, 광학 격자 패드 등과 같은 다른 형태의 광 결합 장치는 광빔을 면외로 방향 전환하는데 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 광 신호는 기판의 면에 대해 실질적으로 수직이거나 90도가 되도록 방향 전환될 수 있지만, 다중 코어 광 섬유에 결합하기 위해 광빔을 약 30도 이상의 각도로 방향 전환하는 것 또한 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 고려될 수 있음이 인식되어야 한다.

출력 광 신호(12)를 기판의 면에 대해 면외로 결합하기 위한 저비용이지만 고 효율적인 한가지 장치는 격자 패드 결합기(42)이다. 격자 패드 결합기는 일반적으로 동일하거나 다른 물질로 만들어지며 도파관과 일체로 또는 분리하여 형성될 수 있는 광 도파관(30)의 확장 부분 또는 패드(44)를 포함할 수 있다. 패드(44)는 그 두께보다 훨씬 더 큰 폭을 가질 수 있다. 슬롯(46)의 격자 패턴은 에칭될 수 있거나 또는 그렇지 않고 격자 패드 결합기의 상부 표면에 형성되어 격자 패드 결합기 본체로 하향 연장될 수 있다. 격자 결합기는 광 회절의 원리에 따라 동작할 수 있으며, 여기서 패드 물질을 통과하면서 단일 슬롯과 접촉하는 광 신호는 전송 성분, 반사 성분 및 면외 성분을 포함하여 여러 성분으로 분할될 것이다. 격자 패드의 상부 표면을 따라 정확한 치수로 이격된 다수의 슬롯을 이용함으로써, 광빔의 상당 부분은 도파관의 면에 대해 면외로 이동하는 전송 광 신호(14)로 방향 전환될 수 있다.

광 신호(12)를 기판(2)의 면에 대해 면외로 방향 전환할 때의 격자 결합기의 효율성은 광빔의 파장에 대한 격자 슬롯의 치수와 간격을 제어함으로써 최적화될 수 있다. 따라서, 격자 결합기는 두 장치를 함께 연결하는 도파관에서와 같이, 마이크로 링 레이저에 의해 방출된 레이저 광의 중심 파장으로 튜닝되거나 최적화될 수 있다. 전체 전송 기본 유닛을 전술한 1310 nm 또는 1550 nm 파장과 같이, 마이크로 링 레이저에 의해 발생된 광의 파장으로 튜닝하면 각 컴포넌트를 통해 이동하는 광 신호의 손실을 최소화하면서 동시에 기본 유닛의 출력을 최대화할 수 있어, 광학 엔진의 전력 요건을 줄이는 결과를 가져올 수 있다.

도 4에는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 수신 기본 유닛(60)이 예시되어 있다. 수신 기본 유닛은 전송 기본 유닛과 유사하게 구성되며, 수신용 면외 광 결합기(70) 및 도파관(80)은 광학 장치에 이른다. 수신 유닛의 경우, 수신된 광 신호(18)는 반대 방향으로(즉, 면외 광 결합기로부터 광학 장치로) 이동한다. 광학 장치는 광 검출기(90)와 같은 광자 광 신호 검출기일 수 있다.

수신 광 결합기(70)는 기판(2)의 면에 대해 면외로 이동하는 인입 광빔 또는 입력 광 신호(16)를 도파관(80)을 통해 기판(2)의 면에 평행하게 이동하는 수신 광 신호(18)로 방향 전환하는데 사용될 수 있다. 수신 광 결합기(70)는 전송 광 결합기와 실질적으로 동일할 수 있으며, 은도금된 미러, 빔 스플리터, 광 격자 패드 등을 포함하여, 여러 형태의 광 결합 장치를 더 포함할 수 있다.

도 4에 예시된 예시적인 실시예에서, 수신 광 결합기(70)는 전송 기본 유닛에 이용되는 격자 패드 결합기와 실질적으로 동일한 격자 패드 결합기(72)일 수 있다. 그 이유는 두 가지일 수 있다. 한가지 이유는 격자 결합기가 두 방향으로 이동하는 광을 방향 전환할 때 동일하게 효율적일 수 있다는 것이다. 다른 이유는, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 광의 특정 파장으로 최적화된 동일한 광학 엔진은 종종 쌍을 이루어 사용될 수 있다는 것이며, 여기서 한 엔진의 수신부는 다른 엔진의 전송부에 의해 발생된 광빔을 수신 및 전송하도록 튜닝된다. 따라서, 수신 기본 유닛(60) 상에 배치된 격자 패드 결합기(72)는 광의 동일한 파장으로 최적화된 전송 기본 유닛로부터 처음에 발생되어 전송된 입력 광 신호(16)를 수신하도록 구성될 수 있으며, 이 경우 두 격자 결합기는 실질적으로 동일할 수 있다.

