KR20220118910A - 실리콘 칩 상의 광학 코히어런트 송신기 - Google Patents

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돤니 황
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안성 류
페이청 랴오
하오 리
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Abstract

본 명세서에 설명된 실시예들은 실리콘 칩 상에 완전히 통합된 광학 코히어런트 변조기들에 관련된 장치들, 프로세스들, 및 기법들에 관련될 수 있다. 이러한 코히어런트 변조기들은 송신기들, 수신기들, 송수신기들, 튜닝가능 레이저들 및 다른 광학 또는 전자-광학 디바이스들이 실리콘 칩 상에 통합될 수 있게 하는데 사용될 수 있다. 실시예들에서, 광학 코히어런트 변조기들은 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer, MZI) 구성에 네스팅될 수 있는 차동 마이크로링 변조기들에 기초할 수 있다. 실시예들은 또한, 실리콘 칩 상의 코히어런트 변조에 기초하여 작은 폼 팩터로 초당 테라비트(Tbps) 송수신기들을 가능하게 할 수 있는, 소형화되고 완전히 통합된 코히어런트 변조기들에 관한 것일 수 있다. 다른 실시예들이 설명 및/또는 청구될 수 있다.

Description

실리콘 칩 상의 광학 코히어런트 송신기{OPTICAL COHERENT TRANSMITTER ON A SILICON CHIP}
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 포토닉스 디바이스들의 분야에 관한 것으로, 특히 코히어런트 광학 송신기(coherent optical transmitter)들에 관한 것이다.
가상 머신들 및 클라우드 컴퓨팅에서의 지속적인 성장은 광학 송신기들과 같은 포토닉스 기반 디바이스들을 통합함으로써 컴퓨팅 디바이스들의 증가된 성능 및 감소된 크기에 대한 요구를 계속 증가시킬 것이다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른, 실리콘 칩 상의 송신기, 수신기, 및 튜닝가능 레이저와 통합된 마이크로링 기반 광학 코히어런트 변조기(microring-based an optical coherent modulator)의 다이어그램이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 링 공진기 기반 코히어런트 변조기(ring-resonator based coherent modulator)의 다이어그램이다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 실시예들에 따른, 2개의 공진기 투과 스펙트럼, 변조 신호의 함수로서의 자식 변조기의 실수부 및 허수부, 그리고 16-직교 진폭 변조(QAM) 성상도의 예를 나타낸 다이어그램들이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 재구성가능 변조기의 다이어그램이다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 완전 이중 편광 변조기의 다이어그램이다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 처프 사전-정정(등화기)의 다이어그램이다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른, 광학 코히어런트 변조기를 사용하는 코히어런트 광학 송신을 위한 프로세스이다.
도 8은 다양한 실시예들에 따른, 도 1 내지 도 7의 다양한 컴포넌트들을 갖기에 적합한 예시적인 컴퓨팅 디바이스를 예시한다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 실리콘 칩 상에 완전히 통합된 광학 코히어런트 변조기들에 관한 것일 수 있다. 이러한 코히어런트 변조기들은 송신기들, 수신기들, 송수신기들, 튜닝가능 레이저들 및 다른 광학 또는 전자-광학 디바이스들이 실리콘 칩 상에 통합될 수 있게 하는데 사용될 수 있다. 실시예들에서, 광학 코히어런트 변조기들은 열-광학 튜닝에 기초하여 저손실 수동 및 재구성가능 포토닉스 요소들을 갖는 통합된 III-V 이득 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 광학 코히어런트 변조기들은 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer, MZI) 구성에 네스팅(nest)될 수 있는 차동 마이크로링 변조기(differential microring modulator)들에 기초할 수 있다.
레거시 변조기들은 비교적 강한 처프를 갖는다. 처프는 진폭 변조에 의한 출력 위상의 동시 변화이다. 본 명세서에 설명된 변조기 실시예들에서는 높은 링 변조기 소광비(extinction ratio, ER) 또는 제로 파장 튜닝에서 링을 바이어싱할 필요 없이 높은 소스 레이저 억제(high sourced laser suppression)로 낮은 처프 변조를 가능하게 한다. 실시예들에서, 멀티-레이트 코히어런트 변조기(multi-rate coherent modulator)들을 가능하게 하기 위해 마이크로링 기반 변조기와 입력 버스 도파관 사이에 튜닝가능 커플러(tunable coupler)가 존재할 수 있다.
실시예들은 또한, 실리콘 칩 상의 코히어런트 변조에 기초하여 작은 폼 팩터(form factor)로 초당 테라비트(Tbps) 송수신기들을 가능하게 할 수 있는, 소형화되고 완전히 통합된 코히어런트 변조기들에 관한 것일 수 있다. 실시예들에서, 소형화된 코히어런트 송수신기는 실리콘 칩 상의 마이크로링 변조기 아키텍처에 기초하여 소형화된 튜닝가능 레이저 소스 및 콤팩트 코히어런트 I/Q(in-phase and quadrature) 변조기와 통합될 수 있다. 실시예들은 패키지 내의 코히어런트 송신기들, 수신기들, 및/또는 송수신기들의 크기 및 전력 소비를 상당히 감소시킬 수 있다.
