KR20000071443A - 광전 컴퓨터 네트워크내에서 광신호를 스위칭하기 위한방법 및 장치 - Google Patents

광전 컴퓨터 네트워크내에서 광신호를 스위칭하기 위한방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

광전 컴퓨터 네트워크내에서 광 신호를 스위칭하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 광전 컴퓨터 네트워크는 다수의 컴퓨터를 포함한다. 각각의 컴퓨터는 광 신호 빔을 전송하는 제1 광섬유 케이블과 광 신호 빔을 수신하는 제2 광섬유 케이블을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 광전 컴퓨터 네트워크내에서 광 신호를 방송하는 장치는 프리즘과 미러 어레이(mirror array)를 포함한다. 프리즘은 컴퓨터들중 하나의 컴퓨터의 제1 광섬유 케이블로부터의 광 신호 빔을 다수의 광신호 빔으로 분할시킬 수 있다. 각각의 광 신호 빔은 광 스펙트럼 범위내에서 고유의 주파수를 갖는다. 변형가능한 미러들의 어레이로 구성된 미러 어레이는 각각의 광 신호 빔을 개별적으로 나머지 컴퓨터의 각각의 제2 광섬유 케이블로 각각 해당되는 케이블을 찾아 보내준다.

Description

광전 컴퓨터 네트워크내에서 광신호를 스위칭하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SWITCHING OPTICAL SIGNALS WITHIN AN OPTOELECTRIC COMPUTER NETWORK}
본 발명은 신호 전송 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 광 신호를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 광전 컴퓨터 네트워크내에서 광 신호를 스위칭하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
광전 컴퓨터 네트워크는 디지털 데이타 신호가 광학적 경로와 전도성 경로의 양측에서 통행하는 컴퓨터 네트워크이다. 광전 컴퓨터 네트워크 범주내에서 전부는 아니지만 대부분의 컴퓨터는 광전 컴퓨터이다. 광전 컴퓨터는 디지털 데이타 신호가 전도성 버스 및 광학 버스(또는 경로)를 통하여 전달되는 컴퓨터 시스템이다. 전형적으로, 광전 컴퓨터는 광 링크 기능을 가지고 있으며, 예를 들면, 광전 교환용 트랜스듀서(transducer)로서 작용하는 수직 공동 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting lasers(VCSELs))를 갖는 반도체 소자를 이용할 수도 있다.
광전 컴퓨터 네트워크내에서, 광 허브는 광전 컴퓨터 네트워크내 모든 컴퓨터들간의 정보를 교환하는데 이용될 수 있다. 광 허브는 전기적 네트워크 스위치와 유사하며, 많은 컴퓨터들간의 동시적인 통신을 가능하게 해준다. 이러한 광전 컴퓨터 네트워크에 있어서, 광 신호를 전송하는 이용가능한 광 경로 자원을 효율적으로 할당하는데, 특히 광 경로 성능이 데이타 프로세싱 시스템의 초기 발현시점부터 사용되어온 버스와 같은 전기전도성 경로의 성능을 초과하는 경우에는 어려움이 있다.