일단 입력 광 신호(16)가 격자 결합기(72)에 의해 수신 기본 유닛에 의해 캡처되고 결합되었다면, 수신된 광 신호(18)는 도파관(80)을 따라 광 검출기(90)에 전송될 수 있다. 광 검출기는 게르마늄 층, 실리콘 게르마늄 또는 III-V 물질, p-i-n 또는 쇼트키 다이오드, 광 트랜지스터 등과 같은 여러 형태의 광 검출 장치를 포함할 수 있다. 그러나, 예시적인 실시예에서, 광 검출기는 광학 엔진을 용이하게 제조하기 위해 마이크로 링 변조기, 또는 마이크로 링 레이저와 동일한 III-V 족 반도체 물질로 만들어질 수 있다.

이제 도 5 및 도 6이 참조될 것이다. 광학 장치 간에 전이중(full duplex) 동작을 가능하게 하기 위해 단일 칩(106) 상에 다수의 전송 기본 유닛(110) 및 수신 기본 유닛(160)을 조합한 광학 엔진의 예시적인 실시예(100)가 예시되어 있다. 각각이 개별의 변조기(120), 도파관(130), 및 전송 격자 결합기(140)를 포함하는 다수(다섯 개)의 전송 기본 유닛(110)은 변조기가 주변으로 분산되고 격자 결합기가 중심 위치 또는 한정된 영역(108) 내에 집중되도록 칩 상에 구성될 수 있다. 전송 기본 유닛은 각기 전술한 바와 같이, 결합기(128)에 의해 광학 엔진에 결합된 개별의 광원, 또는 공통 광원(124) 및 개별의 광 섬유(126)를 더 포함할 수 있다. 다수(다섯 개)의 수신 기본 유닛(160)은 각기 수신 격자 결합기(170), 도파관(180) 및 광 검출기(190)를 더 포함할 수 있으며, 광 검출기가 주변으로 분산되고 수신 격자 결합기(170)가 전송 격자 결합기(140)에 인접한, 중심이 동일한 한정된 영역(108) 내에 집중되도록 칩 상에 유사하게 구성될 수 있다.

도 5는 칩 또는 기판(106)의 면에 평행한 면에서 동작하는 전송 기본 유닛(110)과 수신 기본 유닛(160)에 의해 제공되는 장점을 예시한다. 이와 같은 "수평" 배향은 한정된 영역(108)에 레이저 자체를 배치하는 종래 기술의 한계점을 제거해 주며, 비교적 좁은 도파관(130, 180)을 이용하여 광 신호를 한정된 위치에 집중된 격자 결합기(140, 170)로 효율적으로 라우트하거나 지향시키면서, 다수의 변조기(120)와 광 검출기(190)가 광학 엔진 기판(106)의 표면 위에 분산되게 해준다. 도 5는 한정된 위치에 열 개의 격자 결합기가 형성되어 있는 예시적인 실시예를 예시하지만, 소형 풋프린트의 격자 결합기(140, 170) 및 좁은 폭의 실리콘 도파관(130, 180)을 이용하면 한정된 영역에 적어도 삼십 개 이상의 광 채널이 구성될 수 있음을 인식하여야 한다. 또한, 오프-칩 광원을 이용하면 다수의 여러 형태의 광 신호가 생성되어 광학 엔진의 다수의 광 채널에 결합될 수 있다. 예를 들어, 고밀도 파장 분할 다중화 등에 필요한 다중 파장 주파수 콤(comb) 출력을 발생하도록 동작가능한 발광 다이오드, 단일 모드 레이저, 다중 모드 레이저, 모드 고정 레이저를 포함하여, 하나 이상의 광원이 사용될 수 있다. 단일 모드 광 신호를 전달하는 채널은 단일의 변조기를 가질 수 있으며, 반면에 주파수 콤 신호를 전달하는 채널은 도시된 링 변조기(120)와 같은 다수의 변조기, 심지어 수십 개의 변조기를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 오프-칩 광원의 사용은 또한 칩 상에 장착되는 것처럼, 광학 엔진이 비교적 고열 위치에서 사용가능하게 해준다. 레이저와 같은 광원은 전형적으로 고열 위치에서 잘 작용하지 못한다.

