(57)【要約】本発明の様々な実施形態は光相互接続を対象とする。本発明の一実施形態において、光相互接続は、光信号を出力するように構成されたレーザ、及びレーザに電子的に結合されたレーザダイオードドライバを含む。レーザダイオードドライバは、レーザダイオードドライバにより受信された電気信号に応じてレーザに光信号を出力させる。光相互接続は、回折光学素子および複数の光検出器を含む。光相互接続は、光信号を受け取るように配置されて、その光信号を複数の光信号に分割するように構成され、各光検出器が、別個の信号線に出力される電気信号へ複数の光信号の１つを変換する。【選択図】図１
2011517057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を出力するように構成されたレーザと、
前記レーザに電子的に結合されたレーザドライバであって、前記レーザドライバにより受け取られた電気信号に応じて前記レーザに前記光信号を出力するようにさせる、レーザドライバと、
前記光信号を受け取るように配置され、前記光信号を複数のほぼ等しい光信号に分割するように構成された回折光学素子と、
光検出器アレイとを含み、
前記光検出器アレイの各光検出器が、別個の信号線に出力される電気信号へ前記複数の光信号の１つを変換する、光相互接続。
【請求項２】
前記回折光学素子と前記光検出器アレイとの間に配置された集束要素を更に含む、請求項１に記載の光相互接続。
【請求項３】
前記集束要素が、前記回折光学素子に面する表面の反対側の表面から突出し、且つ前記検出器に集束されるビームを生じるために異なる形状および角度を有する、実質的に規則的に隔置されたプリズムを更に含む、請求項２に記載の光相互接続。
【請求項４】
前記集束要素が、前記回折光学素子に面する表面の反対側に配置された球状に起伏のあるフレネルレンズ表面を更に含む、請求項２に記載の光相互接続。
【請求項５】
前記集束要素が、
前記回折光学素子と前記光検出器アレイとの間に配置されたレンズであって、そのレンズが前記複数の光信号のそれぞれを前記光検出器アレイの光検出器の１つに送るように構成されている、レンズと、
屈折平凸レンズとのうちの１つを更に含む、請求項２に記載の光相互接続。
【請求項６】
前記集束要素が、複数のレンズを更に含み、各レンズが前記回折光学素子と前記光検出器アレイとの間に配置され、各レンズが前記複数の光信号の１つを前記光検出器アレイの光検出器の１つに送るようになっている、請求項２に記載の光相互接続。
【請求項７】
前記光検出器アレイに電子的に結合されたトランスインピーダンス増幅器を更に含み、前記トランスインピーダンス増幅器が、前記光検出器アレイの光検出器から出力された電気信号を増幅する、請求項１に記載の光相互接続。
【請求項８】
前記回折光学素子が、前記光信号を前記複数の光信号に分割する回折ビームスプリッタを更に含む、請求項１に記載の光相互接続。
【請求項９】
前記レーザが、
面発光レーザ、
分布帰還型レーザ、
量子井戸レーザ、
多重量子井戸レーザ、
発光ダイオード、
ダブルヘテロ構造レーザ、及び
単一の光信号を放出するのに適した任意の他のデバイスの１つを更に含む、請求項１に記載の光相互接続。
【請求項１０】
前記レーザドライバが、前記レーザダイオードドライバにより受け取られた電気信号の変調強度に応じて前記レーザに変調電流を供給するように構成された集積回路を更に含む、請求項１に記載の光相互接続。
【請求項１１】
前記光検出器アレイの光検出器が、フォトダイオードを更に含む、請求項１に記載の光相互接続。
【請求項１２】
それぞれが対応する光信号を放出するように構成された複数のレーザと、
それぞれが前記複数のレーザの１つに電子的に結合された複数のレーザドライバであって、各レーザドライバが、前記レーザドライバにより受け取られた電気信号に応じて前記対応する光信号を対応するレーザに放出させるようになっている、複数のレーザドライバと、
前記複数の光信号を受け取り、単一の光信号を出力するように配置された集束要素と、
信号線に出力される単一の電気信号に前記光信号を変換する光検出器とを含む、光相互接続。
【請求項１３】
前記集束要素が、前記複数のレーザに面する表面から突出する、実質的に規則的に隔置されたプリズムを更に含む、請求項１２に記載の光相互接続。
【請求項１４】
前記集束要素が、前記複数のレーザに面する、球状に起伏のあるフレネルレンズ表面を更に含む、請求項１２に記載の光相互接続。
【請求項１５】
前記集束要素が、前記光検出器と前記複数のレーザとの間に配置されたレンズを更に含み、そのレンズが前記複数の光信号のそれぞれを前記光検出器に送るように構成されている、請求項１２に記載の光相互接続。