광전 컴퓨터 네트워크는 다수의 컴퓨터를 포함한다. 각각의 컴퓨터는 광 신호 빔을 전송하는 제1 광섬유 케이블과 광 신호 빔을 수신하는 제2 광섬유 케이블을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 광전 컴퓨터 네트워크내에서 광 신호를 방송하는 장치는 프리즘과 미러 어레이를 포함한다. 프리즘은 컴퓨터들중 하나의 컴퓨터의 제1 광섬유 케이블로부터의 광 신호 빔을 다수의 광신호 빔으로 분할시킬 수 있다. 각각의 광 신호 빔은 광 스펙트럼 범위 내에서 고유의 주파수를 갖는다. 변형가능한 미러들의 어레이로 구성된 미러 어레이는 각각의 광 신호 빔을 개별적으로 나머지 컴퓨터의 각각의 제2 광섬유 케이블로 보내준다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 링크를 갖는 광전 컴퓨터 네트워크의 블럭 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 1에 도시된 광 허브내 네트워크 스위칭 기구의 도식적인 도면.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변형가능한 단일 픽셀의 미러 장치의 사시도, 평면도 및 횡단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 빔의 편향 현상을 도식적으로 도시하는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
5 : 광 허브
10 : 광전 컴퓨터 네트워크
11∼19 : 컴퓨터
21 : 프리즘
22 : 미러 어레이
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 광 링크를 갖는 광전 컴퓨터 네트워크의 블럭 구성도가 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 컴퓨터(11-19)와 광 허브(5)를 포함한다. 각각의 컴퓨터(11-19)는 퍼스널 컴퓨터, 중형(mid-range) 컴퓨터 또는 대형(mainframe) 컴퓨터일 수 있다. 바람직하게, 각각의 컴퓨터(11-19)는 모든 컴퓨터(11-19)가 광 허브(5)를 통하여 서로에게 결합될 수 있도록 하는 광 링크 기능을 가지고 있다. 컴퓨터(11-19)중 하나의 컴퓨터와 광 허브(5)사이의 광 링크는 적어도 두 개의 광 섬유 케이블을 포함하는데, 그 중의 하나의 광 섬유 케이블은 광 신호를 광 허브(5)로 전달하며, 다른 하나는 광 허브(5)로부터 광 신호를 수신한다. 예를 들면, 광 섬유 케이블(11s)는 컴퓨터(11)로부터 광 신호를 광 허브(5)로 전달하며, 광섬유 케이블(11r)은 광 허브(5)로부터 광 신호를 컴퓨터(11)로 전달한다. 컴퓨터(11-19)간의 모든 통신은 광 허브(5)를 통하여 이루어진다. 본질적으로, 광 허브(5)는 광전 컴퓨터 네트워크(10)내에서 컴퓨터(11-19)용 네트워크 스위치로서 작용한다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광 허브(5)의 네트워크 스위칭 메커니즘의 도식적인 도면이 예시된다. 도시된 바와 같이, 네트워크 스위칭 메커니즘(20)은 프리즘(21)과 미러 어레이(7)를 포함한다. 미러 어레이(7)는 미러(22)과 같은 다수의 미러를 어레이 형태로 구성시킨 변형가능한 미러 장치(deformable mirror device (DMD))인 것이 바람직하다. DMD의 상세한 내용은 이후에 설명될 것이다. 광 섬유 다발(8)은 한 그룹의 광섬유 케이블을 포함하며, 각각의 광섬유 케이블은 도 1에 도시된 컴퓨터(11-19)의 하나씩에 대응한다. 각각의 광섬유 케이블은 각각의 컴퓨터로부터의 광 신호를 미러 어레이(7)로 전송한다. 예를 들면, 광 섬유 케이블(11s)는 컴퓨터(11)(도 1 참조)로부터의 광 신호를 미러 어레이(7)로 전송한다. 유사하게, 광 섬유 다발(9)은 한 그룹의 광섬유 케이블을 포함하며, 각각의 광섬유 케이블은 도 1에 도시된 컴퓨터(11-19)의 하나씩에 대응한다. 광 섬유 다발(9)의 각 광섬유 케이블은 미러 어레이(7)로부터의 광 신호를 각 컴퓨터로 전달한다. 미러 어레이(7)의 각각의 미러는 개별적으로 조절됨으로써, 광섬유 다발(8)의 광 섬유 케이블로부터 입사한 광 신호를 광 섬유 다발(9)의 희망하는 광 섬유 케이블로 반사시킬 수 있다. (도 1의) 컴퓨터(11)가 소정 정보를 컴퓨터 네트워크(10)내 소정 컴퓨터로 전송하고자 한다면, 컴퓨터(11)는 먼저 광 섬유 케이블(11s)를 통하여 대응하는 광 신호를 전달한다. 하나의 광 신호와 함께 상이한 정보가 포함되도록 하고자 한다면, 각각의 상이한 정보는 단일의 광 주파수에 속하는 광 신호로 변조된다. 그 다음 광 신호는 프리즘(21)에 의해 여러 광 신호 빔으로 분할되는데, 바람직하게 각각의 광 신호 빔은 상이한 주파수를 가지고 있다. 도시된 바와 같이, 프리즘(21)으로부터 나오는 광 신호 빔은 적색 빔, 녹색 빔 및 청색 빔을 포함한다. 이후 이들 광 신호 빔은 미러 어레이(7)에 의해 반사된다. 다시 한번 강조하면, 미러 어레이(7)내의 DMD는 각각 개별적으로 프리즘(21)으로부터 나오는 광 신호가 광섬유 다발(9)의 대응하는 광 섬유 케이블로 보내도록 하는 각도로 조절된다. 그 결과, 컴퓨터(11)로부터의 정보는 컴퓨터 네트워크(10)내 수신 컴퓨터로 전달될 것이다.