도 6에는 광학 엔진의 대안의 실시예(102)가 도시되어 있으며, 여기서 광 검출기는 자체적으로 제2 오프-칩 광원으로부터 전송된 하나 이상의 광 신호를 직접 수신하도록 한정된 영역에 배치될 수 있다. 제2 오프-칩 광원은 메모리 칩, 프로세싱 칩, 변조 칩, 및 제2 신호원 등일 수 있다. 전송된 신호는 다중 코어 광 섬유와 같은 광 도파관을 통해 광학 엔진에 결합되어, 전송된 신호(들)가 한정된 영역(108)으로 전달될 수 있다. 그 다음 전송 신호는 광 검출기(190)에서 직접 수신될 수 있다. 광 검출기는 대체로 광 신호 발생기(즉, 레이저, LED 등)보다 덜 복잡하고, 광 신호를 기판(106)의 면에 평행하게 또는 면외로 수신하도록 구성될 수 있다. 앞의 실시예의 수신 기본 유닛은 대체로 수신 격자 결합기와 동일한 위치에서 한정된 영역(108) 내에 배치될 수 있는 광 검출기(190) 그 자체와 대체될 수 있다. 본 실시예는 광학 엔진 칩의 제조를 간단하게 하고 비용을 줄일 수 있으며, 칩의 표면적의 많은 부분이 전송 기본 유닛의 배치에 배정될 수 있게 한다.

도 6에 도시된 바와 같이 중심 위치 또는 한정된 영역(108) 내에 전송 격자 결합기(140) 및 광 검출기(190)를 배치한 것은 대표적인 것에 불과하며, 도시된 병렬식(side-by-side) 구성으로 제한되는 것은 아니다. 당업자에게는 전송 기본 유닛(11)과 광 검출기(190)가 하부 기저층(들)에 형성된 컴포넌트 분산, 다중 코어 광 섬유에 대한 가시선, 및 전기적 경로를 최적화하기 위한 여러 구성으로 한정된 영역(108) 내부에 그리고 광학 엔진 칩(106)의 표면 위에 재배치 및 혼합될 수 있음이 인식되어야 한다.

도 7은 단일 또는 다중 모드 다중 코어 광 섬유(150)와 같은 오프-칩 도파관에 결합된 광학 엔진(100)을 예시한다. 오프-칩 도파관은 광 신호를 한정된 영역(108)으로 그리고 그 영역으로부터 전달하도록 구성된 광 도파관이다. 예를 들어, 오프-칩 도파관은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광자 결정 섬유일 수 있다. 다중 코어 광 섬유는 다중 코어 광 섬유의 길이를 따라 흐르는 다수의 광 코어(154)를 둘러싸는 외부층 또는 피복(sheath)(152)을 포함할 수 있다. 코어는 광 신호가 코어를 통해 전파하게 하는 고체, 기체, 액체 또는 공백으로 형성된 실질적으로 투명한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 코어(154)는 균일한 단면을 가질 수 있고 섬유(150)의 길이를 따라 서로 이격되어 있다. 또한 다중 코어 광 섬유의 광 코어의 구성은 오프-칩 레이저에 의해 발생된 광 신호의 형태와 호환될 수 있으며, 따라서 단일 또는 다중 모드 동작을 위해 구성가능할 수 있음을 이해하여야 한다.

다중 코어 광 섬유(150)는 광학 엔진 칩(106)의 중심 위치 또는 한정된 영역(108)에 결합하기 위한 근접 단부(156), 및 하나 이상의 수동형 광학 장치, 능동형 광학 장치, 및 추가의 광학 엔진 등에 결합하기 위한 말단 단부(158)를 구비할 수 있다. 근접 단부(156)는 광학 코어(154)가 한정된 영역 내에 배치된 면외 광학 결합기(140, 170)와 정렬되도록 광학 엔진 칩(106)의 한정된 영역(108)에 결합될 수 있다. 섬유(150)의 근접 단부(156)는 또한 적절한 접착제, 접착 방법 또는 접착 구조를 이용하여 광학 엔진 칩(106)의 상부 표면에 접착될 수 있다.