【請求項１６】
前記光検出器と前記複数のレーザとの間に配置された複数のレンズを更に含み、各レンズが前記複数の光信号の１つを前記光検出器に送るように構成されて配置されている、請求項１２に記載の光相互接続。
【請求項１７】
前記光検出器に電子的に結合されたトランスインピーダンス増幅器を更に含み、前記トランスインピーダンス増幅器が、前記光検出器から出力された電気信号を増幅する、請求項１２に記載の光相互接続。
【請求項１８】
前記回折光学素子が、前記複数の光信号を前記単一の光信号へともっていく回折ビームスプリッタを更に含む、請求項１２に記載の光相互接続。
【請求項１９】
前記レーザが、
面発光レーザ、
分布帰還型レーザ、
量子井戸レーザ、
多重量子井戸レーザ、
発光ダイオード、
ダブルヘテロ構造レーザ、及び
光信号を放出するのに適した任意の他のデバイスの１つを更に含む、請求項１２に記載の光相互接続。
【請求項２０】
前記レーザダイオードドライバが、前記レーザダイオードドライバにより受け取られた電気信号の強度に応じて前記複数のレーザの１つに変調電流を供給するように構成された集積回路を更に含む、請求項１２に記載の光相互接続。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電子デバイスを相互接続するために使用され得る光相互接続を対象とする。
【０００２】
背景
コンピュータシステムのメーカにより共有される本質的な問題は、エネルギー消費またはコストの比例した増加を伴わずに、コンピュータシステムの性能を増大させる必要性である。電子通信のアーキテクチャの開発者は、電子システムの必要な性能を増大させる一方で、より低い消費電力、より小さいフォームファクタ、及びより少ない電磁放射線に対処するという二分を均衡させることに苦心している。コンピュータシステムの消費電力を低減しながらスケーラビリティに対処するよりよい解決策が望ましい。しかしながら、これら問題に対する一般的な電子的解決策は、多くのコンピュータシステムのコストを増大させる可能性があり、それはピンの総数および／またはダイ面積の増大、消費電力の増大という理由によるものであり、それらの主な原因は、長い信号線で通信しなければならないことである。
【０００３】
１つ又は複数のデュアルインラインメモリモジュール（「ＤＩＭＭ」）のシステム性能を増大させることは、ＤＩＭＭの性能を増大させようと試みているのに、どうしてエネルギー消費量およびコストが増大するのかということに関する多くのコンピュータシステム例の一つに過ぎない。ＤＩＭＭは、システムボード上に１つ又は複数のチャネルを形成する電子相互接続を用いてメモリコントローラに接続される多数の別個のダイナミックランダムアクセスメモリ（「ＤＲＡＭ」）チップを含む小さい回路基板である。容量を増大させる、チャネルの数を増やす、ＤＲＡＭバンク又はランクの数を増やす、帯域幅を改善する、待ち時間を低減する、又はこれらの方法の幾つかの組み合わせのような、ＤＩＭＭ性能を向上させるための多数の方法が存在する。しかしながら、これら問題に対する一般的な電子的解決策は、メモリモジュールのコストを増加させることが多く、その理由は、ピンの総数および／またはダイ面積が増大する、或いは消費電力が増大するからである。上述したように、消費電力の増大の主な原因は、長い信号線で通信しなければならないことである。また、フロントサイドバスの速度を増加させることは、インターフェースにおける消費電力の線形増加の原因ともなる。増大したフロントサイドバス速度においてＤＩＭＭランクの数を増加させることに関連した追加の相互接続の問題は、複数のＤＩＭＭを接続するマルチドロップ信号線において信号タイミング及びノイズが問題となることである。これは、所謂「スタブ電子工学」の問題であり、ＤＲＡＭに接続して機能するために追加の外部バッファを必要とする２地点間メモリチャネルに取って代わるメモリバスをもたらした。しかしながら、ＤＲＡＭの努力の大部分は、プロセッサチップに対するＤＩＭＭの電気的な相互接続を有する、より高密度のメモリデバイスの作成に集中した。
【０００４】
技術者は、追加のピン及び長い信号線並びに信号品位も維持することに関連した電力およびコストの考慮事項を伴わない、高速で高帯域の相互接続の必要性を認識している。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実施形態に従って動作する２つの光相互接続の等角図および第１の配置図である。
【図２】本発明の実施形態によるファンアウト光相互接続およびファンイン光相互接続に関する第１の具現化形態の等角図である。
【図３】本発明の実施形態に従って構成された第１のファンアウト光相互接続カードの略図である。