상기 기술한 바와 같이, 미러 어레이(7)는 바람직하게 DMD이다. DMD는 전기 또는 광 입력에 대응하는 공간적 패턴의 입사 광을 변조하는 변환기(transducer)이다. 입사 광은 그 위상, 휘도, 편광 또는 방위에서 변조될 수 있도 있으며, 그러한 광 변조는 각종 광전 또는 광자기 효과를 나타내는 여러 물질 및 표면 변형에 의해 광을 변조하는 물질에 의해 성취될 수 있다. DMD는 각각의 픽셀이 개별적으로 어드레스가능한 픽셀들(또는 미러들)의 영역 어레이로 구성되는 것이 전형적이며, 적어도 하나의 편향가능한 반사 빔(deflectable reflecting beam)을 가지고 있다. DMD는 픽섹들의 광을 반사시킴으로써 동작하며, 반사된 광은 편향가능한 빔의 편향을 가변시킴으로써 변조된다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일 픽셀의 DMD의 사시도, 평면도 및 횡단면도가 각각 도시된다. 도 3c는 도 3a 및 도 3b의 라인 c-c를 따라서 절취한 횡단면도이다. 기본적으로, 하나의 DMD내의 하나의 픽셀은 얕은 우물(shallow well)을 덮어주는 빔(beam) (또는 플랩(flap))이다. 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)내 다수의 플라즈마 에칭 억세스 홀(46)을 포함한다. 금속 빔 층(44)에 의해 덮혀지지 않은 힌지 층(43)의 부분(47 및 48)은 빔(45)를 스페이서(42)에 의해 지지된 층(43 및 44)의 부분에 부착시키는 토션 힌지(torsion hinge)(토션 봉(torsion rods))을 형성한다. 전극(54-54)은 스페이서(42)와 기판(44)사이에서 이어져 있으며, 이산화 실리콘 층(50)에 의해 기판(41)로부터 절연되어 있다.
픽셀(40)의 바람직한 치수는 다음과 같다. 즉, 빔(45)는 각면이 12.5 미크론(micron)길이를 갖는 사각형이고, 스페이서(42)는 4.0 미크론 두께이고, 힌지 층(43)은 800Å 두께이고, 빔 층(44)은 3,600Å 두께이고, 각각의 힌지(47, 48)는 4.6 미크론 길이와 1.8 미크론 폭이고, 플라지마 에칭 억세스 홀(46)은 2.0 미크론 평방이고, (빔(45)과 빔 층(44)의 나머지 부분 사이의 공간인) 플라즈마 에칭 억세스 갭(55)은 2.0 미크론 폭이다. 빔의 최대 편향 각도를 약 10도로 만들기 위한 픽셀(40)에 대한 다른 치수는 다음과 같다. 즉, 빔(45)는 각 면이 19 미크론 길이를 갖는 사각형이고, 스페이서(42)는 2.3 미크론 두께이고, 힌지 층(43)은 750Å 두께이고, 빔 층(44)은 3,000Å 두께이고, 각각의 토션 힌지(47, 48)는 4.6 미크론 길이와 1.0 미크론 폭이고, 플라지마 에칭 억세스 홀(46)은 1.5 미크론 평방이며, 플라즈마 에칭 억세스 갭(55)은 1.0 미크론 폭이다.