레거시 코히어런트 변조기들은 개별 오프-칩 컴포넌트들, 예를 들어, 튜닝가능 레이저들 및 변조기들의 통합에 기초하고, 길이가 수 밀리미터, 예를 들어, 3 mm 내지 6.5 mm일 수 있는 큰 풋프린트 마하-젠더 변조기(Mach-Zehnder modulator, MZM)들을 사용한다. 코히어런트 변조기들에 대한 레거시 MZM들의 이러한 요구되는 긴 길이는 또한 그것들의 대역폭을 제한하는데, 이는 대역폭이 전형적으로 변조기 길이에 따라 증가하는 고주파수에서의 MZM 진행파 전극의 RF 손실에 의해 결정되기 때문이다. 이는, 레거시 MZM의 고전력 소비 외에도, 현재의 400Gbps 및 800Gbps 코히어런트 송수신기를 넘어 콤팩트 광대역 및 작은 폼 팩터 코히어런트 변조기들을 개발하는 레거시 능력을 상당히 제한한다.
구현들에서, 코히어런트 송수신기는, 변조 위상 효율을 제공하기 위해 칩 상의 큰 풋프린트를 요구하는, 레거시 MZM에 또한 주로 기초하는, 튜닝가능 레이저들 및 I/Q 변조기들과 같은 별개의 컴포넌트들을 통합한다. 이러한 큰 크기의 레거시 구현들은 또한 변조 대역폭을 제한하고 비교적 높은 전력 소비를 초래한다. 레거시 구현들에서, 마이크로링 공진기들은 직접 변조 응용들을 위한 MZM에 대한 소형화된 더 낮은 전력 대안으로서 사용되지만; 코히어런트 변조를 위한 이들의 응용은 이들의 고유 결합 진폭 및 위상 변조(즉, 처프)로 인해 제한되었으며, 이는 코히어런트 변조 응용들에서 품질 문제들을 발생시킨다. 따라서, 레거시 마이크로링 기반 코히어런트 변조기들은 강한 처프를 겪으며, 이는 그것들을 코히어런트 변조를 위해 사용하기 어렵게 만든다. 링 변조기 보조형 MZM들은 또한, 링 변조기 및 MZM의 고차 비선형 고조파를 상쇄함으로써, 아날로그 변조를 위한 스퓨리어스 없는 동적 범위(spurious free dynamic range, SFDR)에 대해 이전에 제안되었다. 그러나, 이 레거시 구현은 처프의 레거시 문제에 영향을 미치지 않고, 코히어런트 변조에 적용가능하지 않다.
이하의 상세한 설명에서는, 그 일부를 형성하는 첨부 도면들에 대한 참조가 이루어지고, 여기서, 전체에 걸쳐서 유사한 번호들이 유사한 부분들을 지정하고, 본 개시내용의 주제가 실시될 수 있는 실시예들이 예시에 의해 도시된다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고 구조적 또는 논리적 변경들이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 이하의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안 되며, 실시예들의 범위는 첨부된 청구항들 및 이들의 등가물들에 의해 정의된다.
본 개시내용의 목적을 위해, 구문 "A 및/또는 B"는 (A), (B), 또는 (A 및 B)를 의미한다. 본 개시내용의 목적을 위해, 구문 "A, B, 및/또는 C"는 (A), (B), (C), (A 및 B), (A 및 C), (B 및 C), 또는 (A, B 및 C)를 의미한다.
본 설명은 상단/하단(top/bottom), 내/외(in/out), 위/아래(over/under) 등과 같은 관점 기반의 설명들을 사용할 수 있다. 이러한 설명들은 단지 논의를 용이하게 하기 위해 사용되며 본 명세서에 설명된 실시예들의 적용을 임의의 특정 방향으로 제한하려고 의도되는 것은 아니다.
본 설명은 "실시예에서" 또는 "실시예들에서"이라는 구문들을 이용할 수 있으며, 이들은 각각 동일한 또는 상이한 실시예들 중 하나 이상을 지칭할 수 있다. 또한, 본 개시내용의 실시예들에 대해 사용되는 용어들 "구성되는(comprising)", "포함하는(including)", "갖는(having)" 등은 동의어들이다.
용어 "~와 결합된(coupled with)"이 그의 파생어들과 함께 본 명세서에서 사용될 수 있다. "결합된"은 다음 중 하나 이상을 의미할 수 있다. "결합된"은 2개 이상의 요소가 직접 물리적 또는 전기적 접촉하는 것을 의미할 수 있다. 그러나, "결합된"은 또한 2개 이상의 요소가 간접적으로 서로 접촉하지만 여전히 서로 협조 또는 상호작용한다는 것을 의미할 수 있고, 서로 결합되었다고 하는 요소들 사이에 하나 이상의 다른 요소가 결합 또는 접속된다는 것을 의미할 수 있다. "직접 결합된(directly coupled)"이라는 용어는 2개 이상의 요소가 직접 접촉한다는 것을 의미할 수 있다.
청구되는 주제를 이해하는데 가장 도움이 되는 방식으로, 다양한 동작들이 다수의 별개 동작들로서 차례로 설명될 수 있다. 그러나, 설명 순서는 이러한 동작들이 반드시 순서 종속적이라고 암시하는 것으로서 해석되어서는 안된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "모듈"이라는 용어는 ASIC, 전자 회로, 하나 이상의 소프트웨어 또는 펌웨어 프로그램들을 실행하는 프로세서(공유, 전용, 또는 그룹) 및/또는 메모리(공유, 전용, 또는 그룹), 조합 논리 회로, 및/또는 설명된 기능성을 제공하는 다른 적합한 컴포넌트들을 지칭하거나, 이들의 일부이거나, 이들을 포함할 수 있다.