【図４】本発明の実施形態に従って構成された第２のファンアウト光相互接続カードの略図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に従って構成された集束要素の断面図および配置図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に従って構成された別の集束要素の断面図および配置図である。
【図５Ｃ】フレネルレンズ表面の前面図である。
【図６】本発明の実施形態による光検出器アレイの各光検出器に配置された平凸レンズを含む光相互接続カードを示す図である。
【図７】本発明の実施形態に従って構成された第３のファンアウト光相互接続カード７００の略図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態に従って構成された、集束要素の断面図および配置図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に従って構成された、別の集束要素の断面図および配置図である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態に従って構成された、更に別の集束要素の断面図および配置図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態に従って構成された第１のファンイン光相互接続カード９００の略図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態による、集束要素および平凸リングを使用するファンイン光相互接続を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態に従って構成された第２のファンイン光相互接続カードの略図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態による、レーザアレイから出力された光信号を光検出器に送るために使用され得る集束要素を示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の実施形態による、レーザアレイから出力された光信号を光検出器に送るために使用され得る別の集束要素を示す図である。
【図１０Ｄ】本発明の実施形態による、レーザアレイから出力された光信号を光検出器に送るために使用され得る更に別の集束要素を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に従って構成された第３のファンイン光相互接続カードの略図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態に従って構成された第２のファンアウト光相互接続およびファンイン光相互接続の等角図および配置図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態による、図１２Ａに示されたファンイン及びファンアウト光相互接続の上面図である。
【図１３】本発明の実施形態に従って構成された二次元ファンアウト光相互接続の組立分解等角図である。
【図１４】本発明の実施形態に従って構成された二次元ファンイン光相互接続の組立分解等角図である。
【０００６】
詳細な説明
本発明の様々な実施形態は、電子デバイス間の高速で高帯域の相互接続を提供することができるが、追加のピン及び信号線を設けることよりも消費電力および製造コストが低い光相互接続を対象とする。以下の説明において、用語「光」及び「光学的」は、電磁波スペクトルの可視領域だけに制限されない波長または周波数を有する古典的および／または量子化電磁放射線（「光信号」）を用いて動作する装置を意味する。
【０００７】
特定の光相互接続の実施形態は、単一の電子デバイスから出力された情報を複数の電子デバイスに一斉送信する又は「扇状に広げる（ファンアウトする）」ために使用され得るが、他の光相互接続の実施形態は、複数の電子デバイスから出力された情報を単一の電子デバイスに「ファンイン」するために使用され得る。図１は、本発明の実施形態に従って動作する２つの光相互接続の等角図および配置図を示す。図１に示されるように、電子デバイス１０２は、方向矢印１０６により表された変調（即ち、データ符号化）電気信号の形態で、ファンアウト光相互接続１０４にデータを伝える。ファンアウト光相互接続１０４は、８つの方向矢印１０８により表された変調電気信号の形態で、スタック１１０に構成された８つの電子デバイス全てにデータを伝える又は一斉送信する。また、図１は、８つの方向矢印１１４により示されるように、スタック１１０の各電子デバイスから出力された変調電気信号を受け取る、及び方向矢印１１６により示されるように、各変調電気信号を電子デバイス１０２に伝えるファンイン光相互接続１１２も示す。電気信号１１４の全てがファンイン光相互接続１１２に同時に伝えられるわけではない。アービタ（図示せず）を用いて、スタック１１０の電子デバイスのどれがファンイン光相互接続１１２に電気信号を伝えるかを制御することができる。