기판(41)은 저향율이 약 100 옴-cm 인 실리콘이다. 스페이서(42)는 절연체이고; 힌지 층(43) 및 빔 층(44)은 0.2% Ti와 1% Si로 된 알루미늄, 티타늄 및 실리콘의 합금이다. 이러한 합금은 스페이서(42)와 많이 다르지 않은 열 팽창 계수를 가지며 따라서 제조 공정중에 발생하는 금속 층과 스페이서(42)사이의 스트레스를 최소화시켜준다. 빔 또는 힌지사이의 어떠한 스트레스라도 빔 또는 힌지의 뒤틀림(warping) 또는 말려짐(curling)을 일으킬 수 있는 요인이 되며, 금속과 스페이서 사이의 어떠한 스트레스라도 우물위의 금속의 자유 부분의 휘어짐(buckling) 또는 비틀림을 일으키게 하는 요인이 될 수 있음을 알아야 한다.
픽셀(40)은 금속 층(43, 44)과 기판(41)상의 전극(53 또는 54)사이에 전압을 인가함으로써 동작되며, 빔(45)과 전극들은 두 판의 에어 갭 캐패시터를 형성하며, 상기와 같이 인가된 전압에 의해 두 판상에 유도된 반대극성의 전하는 빔(45)을 기판(41)으로 끌어당기는 정전력(electrostatic force)을 여기시키는 반면, 전극(51 및 52)은 빔(45)과 동일한 전압으로 유지된다. 이러한 견인력은 빔을 힌지(47, 48)에서 뒤틀려지게 하고 기판(41)을 향하여 편향되게 한다.
이제 도 4를 참조하면, 상술한 편향과 함께 전극(53)에 정극성 전압이 인가될 때 최저 갭의 영역에서 집중된 전하를 나타내는 개략적인 도면이 도시된다. 20 볼트 범위의 전압의 경우, 편향은 2도의 범위에 있다. 그러나, 힌지(47)가 보다 길게 또는 가늘게 또는 얇게 만들어지는 경우, 편향은 힌지(47)의 구부러짐이 그의 폭의 역에 선형적으로, 그의 길이의 제곱에 정비례적으로 그리고 그 두께의 세제곱에 역비례적으로 가변함에 따라 증가될 것이다. 빔(45)의 두께는 제조중에 발생되는 표면 스트레스에 기인한 빔(45)의 뒤틀림을 충분히 방지하지만, 힌지(47)의 두께는 많은 굽어짐의 여지가 있다는 것을 알아야 한다. 광(59)은 또한 동작중에 발생할 수도 있는 편향된 빔(45)으로부터 반사된 광을 나타낸다.
상기 기술된 바와 같이, 본 발명은 광전 컴퓨터 네트워크내에서 광 신호를 스위칭하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 특정하게 도시되고 설명되었을 지라도, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명의 정신과 범주를 벗어남이 없이 그 형태와 세부사항에 있어서 여러 가지로 변화를 가져올 수 있음을 알 것이다.