본 명세서의 다양한 도면들은 하나 이상의 패키지 어셈블리의 하나 이상의 층을 묘사할 수 있다. 본 명세서에 묘사된 층들은 상이한 패키지 어셈블리들의 층들의 상대적 위치들의 예들로서 묘사된다. 층들은 설명의 목적으로 묘사되어 있으며, 축척에 맞게 그려진 것은 아니다. 따라서, 층들의 비교 크기들은 도면들로부터 가정되어서는 안 되며, 크기들, 두께들, 또는 치수들은 구체적으로 표시되거나 논의된 경우에만 일부 실시예들에 대해 가정될 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른, 실리콘 칩 상의 송신기, 수신기, 및 튜닝가능 레이저와 통합된 마이크로링 기반 광학 코히어런트 변조기의 다이어그램이다. 도 1에 표현된 실리콘 칩은 도 2와 관련하여 더 상세히 설명되는 바와 같이 마이크로링 기반 코히어런트 변조기(102)를 포함하는 송신기(100)를 포함한다. 송신기(100)는 마이크로링 기반 코히어런트 변조기(102)에 기초하여 광학 신호 출력을 제공하는 다수의 채널들(104)을 포함한다. 실시예들에서, 튜닝가능 레이저(120)는 변조기 입력 레이저(126) 및 수신기 LO(122)의 역할을 하는 2개의 도파관으로 분할될 수 있다. 통합된 90도 하이브리드 포토닉 회로 및 도파관-통합된 광 검출기들로 구성되는 통합된 코히어런트 수신기(140)가, 입력 수신된 코히어런트 신호를 LO 신호와 혼합하고 수신된 전기 출력 I 및 Q 신호들을 생성하는 데 사용된다. 도 1의 칩은 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator, SOI) 실리콘 플랫폼 또는 임의의 대안적인 통합된 포토닉 플랫폼, 예를 들어, 리튬-니오베이트 온 아이솔레이터 재료 플랫폼(Lithium-niobate on isolator material platform) 상에 구현될 수 있다.
실시예들은 하이브리드 III-V/Si 플랫폼에 기초하여 튜닝가능 레이저(120), 코히어런트 변조기(102) 및 송신기를 공동 통합할 수 있다. 이러한 실시예들은 타깃 파장 범위에 걸쳐 레이저 파장을 튜닝하기 위해 순방향 바이어싱된 PN 접합들에서의 실리콘 기반 열-광학 튜닝 및 캐리어 분산을 사용하여 III/V 이득 컴포넌트들을 저손실 수동 및 재구성가능 포토닉 요소들과 통합할 수 있다. 그 결과, 실시예들은 변조기 및 수신기와 튜닝가능 레이저의 공동 통합을 통해 입력 레이저와 코히어런트 변조기 사이의 감소된 커플링 손실과 더 작은 전체 풋프린트 양자 모두를 초래할 수 있다.
실시예들은 또한 (레거시 MZM들과 비교하여) 작은 풋프린트, 저전력, 및 광대역 변조들의 관점에서 링 변조기들의 모든 이점들을 사용할 수 있는 링 공진기 기반 I/Q 변조기들을 가능하게 할 수 있다. 추가적으로, 실시예들은 또한 고품질 코히어런트 신호 및 높은 소스 레이저 억제를 제공할 수 있다. 제안된 멀티-레이트 변조기는 또한 입력-도파관 및 마이크로링 커플링이 타깃 변조 보드 레이트(modulation baud rate)에 대한 최적의 링 공진기 품질 인자를 달성하도록 조정될 수 있는 적응적 변조기 구성을 제공하여, 다양한 송수신기 데이터 레이트 범위에 걸쳐 저전력 성능을 가능하게 할 수 있다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 마이크로링 공진기 기반 코히어런트 변조기의 다이어그램이다. 도 1의 마이크로링 기반 코히어런트 변조기(102)와 유사할 수 있는 공진기 기반 코히어런트 변조기(200)는, I 변조기 또는 Q 변조기일 수 있는 제1 자식 변조기(child modulator)(208) 및 제2 자식 변조기(238)가 동일한 마이크로링 변조기들을 갖는 차동 MZI 아키텍처를 사용하는 단순화된 레이아웃을 도시한다.
제1 자식 변조기(208)는 제1 암(arm)(210) 및 제2 암(212)을 가질 수 있다. 제1 암(210)은 제1 암(210)과 결합된 마이크로링(214)을 포함할 수 있고, 제2 암(212)은 제2 암(212)과 결합된 마이크로링(224)을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 제1 자식 변조기(208)는 마이크로링 변조기들(214 및 224)이 동일한 차동 MZI 아키텍처를 사용할 수 있다. 실시예들에서, 마이크로링 변조기들(214, 224)은 초기에 동일한 디튜닝(detuning)에서 바이어싱될 수 있으며, 여기서 공진기들은 도 1의 입력 레이저(126)와 같은 입력 레이저에 기초하여 파장을 공진시킨다. 후속하여, 마이크로링 변조기들(214, 224)의 바이어싱은 I 및 Q 변조들(208, 238)에 대한 입력 RF 신호에 의해 차동적으로 유도될 수 있다.