【０００８】
ファンアウト光相互接続１０４は、電子デバイス１０２から受信した電気信号を、８つの電気信号変換される８つのほぼ等しい光信号に変換する。８つの電気信号の全ては、スタック１１０の電子デバイスに別々に伝えられる。ファンイン相互接続１１２は、スタック１１０の電子デバイスから出力された８つの電気信号を別々に受け取る。これら電気信号はそれぞれ、ファンイン相互接続１１２内で光信号に変換され、電子デバイス１０２に出力される電気信号に戻されるように変換される。留意すべきは、本発明の光相互接続の実施形態は、８つの電子デバイスに対する電気信号の送受信に限定されない。本発明の他の実施形態において、ファンイン及びファンアウト光相互接続は、電気信号を任意の数の電子デバイスに伝えるように構成され得る。
【０００９】
電子デバイス１０２、及びスタック１１０の電子デバイスは、様々な種類の計算およびデータ記憶デバイスを表すことができる。例えば、特定の実施形態において、スタック１１０の電子デバイスは、８つのＤＩＭＭを表すことができ、電子デバイス１０２は、ＤＩＭＭに対して送受信されるデータの流れを管理するメモリコントローラを表すことができる。更に他の実施形態において、電子デバイス１０２は、外部記憶デバイスを表すことができ、スタック１１０の電子デバイスは、１つの筐体またはシャシ（図示せず）或いは８つのシャシに装着された８つのブレードサーバを表すことができる。更に別の実施形態において、スタック１１０の電子デバイスは、Ｉ／Ｏカード又はネットワークインターフェースカードを表すことができる。
【００１０】
ファンアウト及びファンイン光相互接続１０４及び１１２は、多数の異なる態様で実現され得る。図２は、本発明の実施形態によるファンアウト光相互接続およびファンイン光相互接続に関する第１の具現化形態の等角図を示す。図２において、ファンアウト光相互接続１０４は、３つのカード２０２〜２０４を用いて実現され、ファンイン光相互接続１１２も３つのカード２０６〜２０８を用いて実現される。各カードは、電子デバイス１０２に接続された単一の信号線、及びスタック１１０の対応する電子デバイスにそれぞれ接続された８つの別個の信号線を含む。例えば、カード２０２は、電子デバイス１０２から出力された電気信号を受け取るための単一の信号線２１０、及びスタック１１０の各電子デバイスに電気信号を別々に伝えるための８つの信号線２１２を含む。留意すべきは、本発明の実施形態は、ファンイン及びファンアウト光相互接続に３つのカードを使用することに制限されない。他の実施形態において、任意の適切な数のカードを用いて、ファンイン及びファンアウト光相互接続１０４及び１１２を実現することができる。更に、カードは、８つの信号線に限定されない。他の実施形態において、信号の数は、電子デバイスの数に依存してもよい。
【００１１】
図３は、本発明の実施形態に従って構成された第１のファンアウト光相互接続カード３００の略図を示す。ファンアウト光相互接続３００は、レーザ３０２、レーザドライバ３０４、回折光学素子３０６、光検出器アレイ３０８、及びトランスインピーダンス増幅器３１０を含み、それらの全ては単一の基板３１２上に実装され得る。レーザ３０２は、面発光レーザ（「ＶＣＳＥＬ」）、分布帰還型レーザ（「ＤＦＬ」）、量子井戸レーザ、多重量子井戸レーザ、ダブルヘテロ構造レーザ、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、又は単一の光信号３１４を放出するのに適した任意の他のデバイスとすることができる。レーザ３０２は、信号線３１６を介して電子デバイス１０２から電気信号を受け取るレーザドライバ３０４に電子的に結合される。レーザドライバ３０４は、光信号３１４を生成するようにレーザ３０２に指示するように構成された集積回路とすることができる。回折光学素子３０６は、回折ビームスプリッタ又は回折格子とすることができ、光信号３１４をほぼ等しい光パワーでほぼ等距離の光信号３１８の８つの別個のビームに分割するように構成され得る。回折光学素子３０６の設計は、当該技術において良く知られている。光検出器アレイ３０８は、光検出器３２０のような８つの別個の光検出器からなる。