Claims (9)

  1. 광전 컴퓨터 네트워크내에서 광 신호를 스위칭하기 위한 장치로서, 상기 광전 컴퓨터 네트워크는 다수의 컴퓨터를 포함하며, 상기 다수의 컴퓨터 각각은 광 신호 빔을 전송하는 제1 광섬유 케이블과 광 신호 빔을 수신하는 제2 광섬유 케이블을 포함하는 광 신호 스위칭 장치에 있어서,
    상기 다수의 컴퓨터들중 하나의 컴퓨터의 제1 광섬유 케이블로부터의 광 신호 빔을 다수의 광신호 빔으로 분할시킬 수 있는 프리즘 - 상기 다수의 광 신호 빔 각각은 광 스펙트럼 범위 내에서 고유의 주파수로 이루어짐 -; 및
    상기 다수의 광 신호 빔 각각을 개별적으로 상기 다수의 컴퓨터들중 나머지 컴퓨터중 적어도 하나의 컴퓨터의 각각의 제2 광섬유 케이블로 보내주는 다수의 변형가능한 미러들을 가지는 미러 어레이
    를 포함하는 광 신호 스위칭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미러 어레이는 변형가능한 미러 장치인 광 신호 스위칭 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 신호 빔은 다수의 광 주파수에서 변조된 정보를 포함하는 광 신호 스위칭 장치.
  4. 광전 컴퓨터 네트워크에 있어서,
    광 신호 빔을 전송하는 제1 광섬유 케이블과 광 신호 빔을 수신하는 제2 광섬유 케이블을 각각이 포함하는 다수의 컴퓨터; 및
    상기 다수의 컴퓨터들에 결합된 광 허브(optical hub)
    를 포함하며, 상기 광 허브는,
    상기 다수의 컴퓨터중 하나의 컴퓨터의 제1 광섬유 케이블로부터의 광 신호 빔을 다수의 광신호 빔으로 분할시킬 수 있는 프리즘 - 상기 다수의 광 신호 빔 각각은 광 스펙트럼 범위 내에서 고유의 주파수로 이루어짐 -; 및
    상기 다수의 광 신호 빔 각각을 개별적으로 상기 다수의 컴퓨터들중 나머지 컴퓨터중 적어도 하나의 컴퓨터의 각각의 제2 광섬유 케이블로 보내주는 다수의 변형가능한 미러들을 가지는 미러 어레이
    를 포함하는 광전 컴퓨터 네트워크.
  5. 제4항에 있어서, 상기 미러 어레이는 변형가능한 미러 장치인 광전 컴퓨터 네트워크.
  6. 제4항에 있어서, 상기 광 신호 빔은 다수의 광 주파수에서 변조된 정보를 포함하는 광전 컴퓨터 네트워크.
  7. 광전 컴퓨터 네트워크내에서 광 신호를 스위칭하기 위한 방법으로서, 상기 광전 컴퓨터 네트워크는 다수의 컴퓨터를 포함하고, 상기 다수의 컴퓨터 각각은 광 신호 빔을 전송하는 제1 광섬유 케이블과 광 신호 빔을 수신하는 제2 광섬유 케이블을 포함하는 광 신호 스위칭 방법에 있어서,
    상기 다수의 컴퓨터들중 하나의 컴퓨터의 제1 광섬유 케이블로부터의 광 신호 빔을 다수의 광신호 빔으로 분할시키는 단계 - 상기 다수의 광 신호 빔 각각은 광 스펙트럼 범위 내에서 고유의 주파수로 이루어짐 -; 및
    상기 다수의 광 신호 빔 각각을 개별적으로 상기 다수의 컴퓨터들중 나머지 컴퓨터중 적어도 하나의 컴퓨터의 각각의 제2 광섬유 케이블로 보내주는 다수의 변형가능한 미러들을 가지는 미러 어레이를 이용하는 단계
    를 포함하는 광 신호 스위칭 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 미러 어레이는 변형가능한 미러 장치인 광 신호 스위칭 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 광 신호 빔은 다수의 광 주파수에서 변조된 정보를 포함하는 광 신호 스위칭 방법.
KR1020000013004A 1999-03-31 2000-03-15 광전 컴퓨터 네트워크내에서 광신호를 스위칭하기 위한방법 및 장치 KR100323358B1 (ko)

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