실시예들에서, 마이크로링 변조기(214)는 각각의 마이크로링 공진기 공진 파장을 튜닝하여 그것을 입력 레이저 파장에 대해 원하는 디튜닝에서 바이어싱하도록 히터와 통합될 수 있다. 외부 링(216) 및 내부 링(218)은 변조기를 위한 전극들 및/또는 링 변조기와 통합된 PN 접합을 위한 콘택(contact)들일 수 있는 분할 링(split ring)들일 수 있다.
실시예들은, 높은 링 변조기 소광비(ER) 또는 제로 파장 디튜닝에서 링을 바이어싱할 필요 없이 높은 소스 레이저 억제로 낮은 처프 변조를 가능하게 하는, MZI 구성에 네스팅된 차동 마이크로링 변조기들(214, 224)에 기초한 코히어런트 변조를 위한 새로운 아키텍처를 나타낼 수 있다. 실시예들에서, 이 아키텍처는 또한 멀티-레이트 코히어런트 변조기들을 가능하게 하기 위해, 마이크로링 변조기(214, 224)와 입력 버스 도파관(208) 사이에 튜닝가능 커플러(213)를 사용할 수 있다. 이는 간섭 커플링(interferometric coupling)을 통해 마이크로링 공진기 및 도파관 커플링을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 마이크로링 전체 품질 인자는 상이한 변조 레이트들에 대한 최상의 성능을 달성하도록 조정될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 실시예들에 따른, 2개의 공진기 투과 스펙트럼, 변조 신호의 함수로서의 자식 변조기의 실수부 및 허수부, 그리고 16-직교 진폭 변조(QAM) 성상도의 예를 나타낸 다이어그램들이다. 도 3a는 나노미터 단위의 파장에 대한 dB 단위의 투과율(transmission)의 그래프를 도시한다. 특히, 제로 인가된 RF 신호에서의(302), 그리고 이들이 차동적으로 유도될 때의(304, 306) 2개의 공진기 투과 스펙트럼. 또한, 거리(308)는 2개의 차동-구동 링 변조기의 디튜닝에 의해 생성된 변조기의 차동 출력을 도시한다.
I 및 Q 변조기들의 차동 구성은 각각의 공진기를 원하는 청색 디튜닝된 파장으로 바이어싱하면서 높은 소스 레이저 억제가 달성될 수 있게 한다. 이는, 공진으로부터의 큰 디튜닝에서도 차동 출력이 높은 입력 레이저 억제를 제공함에 따라 입력 레이저가 마이크로링 공진 파장에 매우 가깝게 바이어싱될 때 고전력 입력 레이저에 의한 열 불안정성의 과제를 완화시킨다.
도 3b는 입력 변조 신호에 대한 변조 신호의 함수로서 자식 변조기의 실수부(310) 및 허수부(320)의 응답을 나타내며, 이는 변조기의 낮은 처프를 나타내는 출력 허수부의 매우 작은 변조, 예를 들어, 작은 위상 변조를 나타낸다. 실시예들에서, 코히어런트 변조기는 또한 도 6에 도시된 바와 같은 등화기를 동반할 수 있으며, 이는 실시예들에서 잔여 처프를 효과적으로 제거하고 처프가 없는 코히어런트 변조기로 이어질 수 있다. 도 3c는 EVM < 0.0015(등화 없음)를 나타내는 16 QAM 성상도의 예이다. 그래프 상의 포인트(324)는 이상적인 16-QAM 성상도로부터의 작은 편차를 나타내는 16-QAM 성상도에서의 성상도 포인트의 예를 나타낸다. 이 도면들에 도시된 바와 같이, 예를 들어, EVM < 0.0015인 낮은 변조 왜곡을 갖는 고품질 코히어런트 변조가 이 변조기 아키텍처를 사용하여 달성될 수 있다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 재구성가능 변조기의 다이어그램이다. 재구성가능 변조기(400)는 재구성가능 변조기에 대한 아키텍처의 실시예의 개략도를 도시한다. 튜닝가능 도파관-공진기 커플러는 마이크로링과 버스 도파관(404) 사이의 2 세그먼트 커플링(two segment coupling)을 포함하며, 커플링 섹션들이라고도 지칭될 수 있는 2개의 커플링 세그먼트(408, 410) 사이에 열 위상 시프터(thermal phase shifter)(402)가 있다. 또한, PN 접합들(412, 414)이 링 공진기에 내장될 수 있다. 히터(406)는 마이크로링 공진기 공진 파장을 튜닝하기 위해 사용될 수 있다. 그 결과, 코히어런트 변조기들은 마이크로링 품질을 개선하기 위해 튜닝가능한 대역폭으로 인에이블될 수 있다. 실시예들에서, 재구성가능 변조기(400)는 실리콘으로 또는 실리콘 컴포넌트들을 사용하여 구현될 수 있다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 완전 이중 편광 변조기의 다이어그램이다. 도 5는 도 2의 튜닝가능 변조기(200)와 유사할 수 있는 2개의 변조기에 기초한 완전 이중 편광 변조기의 개략도(500)를 도시한다. X 및 Y 편광에 대응하는 2개의 변조기의 출력을 단일 출력에 가산하기 위해 편광 회전기 및 조합기(polarization rotator and combiner, PRC)(550)가 사용될 수 있다. 재구성가능 변조기(400)는 일 실시예에서 완전 이중 편파 변조기와 결합될 수 있다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 처프 사전-정정의 다이어그램이다. 다이어그램(600)은 코히어런트 변조기의 I 및 Q 입력 신호에 반대 부호를 갖는 일부 처프를 가산함으로써 마이크로링 기반 코히어런트 변조기의 잔여 처프를 보상할 수 있는, 등화기로도 지칭될 수 있는, 처프 사전-정정을 도시한다. 입력 I(614) 및 Q(610) 신호들을 혼합해서 차동 마이크로링 코히어런트 변조기에 대한 사전-처프 I 및 Q(601, 602) 입력 신호를 생성하여, 전체 처프가 없는 출력 신호(overall chirp-less output signal)를 달성한다. 처프 사전-정정 등화기 계수들(606, 608)은 마이크로링 변조기 파라미터들에 기초하여 계산된다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른, 광학 코히어런트 변조기를 사용하는 코히어런트 광학 송신을 위한 프로세스이다. 프로세스(700)는 특히 도 1 내지 도 6과 관련하여 본 명세서에서의 장치, 프로세스, 기법, 시스템, 또는 다른 개시를 사용하여 수행될 수 있다.