各光検出器は、回折光学素子３０６から放出された８つの光信号３１８のうちの１つを検出するように配置され得る。光検出器は、ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合フォトダイオード、或いはｎ−ｐ−ｎ又はｐ−ｎ−ｐフォトトランジスタとすることができる。光検出器アレイ３０８の光検出器はそれぞれ、トランスインピーダンス増幅器３１０に電子的に結合され、そのトランスインピーダンス増幅器３１０は、各光検出器から出力された電気信号を増幅して、スタック１１０の電子デバイス３４１〜３４８に電子的に結合された対応する信号線３２４〜３３１に電気信号を同時に印加する。各光検出器から出力された電気信号の増幅に加えて、トランスインピーダンス増幅器３１０は、信号対雑音比を低減し、各光検出器の後に抵抗を用いる場合よりも速い応答時間を提供する。
【００１２】
ファンアウト光相互接続３００は以下のように動作することができる。電子デバイス１０２は、変調（即ち、データ符号化）電気信号を信号線３１６に出力する。レーザドライバ３０４は、変調電気信号を受け取り、対応する変調光信号３１４を放出するようにレーザ３０２に指示し、当該変調光信号３１４は回折光学素子３０６に送られる。回折光学素子３０６は、変調光信号３１４を８つの別個でほぼ等しい変調光信号３１８に分割し、それらの各々は、光検出器アレイ３０８の対応する光検出器に送られる。各光検出器は、対応する変調光信号を変調電気信号に変換し、当該変調電気信号はトランスインピーダンス増幅器３１０により増幅されて、８つの電子デバイス３１４〜３４８に伝えられ、当該電子デバイスの全ては、実質的に同じ変調電気信号を受け取る。言い換えれば、ファンアウト光相互接続３００は、ほぼ等しい電気信号をスタック１１０の電子デバイス３４１〜３４８のそれぞれに一斉送信する。
【００１３】
本発明の他の実施形態において、回折光学素子３０６から出力された光信号３１８を光検出器アレイ３０８の各光検出器に送るために、光学素子がファンアウト光相互接続３０６に含まれ得る。図４は、本発明の実施形態に従って構成された第２のファンアウト光相互接続カード４００の略図を示す。光相互接続４００は、回折光学素子３０６に隣接して基板４０４の表面に配置された集束要素４０２を光相互接続４００が含むことを除いて、光相互接続３００とほぼ同じである。回折光学素子３０６から出力された光信号は、集束要素４０２により、光検出器アレイ３０８の対応する光検出器に向け直される。集束要素４０２は、検出器アレイ３０８の対応する検出器上に集束されるビームを出力するために、異なる形状および角度で構成された実質的に規則的に隔置されたプリズムを含むことができる。
【００１４】
種々の実施形態において、集束要素４０２は、多数の異なる態様で構成され得る。図５Ａ〜図５Ｂは、本発明の実施形態に従ってそれぞれ構成された、２つの異なる集束要素の断面図および配置図を示す。図５Ａにおいて、第１の集束要素５０２は、回折光学素子３０６に隣接する表面の反対側の表面から突出する、実質的に規則的に隔置されたプリズム５０３〜５１０を含む。各プリズムは、回折光学素子３０６から出力された光信号を光検出器アレイ３０８の対応する光検出器の方へ向け直すように、特定の入射角でもって配置され構成される。例えば、プリズム５０３は、光信号５１２を光検出器３２０の方へ向け直す。図５Ｂにおいて、第２の集束要素５１４は、回折光学素子３０６に隣接する表面の反対側に配置された、球状に起伏のあるフレネルレンズ表面５１６を含む。図５Ｃは、フレネルレンズ表面５１６の前面図を示す。フレネルレンズ表面５１６は、中央凸面領域５１８、及び「フレネルリング」と呼ばれる同心のテーパ状プリズム形状リング５２０〜５２２を含む。フレネルリング５２０〜５２２は、光検出器アレイ３０８の対応する光検出器の方へ光信号を送るようにテーパを付けられている。例えば、フレネルリング５２２は、光信号５１２及び５２４を光検出器３２０及び５２６にそれぞれ向け直すようにテーパを付けられている。
【００１５】
他の実施形態において、平凸レンズが、光検出器アレイ３０８の各光検出器上に配置され得る。図６は、本発明の実施形態による光検出器アレイ３０８の光検出器に配置された平凸レンズ６０１〜６０８を有する光相互接続カード６００を示す。各平凸レンズは、光学素子４０２から出力された光信号を集光させて、光検出器アレイ３０８の対応する光検出器上に当該光信号を送ることを支援するために使用され得る。
【００１６】