광학 코어(154)와 면외 광 결합기(140, 170)의 정렬은 섬유가 칩에 결합되어 있기 때문에 수동, 또는 자기 정렬 방법뿐 아니라, 광자 결정 섬유와 같은 다중 코어 광 섬유(150)를 통과하는 하나 이상의 광 신호의 세기를 모니터하는 능동 방법을 통해 성취될 수 있다. 다중 코어 광 섬유를 광학 엔진에 정렬 및 결합하기 위한 여러 양태와 방법에 대한 더욱 상세한 사항은 2008년 10월 20일 "Method for Connecting Multicore Fibers to Optical Devices"라는 명칭으로 출원된 것으로, 본 출원과 공동으로 소유되고 동시 계류 중인 미국 특허출원 제12/254490호에서 더욱 상세히 기술되어 있으며, 그 출원의 전체는 본 명세서에서 참조 문헌으로 인용된다.

도 8a에는 중앙 처리 장치(210) 및 별개의 메모리 칩(220)과 같은 제1 및 제2 컴퓨팅 장치에 직접 통합된 광학 엔진들 사이의 점대점 통신 링크(200)가 예시되어 있다. 본 예시적인 실시예에서, 광학 엔진(240)은 제조 중에 컴퓨팅 장치(210, 220)의 회로에 직접 통합될 수 있으며, 그 다음에 두 광학 엔진의 한정된 영역에 결합 및 정렬된 다중 코어 광 섬유(250)와 연결될 수 있다. 광원은 각각이 광빔을 개별의 도파관에 전송하는 다수의 광 섬유에 광빔을 제공할 수 있거나, 또는 대안으로, 단일의 광 섬유가 광빔을 광학 엔진에 전달할 수 있으며 이 경우 스플리터(230)는 빔을 광학 엔진 상의 각각의 개별의 전송 도파관으로 분할할 수 있음이 주목된다.

도 8b는 본 발명의 또 다른 양태를 추가로 예시한 것으로, 여기서 개별의 광학 엔진 칩(260)은 인접한 두 컴퓨팅 장치(210, 220)에 웨이퍼 장착된 다음에, 점대점 광통신 링크(202)를 생성하도록 다중 코어 광 섬유(250)와 결합된다. 이후에 컴퓨팅 장치에 접착되는 개별의 칩(260) 상에 광학 엔진을 형성하면 칩을 제조하는데 사용되는 제조 프로세스에 비해 더 큰 제어성이 제공되며 제조 비용을 줄이는 규모의 경제성이 제공될 수 있다. 또한 별개의 광학 엔진 칩(260)은 광학 엔진이 장착되는 컴퓨팅 장치와 실질적으로 독립적인 통신 프로토콜의 생성을 가능하게 해 줄 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 광원 또는 레이저가 다수의 광학 엔진 칩에 광학적으로 결합될 수 있음이 여기서 주목된다. 광원 빔은 도시된 바와 같이 광학 엔진 칩 상의 스플리터(230)에서 분할될 수 있다. 대안으로, 전술한 바와 같이, 개별의 광 섬유는 광빔을 각각의 광학 엔진 칩 상의 각 전송 도파관에 전송할 수 있다.

도 9 및 도 10은 제1 컴퓨팅 장치(306) 및 제2 컴퓨팅 장치(308)에 웨이퍼 장착될 수 있는 광학 엔진 칩(300) 사이에 생성된 점대점 광학 링크(302)의 또 다른 예시적인 실시예를 함께 예시한다. 이 실시예에서, 광학 엔진 칩(300)에 형성된 전송 기본 유닛(310) 및 수신 기본 유닛(360)은 모두 앞의 실시예에서 설명된 바와 같이 칩의 중심 쪽 대신에, 칩의 에지(314) 쪽으로 배향될 수 있다. 전송 기본 유닛(310)에서, 출력 광빔은 도파관(330)과 정렬되며 기판의 면에 평행하게 배향될 수 있는 광 섬유 리본(350)에 결합을 위해, 오프-칩 레이저에서 발생되고, 변조를 위해 마이크로 링 변조기(320)에 전송되고, 칩 또는 기판의 에지(314) 주변에 구성된 한정된 영역(318)을 향해 출력 도파관(330)에서 전송될 수 있다. 그러나, 에지에 도달하기 전에, 광 신호는 광 신호의 모드를 광 섬유 리본을 형성하는 개개의 광 섬유(354)의 기본 모드로 변환하는 도파관 테이퍼(340)로 전달될 수 있다.