블록 702에서, 프로세스는, 코히어런트 변조기에 의해, 실리콘 포토닉스 칩 상에 코히어런트 변조기와 공동 배치된 튜닝가능 레이저로부터 LO 광학 신호를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 마이크로링 변조기는 도 1의 마이크로링 기반 코히어런트 변조기(102) 또는 도 2의 공진기 기반 코히어런트 변조기(200)와 유사할 수 있다. 실시예들에서, 튜닝가능 레이저는 도 1의 튜닝가능 레이저(120)와 유사할 수 있다.
블록 704에서, 프로세스는, 코히어런트 변조기에 의해, 결정된 광학 신호 및 LO 광학 신호를 변조하여 변조된 광학 신호를 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 실시예들에서, LO 광학 신호는 도 1의 변조기 입력 레이저(126)와 유사할 수 있다.
블록 706에서, 프로세스는, 실리콘 포토닉스 칩 상의 튜닝가능 레이저 및 코히어런트 변조기와 공동 배치된 송신기에 의해, 변조된 광학 신호를 송신하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 실시예들에서, 송신기는 도 1의 송신기(100)와 유사할 수 있다.
도 8은 다양한 실시예들에 따른, 도 1 내지 도 5의 다양한 컴포넌트들을 갖기에 적합한 예시적인 컴퓨팅 디바이스를 예시한다.
도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(800)는 하나 이상의 버스/인터커넥트(812)를 통해 서로 결합된 하나 이상의 프로세서 또는 프로세서 코어(802), 시스템 메모리(804), 대용량 스토리지(806), 통신 인터페이스들(810) 및 I/O 디바이스들(808)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 버스들/인터커넥트들(812) 중 적어도 하나는 프로세서들(802), 시스템 메모리(804), 대용량 스토리지(806), 통신 인터페이스들(810) 및 I/O 디바이스들(808) 중 적어도 2개를 광학적으로 결합/상호접속하는 광학 버스/인터커넥트이다. 즉, 광학적으로 결합되는 프로세서들(802), 시스템 메모리(804), 대용량 스토리지(806), 통신 인터페이스들(810) 및 I/O 디바이스들(808) 중 적어도 2개는 도 1 내지 도 5를 참조하여 앞서 설명된 코히어런트 광학 송신기의 실시예들 중 하나를 갖는 코히어런트 광학 송신기(819)를 포함한다.
청구항들을 포함하여, 본 출원의 목적을 위해, "프로세서" 및 "프로세서 코어들"이라는 용어들은, 맥락이 명확하게 달리 요구하지 않는 한, 동의어로 고려될 수 있다. 프로세서(802)는 임의의 타입의 프로세서, 마이크로프로세서 등을 포함할 수 있다. 프로세서(802)는 멀티-코어들, 예를 들어, 멀티-코어 마이크로프로세서를 갖는 집적 회로로서 구현될 수 있다.
대용량 스토리지 디바이스들(806)은 디스켓, 하드 드라이브, 휘발성 메모리(예를 들어, DRAM(dynamic random-access memory), CD-ROM(compact disc read-only memory), DVD(digital versatile disk) 등 중 하나일 수 있다. 일반적으로, 시스템 메모리(804) 및/또는 대용량 스토리지 디바이스들(806)은 휘발성 및 비휘발성 메모리, 광학, 자기, 및/또는 솔리드 스테이트 대용량 스토리지 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 임의의 타입의 일시적 및/또는 지속적 스토리지일 수 있다. 휘발성 메모리는 정적 및/또는 동적 랜덤 액세스 메모리를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 비휘발성 메모리는 전기적으로 소거가능한 프로그램가능 판독 전용 메모리, 상 변화 메모리, 저항성 메모리 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
I/O 디바이스들(808)은 디스플레이(예를 들어, 터치스크린 디스플레이), 키보드, 커서 제어, 원격 제어, 게이밍 제어기, 이미지 캡처 디바이스, 카메라, 하나 이상의 센서 등일 수 있고, 통신 인터페이스들(810)은 네트워크 인터페이스 카드들, 직렬 버스들, 모뎀들, 적외선 수신기들, 라디오 수신기들(예를 들어, 블루투스) 등을 포함할 수 있다.