図７は、本発明の実施形態に従って構成された第３のファンアウト光相互接続カード７００の略図を示す。光相互接続７００は、光相互接続７００が回折光学素子３０６と光検出器アレイ３１０との間に、基板７０４の表面に配置された集束要素７０２を含むことを除いて、光相互接続３００とほぼ同じである。回折光学素子３０６から出力された光信号は、集束要素７０２により、光検出器アレイ３０８の対応する光検出器に向け直される。
【００１７】
異なる実施形態において、集束要素７０２は、多数の異なる態様で構成され得る。図８Ａ〜図８Ｃは、本発明の実施形態に従ってそれぞれ構成された、３つの異なる集束要素の断面図および配置図を示す。図８Ａにおいて、集束要素は、光信号３１８のそれぞれを光検出器アレイ３０８の対応する光検出器に送るように構成された単一の両凸レンズ８０２である。図８Ｂにおいて、光学素子８０４は、フレネルレンズ表面８０６、及び多数の平凸レンズ８０７〜８１４を有する反対側の表面を含む。フレネルレンズ表面８０６は、図５Ｂ〜図５Ｃに関連して上述されたように構成される。フレネルリングは、集束要素８０４を通る実質的に平行な経路に沿って光信号３１８を向け直すようにテーパを付けられている。平凸レンズ８０７〜８１４は、光信号を光検出器アレイ３０８の対応する光検出器上に集束するように構成される。図８Ｃにおいて、集束要素は、回折光学素子３０６と光検出器アレイ３０８との間に配置された８つの両凸レンズ８２１〜８２８からなる。各レンズは、回折光学素子３０６から出力された光信号３１８の１つを光検出器アレイ３０８の対応する光検出器の方へ送るように構成され得る。例えば、レンズ８２１は、光信号５１２を光検出器３２０上に送るように配置され構成される。他の実施形態において、集束要素７０２は、屈折平凸レンズとすることができる。
【００１８】
図９Ａは、本発明の実施形態に従って構成された第１のファンイン光相互接続カード９００の略図を示す。ファンイン光相互接続９００は、レーザアレイ９０２、レーザドライバ９０４、光検出器９０８に隣接する集束要素９０６、及びトランスインピーダンス増幅器９１０を含み、それらの全ては単一の基板９１２上に実装され得る。レーザアレイ９０２は、レーザ９１４のような８つのレーザを含む。レーザは、ＶＣＳＥＬ、ＤＦＬ、量子井戸レーザ、多重量子井戸レーザ、ダブルヘテロ構造レーザ、ＬＥＤ、又は単一の光信号を放出するのに適した任意の他のデバイスとすることができる。レーザアレイ９０２の各レーザは、図６に示されるように、集束要素９０６上に光信号を放出するために、レーザドライバ９０４に電子的に結合されて配置される。レーザドライバ９０４は、スタック１１０の対応する電子デバイス３４１〜３４８から信号線９１６〜９２３で変調（即ち、データ符号化）電気信号を受け取る。レーザドライバ９０４は、レーザアレイ９０２の各レーザに別個の変調電流を供給する集積回路とすることができる。留意すべきは、レーザドライバ９０４は、スタック１１０の８つの電子デバイス３４１〜３４８の全てから電気信号を同時に受け取らない。電子デバイス３４１〜３４８の１つだけが電気信号を伝える一方で、残りの７つの電子デバイスが待機するように、アービタを使用することができる。光検出器９０８は、集束要素９０６により向け直される光信号を検出するように配置される。光検出器９０８は、ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合フォトダイオード、或いはｎ−ｐ−ｎ又はｐ−ｎ−ｐフォトトランジスタとすることができる。トランスインピーダンス増幅器９１０は、光検出器９０８に電子的に結合され、信号線９２８で変調電気信号を電子デバイス１０２に出力する。
【００１９】
特定の実施形態において、図５Ａ〜図５Ｃに関連して上述された光学素子５０２及び５１４が、レーザアレイ９０２のレーザから出力された光信号を光検出器９０８に送るように構成され得る。他の実施形態において、図６に関連して上述された平凸レンズ６０１〜６０８も、レーザアレイ９０２のレーザにより放出された光信号を、集束要素５０２のプリズム上に、又は集束要素５１４のフレネルリング上に集束するために含められ得る。例えば、図９Ｂは、本発明の実施形態による、集束要素５１４及び平凸リング６０１〜６０８を使用するファンイン光相互接続を示す。
【００２０】
ファンイン光相互接続９００は以下のように動作することができる。アービタにより、スタック１１０の電子デバイスが、変調電気信号を信号線９１６上に出力するように命令される。レーザドライバ９０４は、変調電気信号を受け取り、対応する変調光信号９２６を放出するようにレーザ９１４に指示し、当該変調光信号９２６は、集束要素９０６により光検出器９０８に向け直される。光検出器９０８は、変調光信号９２６を変調電気信号に変換し、当該変調電気信号は、トランスインピーダンス増幅器９１０により増幅されて、信号線９２８で電子デバイス１０２に伝えられる。次いで、この動作は、スタック１１０の異なる電子デバイスについて繰り返され得る。