광 섬유 리본(350)은 출력 신호를 다른 컴퓨팅 장치(308) 상에 장착된 유사한 광학 엔진 칩(300)의 수신부에 전달할 수 있다(도 10 참조). 그리고 상호 이중 방식으로, 제2 광학 엔진 칩에 결합된 오프-칩 레이저는 광 신호를 제2 광학 엔진에 전송하는데 사용될 수 있으며, 여기서 원하는 변조 방식이 발생할 수 있고 변조된 신호는 도파관 테이퍼(370)(도 7 참조)를 통해 입력 광 신호를 수신 광 검출기(390)에 전달할 수 있는 입력 도파관(380)에 수신하기 위해 광 섬유 리본(350)을 통해 제1 컴퓨팅 장치(306)에 장착된 광학 엔진 칩에 다시 전송될 수 있다.

도 11은 예시적인 실시예에 따른, 제1 컴퓨팅 장치와 제2 컴퓨팅 장치 간의 점대점 통신을 전송하기 위한 방법(400)을 설명하는 흐름도이다. 본 방법은 광빔을 발생하도록 구성된 광원을 제공하는 단계(410) 및 광원을 변조 칩에 광학적으로 결합하는 단계(420)를 포함하고, 여기서 광원은 변조칩과 분리되어 배치된다. 본 방법은 변조 칩 상에 장착된 변조기를 이용하여 광빔을 변조하는 단계(430), 이어서 변조 칩 상에 장착된 광 도파관에서 변조 칩의 면에 평행한 변조된 광빔을 변조기로부터 다수의 면외 결합기를 갖는 변조 칩의 한정된 영역으로 안내하는 단계(440)를 더 포함한다. 그 다음에 변조된 광빔은 면외 결합기 중 적어도 하나에서 변조 칩의 면에 평행한 이동으로부터 변조 칩의 면에 대해 면외 이동으로 방향 전환될 수 있다(450).

본 방법은 한정된 영역에 배치된 검출기에서 광 신호를 검출하는 단계; 변조 이전에 광빔을 분할하고 변조 후에 광빔을 재결합하는 단계; 다수의 마이크로 링 레이저 변조기를 이용하여 광빔의 다수의 주파수를 변조하는 단계; 또는 변조된 광빔을 다중 코어 광 섬유에 결합하는 단계와 같은, 하나 이상의 추가적인 단계를 더 포함할 수 있고, 여기서 다중 코어 광 섬유는 변조된 광빔을 광학 또는 전자 장치에 전송하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 광자 결정 공진기는 광빔을 변조하는데 사용될 수 있다. 도 12에는 나노-캐비티(nano-cavity) 패브리-페로 변조기(500)가 예시되어 있다. 이 변조기는 능동 매체(능동 영역)(540) 외에 적어도 하나의 분산 브래그 반사기(Distribed Bragg Reflector: DBR)(530)로 만들어진다. DBR은 주기적 구조에서 브래그 반사에 기초하는, 브래그 미러, 즉, 광 반사 장치(미러)이다. 변조기는 파장에 의존하는 피드백을 방출 파장을 규정하도록 제공하는 도파관 구조체(520, 560)를 포함한다. 도파관(520)은 수동적이고 입력 광빔(510)을 수신하도록 구성될 수 있다. 다른 도파관(560)은 능동 영역(540)의 대향측 상에 있으며 출력 광 신호(570)를 전달하도록 작용할 수 있다. 광 도파관의 일부는 변조 매체(능동 영역)(540)로서 작용하며, 공진기의 다른 단부는 다른 DBR(550)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, DBR은 파장 튜닝 가능할 수 있다. 변조기의 자유 스펙트럼 범위 내에서의 튜닝은 별개의 위상 영역으로 성취될 수 있으며, 이는 전기적으로 가열되거나, 또는 간단히 구동 전류를 통해 활성 영역의 온도를 변경시킴으로써 튜닝될 수 있다. 전체 장치의 온도가 변하면, 파장 응답은 격자의 반사 대역이 이득 최대치보다 적게 이동되기 때문에 통상의 단일 모드 레이저 다이오드보다 상당히 작다. 전기 광학 튜닝 또는 플라즈마 확산 효과에 의한 튜닝 또한 성취될 수 있다. 더 넓은 파장 영역에 대한 모드-홉 프리 튜닝(Mode-hop free tuning)은 브래그 격자 및 이득 구조체의 조정 튜닝을 통해 가능하다.