통신 인터페이스들(810)은 GSM(Global System for Mobile Communication), GPRS(General Packet Radio Service), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), HSPA(High Speed Packet Access), E-HSPA(Evolved HSPA), 또는 LTE(Long-Term Evolution) 네트워크에 따라 디바이스(800)를 동작시키도록 구성될 수 있는 통신 칩들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 통신 칩들은 또한 EDGE(Enhanced Data for GSM Evolution), GERAN(GSM EDGE Radio Access Network), UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network), 또는 E-UTRAN(Evolved UTRAN)에 따라 동작하도록 구성될 수 있다. 통신 칩들은 CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), DECT(Digital Enhanced Cordless Telecommunications), EV-DO(Evolution-Data Optimized), 그 파생어들뿐만 아니라, 3G, 4G, 5G, 및 그 이상으로 지정되는 임의의 다른 무선 프로토콜들에 따라 동작하도록 구성될 수 있다.
시스템 버스들/인터커넥트들(812)은, 예를 들어, PCIe 버스들을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 프로세서들(802), 메모리(804), 대용량 스토리지(806), 통신 인터페이스들(810) 및 I/O 디바이스들(808) 중 선택된 것들은 PCIe 디바이스들 또는 다른 직렬 버스 기반 디바이스들일 수 있다. 특히, 이들은 칩 상의 광학 코히어런트 송신기와 결합하거나 이를 포함하기 위해 본 개시내용의 교시들과 통합된 PCIe 디바이스들일 수 있다. 다수의 버스들의 경우에, 이들은 하나 이상의 버스 브리지(bus bridge)(도시되지 않음)에 의해 브리징될 수 있다.
이들 요소 각각은 본 기술분야에 알려진 그의 종래의 기능들을 수행할 수 있다. 특히, 시스템 메모리(804) 및 대용량 스토리지 디바이스들(806)은 컴퓨팅 디바이스(800)의 운영 체제, 하나 이상의 애플리케이션, 및/또는 본 개시내용의 실시를 지원하는 시스템 소프트웨어/펌웨어(집합적으로 컴퓨팅 로직(822)으로 지칭됨)를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 컴퓨팅 디바이스(800)의 다양한 컴포넌트들의 동작을 위한 프로그래밍 명령어들의 작업 사본 및 영구 사본을 저장하기 위해 이용될 수 있다. 다양한 요소들은 프로세서(들)(802)에 의해 지원되는 어셈블러 명령어들 또는 이러한 명령어들로 컴파일될 수 있는 하이-레벨 언어들에 의해 구현될 수 있다.
프로그래밍 명령어들의 영구 사본은, 예를 들어, CD(compact disc)와 같은 배포 매체(도시되지 않음)를 통해, 또는 (배포 서버(도시되지 않음)로부터) 통신 인터페이스(810)를 통해, 공장에서 또는 현장에서, 대용량 스토리지 디바이스들(806)에 배치될 수 있다. 즉, 에이전트 프로그램의 구현을 갖는 하나 이상의 배포 매체가 에이전트를 배포하고 다양한 컴퓨팅 디바이스들을 프로그래밍하기 위해 이용될 수 있다.
요소들(802, 804, 806, 808, 810, 및 812)의 수, 능력, 및/또는 용량은 컴퓨팅 디바이스(800)가 셋톱 박스 또는 데스크톱 컴퓨터와 같은 고정형 컴퓨팅 디바이스, 또는 태블릿 컴퓨팅 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 게임 콘솔, 또는 스마트폰과 같은 이동형 컴퓨팅 디바이스로서 사용되는지에 따라 달라질 수 있다. 이들의 구성들은 달리 알려져 있고, 따라서 추가로 설명되지 않을 것이다.
실시예들에서, 프로세서들(802) 중 적어도 하나는 SiP(System in Package) 또는 SOC(System on Chip)를 형성하기 위해 본 명세서에 설명된 실시예들의 양태들을 실시하도록 구성되는 계산 로직(822)과 함께 패키징될 수 있다.
다양한 구현들에서, 컴퓨팅 디바이스(800)는 데이터 센터, 랩톱, 넷북, 노트북, 울트라북, 스마트폰, 태블릿, PDA(personal digital assistant), 울트라 모바일 PC, 모바일폰, 디지털 카메라, 또는 IoT 사용자 장비의 하나 이상의 컴포넌트일 수 있다. 추가 구현들에서, 컴퓨팅 디바이스(800)는 데이터를 처리하는 임의의 다른 전자 디바이스일 수 있다.
유의할 점은, 본 명세서에 설명된 바와 같은 코히어런트 송신기들은 데이터 센터 내에서 또는 다수의 데이터 센터들 사이에서 사용될 수 있다는 점에 유의한다.
다양한 실시예들은 위에서 접속사 형태(및)로 설명되는 실시예들의 대안적인(또는) 실시예들을 포함하는 전술한 실시예들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다(예를 들어, "및"은 "및/또는"일 수 있다). 더욱이, 일부 실시예들은, 실행될 때 전술한 실시예들 중 임의의 것의 액션들을 초래하는, 명령어들이 저장된 하나 이상의 제조 물품(예를 들어, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체)을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예들은 전술한 실시예들의 다양한 동작들을 수행하기 위한 임의의 적합한 수단을 갖는 장치들 또는 시스템들을 포함할 수 있다.