【００２１】
図１０Ａは、本発明の実施形態に従って構成された第２のファンイン光相互接続カード１０００の略図を示す。光相互接続１０００は、光学素子１００２が光検出器９０８とレーザアレイ９０２との間で基板９１２の表面に配置されていることを除いて、光相互接続９００とほぼ同じである。特定の実施形態において、図８Ａ〜図８Ｃに関連して上述された集束要素８０２、８０４、及び８２１〜８２８は、レーザアレイ９０２のレーザから出力された光信号を光検出器９０８に送るように構成され得る。図１０Ｂ〜図１０Ｄは、本発明の実施形態による、レーザアレイ９０２のレーザから出力された光信号を光検出器９０８に送るために使用される集束要素８０２、８０４、及び８２１〜８２８を示す。
【００２２】
図１１は、本発明の実施形態に従って構成された第３のファンイン光相互接続カード１１００の略図を示す。光相互接続１１００は、回折光学素子３０６が光検出器９０８と集束要素１００２との間で基板９１２の表面に配置されていることを除いて、光相互接続１０００とほぼ同じである。回折光学素子３０６は、光信号を光検出器９０８上に送るために、この実施形態で使用され得る。
【００２３】
図１２Ａは、本発明の実施形態に従って構成された第２のファンアウト光相互接続およびファンイン光相互接続の等角図および配置図を示す。ファンアウト光相互接続１０４は、対応する信号線１２０１〜１２０３で３つの異なる電気信号を受信することができ、且つ列１２０４のような８つの信号線からなる３つの対応する列で電気信号をスタック１１０の各電子デバイスに一斉送信することができる単一のデバイスを用いて実現される。また、ファンイン光相互接続１１２は、列１２０８のような８つの信号線からなる３つの列でスタック１１０の各電子デバイスから電気信号を受け取り、３つの対応する信号線１２０５〜１２０７で電気信号を電子デバイス１０２に伝えることができる単一のデバイスを用いて実現される。
【００２４】
図１２Ｂは、本発明の実施形態による、図１２Ａに示されたファンイン及びファンアウト光相互接続の上面図を示す。図１２Ｂは、ファンアウト及びファンイン光相互接続をスタック１１０の電子デバイスと相互接続する信号線の列が、ファンアウト及びファンイン光相互接続を電子デバイス１０２と相互接続する信号線と実質的に整列されていることを明らかにする。ファンアウト光相互接続１０４は、信号線１２０１〜１２０３で電気信号を受け取り、それに対応して、これら電気信号を信号線の列１２０４、１２１０、及び１２１２に一斉送信する。例えば、ファンアウト光相互接続１０４は、信号線１２０１で電気信号を受け取り、信号線の列１２０４の信号線で電気信号を一斉送信する。ファンイン光相互接続１１２は、信号線の列１２１４、１２１６、及び１２０８のそれぞれの信号線で電気信号を受け取り、それに対応して、信号線１２０５〜１２０７を介して電気信号を電子デバイス１０２に伝えることができる。例えば、ファンイン光相互接続１１２は、信号線の列１２０８の信号線の１つで電気信号を受け取り、信号線１２０７を介して電子デバイス１０２に当該電気信号を伝えることができる。
【００２５】
留意すべきは、本発明のファンアウト及びファンイン光相互接続は、図１２に示された、信号線の３つの列、及び３つの対応する信号線に限定されない。他の実施形態において、ファンアウト及びファンイン光相互接続は、信号線の任意の数の列および対応する信号線で実現され得る。更に、信号線の各列は、スタックの同じ数の電子デバイスに対して電気信号を送受信するのに必要な任意の適切な数の信号線を含むことができる。
【００２６】
図１３は、本発明の実施形態に従って構成された二次元ファンアウト光相互接続１３００の組立分解等角図を示す。光相互接続１３００は、光信号生成システム１３０２、二次元光検出器アレイ１３０４、及び二次元トランスインピーダンス増幅器１３０６を含む。システム１３０２は、ガラス又は別の適切な透明な材料に埋め込まれた光信号生成デバイス１３０８のような４つの光信号生成デバイスを含む。各光信号生成デバイスは、レーザ、レーザドライバ、回折光学素子、及び集束要素を含む。例えば、光信号生成デバイス１３０８は、信号線１３１２を介して電気信号を受け取るレーザドライバ１３１０、レーザドライバ１３１０に電子的に結合されたレーザ１３１４、回折光学素子１３１８、及び集束要素１３２０を含む。光信号生成デバイスのそれぞれは、図４〜図８に示されたファンアウト光相互接続カードに関連して上述されたように、８つの別個でほぼ等しくてほぼ等距離の光信号を生成する。