도 13은 전술한 바와 같이 평행하게(610) 사용되는 다중 패브리-페로 변조기(600)를 예시한다. 광빔 입력(620)은 다중 파장을 포함한다. 다중 파장 입력은 주파수 콤 신호, 고밀도 파장 분할 다중화(DWDM) 신호, 또는 LED와 같은 광대역 광원일 수 있다. 광원에 따라서, 변조기의 자유 스펙트럼 범위는 주파수 콤 간의 간격, DWDM 신호, 또는 디멀티플렉스(DEMUX)(630) 및 멀티플렉스(MUX)(640)의 채널 간격에 일치하도록 설계될 수 있다. 이것은 변조기 어레이에서 동일한 변조기의 사용을 가능하게 해준다. MUX는 선택적이며 칩의 구조에 좌우된다. DEMUX(630)에서, 다중 파장 입력(620)은 둘 이상의 파장(650, 660, 및 670)으로 디멀티플렉스되거나, 분할된다. 그 다음에 여러 파장의 광빔(650, 660, 670)은 전술한 도 12에 대하여 기술된 바와 유사한 방식으로 변조될 수 있다. MUX(640)에서, 여러 파장의 광빔, 또는 신호는 이어서 멀티플렉스, 또는 결합될 수 있어, 단일의 다중 파장 출력 광 신호(680)가 형성될 수 있다.

전술한 상세한 설명은 특정한 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명을 기술하였다. 그러나, 첨부의 특허청구범위에서 기술된 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고도 여러 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 상세한 설명 및 첨부의 도면은 제한적이라기보다 단지 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 이러한 모든 변형 및 변경은 만일 존재하는 경우 본 명세서에서 설명 및 기술된 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다.

더욱 상세히 말하면, 본 발명의 설명에 도움이 되는 예시적인 실시예들이 본 명세서에서 설명되었지만, 본 발명은 이들 실시예들로만 제한되는 것은 아니고, 전술한 상세한 설명에 기초하여 당업자에게 인식되는 바와 같이, 변형, 생략, (예를 들어, 여러 실시예에 대한 양태들의) 조합, 개조 및/또는 대안들을 갖는 모든 실시예를 포함한다. 특허청구범위에서 한정사항은 청구범위에서 사용되는 언어에 기초하여 폭넓게 해석되어야하고 전술한 상세한 설명에서 기술되거나 또는 본 출원이 속행되는 동안에 기술되는 예들로 제한되지 않아야 하며, 그 예들은 비배타적인 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 본 개시내용에서, 용어 "바람직하게"는 비배타적인 것으로 "바람직하지만, 제한적인 것은 아님"을 의미하는 것으로 의도된다. 어떤 방법 또는 프로세스 청구범위에서 언급한 모든 단계들은 어떠한 순서로도 실행될 수 있으며 청구범위에서 제시된 순서로 제한되는 것은 아니다.

6: 변조 칩
10, 11: 전송 기본 유닛
21: 변조기
24: 광원
26: 광 섬유
28, 70: 광 결합기
30, 80: 도파관
40: 면외 결합기
48: 한정 영역
60: 수신 기본 유닛
90: 광 검출기