요약서에 설명된 것을 포함하여, 위의 예시된 실시예들의 설명은, 실시예들을 개시된 정확한 형태들로 제한하거나 총망라하는 것으로 의도되지 않는다. 특정 실시예들이 예시의 목적으로 본 명세서에 설명되어 있지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자들이라면 인식할 수 있는 바와 같이, 실시예들의 범위 내에서 다양한 등가의 수정들이 가능하다.
이러한 수정들은 전술한 상세한 설명에 비추어 실시예들에 대해 행해질 수 있다. 다음의 청구항들에 사용되는 용어들은 실시예들을 명세서 및 청구항들에 개시되는 특정 구현들로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 발명의 범위는 청구항 해석의 확립된 원칙들에 따라 해석되어야 하는 다음의 청구항들에 의해 전적으로 결정되어야 한다.
이하의 단락들은 다양한 실시예들의 예들을 설명한다.
예들
예 1은 장치이며, 이 장치는: 광 빔을 출력하는 튜닝가능 레이저; 상기 튜닝가능 레이저와 광학적으로 결합되어 상기 광 빔을 변조하는 코히어런트 변조기; 상기 코히어런트 변조기와 광학적으로 결합되어 상기 변조된 광 빔을 송신하는 광학 송신기를 포함하고; 상기 튜닝가능 레이저, 상기 코히어런트 변조기, 및 상기 광학 송신기는 실리콘 포토닉스 칩 상에 통합된다.
예 2는 예 1의 장치를 포함하며, 상기 튜닝가능 레이저와 결합되어 다른 실리콘 포토닉스 칩으로부터 다른 변조된 광 빔을 수신하는 광학 수신기를 추가로 포함한다.
예 3은 예 1의 장치를 포함하며, 상기 실리콘 포토닉스 칩은 하이브리드 III-V/Si 포토닉스 칩이다.
예 4는 예 1의 장치를 포함하며, 상기 튜닝가능 레이저는 열-광학 튜닝을 사용하여 튜닝된다.
예 5는 예 1의 장치를 포함하며, 상기 코히어런트 변조기는 차동 마이크로링 변조기들을 포함한다.
예 6은 예 5의 장치를 포함하며, 상기 차동 마이크로링 변조기들은 마하-젠더 간섭계(MZI) 구성에 네스팅된다.
예 7은 예 1의 장치를 포함하며, 상기 코히어런트 변조기는 I/Q 변조기를 포함한다.
예 8은 예 7의 장치를 포함하며, 상기 I/Q 변조기는 링 공진기 기반 I/Q 변조기를 포함한다.
예 9는 예 1의 장치를 포함하며, 상기 변조기 및 입력 버스 도파관과 광학적으로 결합되고 이들 사이에 배치되어 멀티-레이트 코히어런트 변조를 가능하게 하는 튜닝가능 커플러를 추가로 포함한다.
예 9A는 예 1 내지 예 9 중 어느 하나의 장치를 포함하며, 상기 장치 또는 상기 장치의 일부는 실리콘을 통해 구현된다.
예 10은 코히어런트 광학 송신을 위한 방법이며, 이 방법은: 코히어런트 변조기에 의해, 실리콘 포토닉스 칩 상에 상기 코히어런트 변조기와 공동 배치된 튜닝가능 레이저로부터 국부 발진기(LO) 광학 신호를 수신하는 단계; 상기 코히어런트 변조기에 의해, 결정된 광학 신호 및 상기 LO 광학 신호를 변조하여 변조된 광학 신호를 생성하는 단계; 및 상기 실리콘 포토닉스 칩 상의 상기 튜닝가능 레이저 및 상기 코히어런트 변조기와 공동 배치된 송신기에 의해, 상기 변조된 광학 신호를 송신하는 단계를 포함한다.
예 11은 예 10의 방법을 포함하며, 열-광학 튜닝을 사용하여 상기 튜닝가능 레이저를 튜닝하는 단계를 추가로 포함한다.
예 12는 예 11의 방법을 포함하며, 상기 코히어런트 변조기는 차동 MZI 아키텍처를 사용하는 각각의 I 또는 Q 변조기를 갖는 공진기 기반 코히어런트 변조기이다.
예 13은 예 12의 방법을 포함하며, 상기 차동 MZI 아키텍처는 각각의 암에서 동일한 마이크로링 변조기들을 사용한다.
예 14는 예 10 내지 예 13 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 동일한 마이크로링 변조기들은 2개의 마이크로링 공진기를 포함한다.
예 15는 시스템이며, 이 시스템은: 광 빔을 출력하는 튜닝가능 레이저와; 상기 튜닝가능 레이저와 광학적으로 결합되어 상기 광 빔을 변조하는 코히어런트 변조기와; 상기 코히어런트 변조기와 광학적으로 결합되어 상기 변조된 광 빔을 송신하는 광학 송신기를 포함하는 장치 - 상기 튜닝가능 레이저, 상기 코히어런트 변조기, 및 상기 광학 송신기는 실리콘 포토닉스 칩 상에 통합됨 - ; 및 상기 광학 송신기의 광학 출력과 결합되어 상기 변조된 광 빔을 다른 디바이스에 송신하는 광학 도파관을 포함한다.
예 16은 예 15의 시스템을 포함하며, 상기 광학 도파관은 하나 이상의 광섬유 또는 실리콘 도파관 중 선택된 하나이다.