様々な実施形態において、集束要素１３２０〜１３２３は、集束要素５０２、５１４、８０２、８０４、及び８２１〜８２８とすることができる。更に他の実施形態において、集束要素は取り除かれ得る。光検出器アレイ１３０４は、８つの光検出器からなる４つの列１３２１〜１３２４を含む。各列の光検出器は、光信号生成デバイスから放出された光信号の１つを検出するように配置される。光検出器は、ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合フォトダイオード、或いはｎ−ｐ−ｎ又はｐ−ｎ−ｐフォトトランジスタとすることができる。光検出器アレイ１３０４の光検出器はそれぞれ、トランスインピーダンス増幅器１００６に電子的に結合され、当該トランスインピーダンス増幅器は、各光検出器から出力された電気信号を増幅して、信号線の対応する列１３３１〜１３３４に電気信号を印加する。
【００２７】
図１４は、本発明の実施形態に従って構成された二次元ファンイン光相互接続１４００の組立分解等角図を示す。光相互接続１４００は、二次元レーザアレイ１４０２、二次元レーザドライバ１４０４、及びガラス又は別の適切な透明な材料１４１０に埋め込まれた４つの光検出器システム１４０６〜１４０９を含む。４つの光検出器システム１４０６〜１４０９のそれぞれは、集束要素、光検出器、及びトランスインピーダンス増幅器を含む。例えば、光検出器システム１４０６は、集束要素１４１２、光検出器１４１４、及び信号線１４１８に電子的に結合されたトランスインピーダンス増幅器１４１６を含む。様々な実施形態において、集束要素１３２０〜１３２３は、図９〜図１０に関連して上述されたような集束要素５０２、５１４、８０２、８０４、及び８２１〜８２８とすることができ、そのように動作する。光検出器は、ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合フォトダイオード、或いはｎ−ｐ−ｎ又はｐ−ｎ−ｐフォトトランジスタとすることができる。レーザドライバ１４０４は、信号線の列１４２１〜１４２４に電子的に結合される。信号線の列内の各信号線は、スタック１１０の電子デバイスの１つから出力された電気信号を受け取る。例えば、底部の信号線１４２５〜１４２８の全ては、スタック１１０の底部の電子デバイスから電気信号を受け取る。しかしながら、アービタを用いて、列内の１つの信号線だけが一度に電気信号を受け取ることを確実にすることができる。信号線の各列１４２１における信号線は、同様にレーザアレイ１４０２のレーザの列１４３１〜１４３４のレーザに電子的に結合される。例えば、信号線の列１４２１の各信号線は、同様にレーザの列１４３１のレーザに電子的に結合され、レーザの列１４３１のレーザを駆動する電気信号を提供する。レーザの列１４３１〜１４３４のレーザは、レーザアレイ１４０２内に構成されて配置され、対応する集束要素に送られる光信号を放出する。各集束要素は、当該光信号を対応する光検出器に伝達し、次いで光検出器は、トランスインピーダンス増幅器に電子的に結合されることにより増幅される対応する電気信号を生成し、対応する信号線に当該電気信号を出力する。例えば、図１４に示されるように、レーザの列１４３１のレーザは、各レーザが集束要素１４１２に当たる光信号を放出するように、構成されて配置される。集束要素１４１２は、当該光信号を光検出器１４１４に送るように構成され、当該光検出器１４１４は、トランスインピーダンス増幅器により増幅されて信号線１４１８に出力される対応する電気信号を生成する。
【００２８】
説明を目的とした上記の記載は、本発明の完全な理解を提供するために特定の学術用語を使用した。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明を実施するために、特定の細部は必要ない。本発明の特定の実施形態に関する上記の記載は、例示および説明のために提示された。それらは、本発明を網羅的にすること、又は本発明を開示された全く同一の形態に制限することは意図されていない。明らかに、多くの変更形態および変形形態が上記教示に鑑みて可能である。本発明の原理およびその実際的な用途を最も良く説明するために、実施形態が図示されて説明され、それにより当業者が本発明、及び企図された特定の用途に適合するような様々な変更を伴う様々な実施形態を最も良く利用することが可能になる。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物により定義されることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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