Claims

광통신을 변조하기 위한 광학 엔진(11)으로서,
복수의 주파수를 갖는 광빔을 발생하도록 구성된 광원(24) - 상기 광원은 변조 칩(6)과 분리 배치되고 상기 변조 칩에 광학적으로 결합됨 - 과,
상기 변조 칩 상에 장착되고 상기 광원에 의해 발생된 상기 광빔의 상기 복수의 주파수 중 하나의 주파수를 각각 변조하도록 각기 구성된 복수의 변조기(21)와,
상기 변조 칩 상에 장착되고 상기 광빔의 상기 복수의 주파수 중 변조된 하나의 주파수를 상기 복수의 변조기로부터 복수의 면외 결합기(out-of-plane couplers)(40)를 갖는 상기 변조 칩의 한정된 영역(48)으로 각각 안내하도록 각기 구성된 복수의 도파관(30)을 포함하고,
상기 복수의 면외 결합기 중 적어도 하나는 상기 변조된 광빔을 광학 장치에 광학적으로 결합하도록 구성되고,
상기 광빔의 상기 복수의 주파수는 상기 복수의 도파관에 의해 상기 복수의 면외 결합기로 각각 안내되는
광학 엔진.
삭제
제1항에 있어서,
상기 변조된 광빔을 상기 광학 장치에 결합하는데 다중 코어 광 섬유(150)가사용되며, 상기 다중 코어 광 섬유의 직경은 적어도 상기 한정된 영역만큼 넓은
광학 엔진.
제1항에 있어서,
상기 변조기는 마이크로 링 변조기(20)인
광학 엔진.
제1항에 있어서,
상기 한정된 영역에 배치되어 상기 광학 장치로부터 광 신호를 수신하도록 구성된 광자 검출기(70)를 더 포함하는
광학 엔진.
제1항에 있어서,
상기 도파관을 따라 일렬로 배치된 복수의 변조기를 더 포함하고,
각 변조기는 상기 광빔을 별개의 파장에서 변조하도록 구성된
광학 엔진.
제1항에 있어서,
평행하게 배치된 복수의 패브리-페로(Fabry-Perot) 변조기를 더 포함하고,
상기 광빔은 상기 복수의 패브리-페로 변조기를 이용하여 변조하기 전에 별개의 파장으로 분할되는
광학 엔진.
제7항에 있어서,
상기 광빔은 변조 후에 단일의 변조된 빔으로서 재결합되는
광학 엔진.
제1항에 있어서,
상기 면외 결합기는 격자 결합기(grating coupler)인
광학 엔진.
제1항에 있어서,
상기 변조기는 패브리-페로 어레이인
광학 엔진.
제1항의 광학 엔진에서 광통신을 변조하기 위한 방법으로서,
상기 광원을 상기 변조 칩에 광학적으로 결합하는 단계와,
상기 변조 칩 상에 장착된 상기 복수의 변조기(21)를 이용하여 상기 광빔을 변조하는 단계와,
상기 변조 칩 상에 장착된 광 도파관(30)에서 상기 변조 칩의 면에 평행한 상기 변조된 광빔을 상기 복수의 변조기로부터 상기 복수의 면외 결합기(40)를 갖는 상기 변조 칩의 상기 한정된 영역(48)으로 안내하는 단계와,
상기 복수의 면외 결합기 중 적어도 하나에서 상기 변조된 광빔을 상기 변조 칩의 면에 평행한 이동(traveling)에서 상기 변조 칩의 면에 대해 면외 이동으로 방향 전환하는(redirecting) 단계를 포함하는
광통신 변조 방법.
제11항에 있어서,
상기 한정된 영역에 배치된 검출기(70)에서 광 신호를 검출하는 단계를 더 포함하는
광통신 변조 방법.
제11항에 있어서,
상기 광빔을 변조 이전에 분할하고 상기 광빔을 변조 이후에 재결합하는 단계를 더 포함하는
광통신 변조 방법.
제13항에 있어서,
상기 광빔의 복수의 주파수를 복수의 마이크로 링 레이저 변조기를 이용하여 변조하는 단계를 더 포함하는
광통신 변조 방법.
광통신을 변조하기 위한 광학 엔진(11)으로서,
복수의 주파수를 갖는 광빔을 발생하도록 구성된 광원(24) - 상기 광원은 변조 칩(6)과 분리 배치되고 상기 변조 칩에 광학적으로 결합됨 - 과,
상기 변조 칩 상에 장착되고 상기 광원에 의해 발생된 상기 광빔의 상기 복수의 주파수 중 하나의 주파수를 각각 변조하도록 각기 구성된 복수의 변조기(20)와,
상기 변조 칩 상에 장착되고 상기 광빔의 상기 복수의 주파수 중 변조된 하나의 주파수를 상기 복수의 변조기로부터 복수의 면외 격자 결합기(out-of-plane grating couplers)(40)를 갖는 상기 변조 칩의 한정된 영역(48)으로 각각 안내하도록 각기 구성된 복수의 도파관(30) - 상기 복수의 면외 격자 결합기 중 적어도 하나는 상기 변조된 광빔을 오프-칩(off-chip) 광 도파관을 통해 광학 장치에 광학적으로 결합하도록 구성됨 - 과,
상기 한정된 영역 내에 있으며, 상기 오프-칩 광 도파관을 통해 상기 광학 엔진(11) 상의 한정된 영역으로 전송된 제2 변조된 광빔을 수신하도록 구성된 복수의 검출기를 포함하되,
상기 광빔의 상기 복수의 주파수는 상기 복수의 도파관에 의해 상기 복수의 면외 격자 결합기로 각각 안내되는
광학 엔진(11).