예 17은 예 15의 시스템을 포함하며, 상기 코히어런트 변조기는 차동 마이크로링 변조기들을 포함한다.
예 18은 예 17의 시스템을 포함하며, 상기 차동 마이크로링 변조기들은 마하-젠더 간섭계(MZI) 구성에 네스팅된다.
예 19는 예 15의 시스템을 포함하며, 상기 코히어런트 변조기는 I/Q 변조기를 포함한다.
예 20은 예 19의 시스템을 포함하며, 상기 I/Q 변조기는 링 공진기 기반 I/Q 변조기를 포함한다.
예 21은 예 15 내지 예 20 중 어느 하나의 시스템을 포함하며, 상기 코히어런트 변조기는 이중 편광 코히어런트 변조기이다.
예 22는 예 15 내지 예 20 중 어느 하나의 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 전체 변조기 처프를 추가로 감소시키는 처프 사전-정정 I/Q 등화기를 추가로 포함한다.

Claims (20)

  1. 장치로서,
    광 빔을 출력하는 튜닝가능 레이저(tunable laser);
    상기 튜닝가능 레이저와 광학적으로 결합되어 상기 광 빔을 변조하는 코히어런트 변조기(coherent modulator);
    상기 코히어런트 변조기와 광학적으로 결합되어 상기 변조된 광 빔을 송신하는 광학 송신기(optical transmitter)
    를 포함하고;
    상기 튜닝가능 레이저, 상기 코히어런트 변조기, 및 상기 광학 송신기는 실리콘 포토닉스 칩(silicon photonics chip) 상에 통합되고;
    상기 코히어런트 변조기는 차동 마이크로링 변조기(differential microring modulator)들을 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 튜닝가능 레이저와 결합되어 다른 실리콘 포토닉스 칩으로부터 다른 변조된 광 빔을 수신하는 광학 수신기를 추가로 포함하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 포토닉스 칩은 하이브리드 III-V/Si 포토닉스 칩인, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 튜닝가능 레이저는 열-광학 튜닝을 사용하여 튜닝되는, 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 차동 마이크로링 변조기들은 마하-젠더 간섭계(MZI) 구성에 네스팅되는, 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 코히어런트 변조기는 I/Q 변조기를 포함하는, 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 I/Q 변조기는 링 공진기 기반 I/Q 변조기를 포함하는, 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변조기 및 입력 버스 도파관과 광학적으로 결합되고 이들 사이에 배치되어 멀티-레이트 코히어런트 변조를 가능하게 하는 튜닝가능 커플러를 추가로 포함하는, 장치.
  9. 코히어런트 광학 송신을 위한 방법으로서,
    코히어런트 변조기에 의해, 실리콘 포토닉스 칩 상에 상기 코히어런트 변조기와 공동 배치된 튜닝가능 레이저로부터 국부 발진기(local oscillator, LO) 광학 신호를 수신하는 단계;
    상기 코히어런트 변조기에 의해, 결정된 광학 신호 및 상기 LO 광학 신호를 변조하여 변조된 광학 신호를 생성하는 단계;
    상기 실리콘 포토닉스 칩 상의 상기 튜닝가능 레이저 및 상기 코히어런트 변조기와 공동 배치된 송신기에 의해, 상기 변조된 광학 신호를 송신하는 단계
    를 포함하고;
    상기 코히어런트 변조기는 마이크로링 변조기를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 열-광학 튜닝을 사용하여 상기 튜닝가능 레이저를 튜닝하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 코히어런트 변조기는 차동 MZI 아키텍처를 사용하는 각각의 I 또는 Q 변조기를 갖는 공진기 기반 코히어런트 변조기인, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 차동 MZI 아키텍처는 각각의 암에서 동일한 마이크로링 변조기들을 사용하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 동일한 마이크로링 변조기들은 2개의 마이크로링 공진기를 포함하는, 방법.
  14. 시스템으로서,
    광 빔을 출력하는 튜닝가능 레이저와;
    상기 튜닝가능 레이저와 광학적으로 결합되어 상기 광 빔을 변조하는 코히어런트 변조기와;
    상기 코히어런트 변조기와 광학적으로 결합되어 상기 변조된 광 빔을 송신하는 광학 송신기
    를 포함하는 장치 - 상기 튜닝가능 레이저, 상기 코히어런트 변조기, 및 상기 광학 송신기는 실리콘 포토닉스 칩 상에 통합됨 - ; 및
    상기 광학 송신기의 광학 출력과 결합되어 상기 변조된 광 빔을 다른 디바이스에 송신하는 광학 도파관
    을 포함하고;
    상기 코히어런트 변조기는 차동 마이크로링 변조기들을 포함하는, 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 광학 도파관은 하나 이상의 광섬유 또는 실리콘 도파관 중 선택된 하나인, 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 차동 마이크로링 변조기들은 마하-젠더 간섭계(MZI) 구성에 네스팅되는, 시스템.
  17. 제14항에 있어서, 상기 코히어런트 변조기는 I/Q 변조기를 포함하는, 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 I/Q 변조기는 링 공진기 기반 I/Q 변조기를 포함하는, 시스템.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코히어런트 변조기는 이중 편광 코히어런트 변조기인, 시스템.
  20. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 전체 변조기 처프를 추가로 감소시키는 처프 사전-정정 I/Q 등화기를 추가로 포함하는, 시스템.
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