(57)【要約】【課題】ポイントツーポイント通信のための光学エンジンを提供する。【解決手段】第１の演算装置２１０と第２の演算装置２２０との間でポイントツーポイント光通信リンクを提供するための光学エンジン１００。光学エンジン１００は、基板１０６上に形成され、基板の平面に対して平行に進む光信号を生成するように構成される、変調されたハイブリッドマイクロリングレーザー１２０を備える。光学エンジンは、これもまた基板の平面に対して平行な平面に形成される導波路１３０であって、光信号を変調リングレーザーから規定の領域１０８へ導くように構成される、導波路と規定の領域における導波路結合器１４０であって、光信号をマルチコア光ファイバー１５０に結合するように構成される、導波路結合器と規定の領域におけるマルチコア光ファイバーであって、光信号を受信して第２の演算装置に移送するように構成される、マルチコア光ファイバーとをさらに備える。【選択図】図６ｂ
2011520152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の演算装置（２１０、３０６）と第２の演算装置（２２０、３０８）との間でポイントツーポイント通信を提供するための光学エンジン（１００、３００）であって、
基板上の、前記第１の演算装置（２１０、３０６）に結合される、変調されたリングレーザー（１２０、３２０）であって、前記基板の平面に対して平行に進む光信号を生成するように構成される、変調されたリングレーザーと、
前記基板の前記平面に対して平行な平面に形成される導波路（１３０、３３０）であって、前記光信号を前記変調されたリングレーザーから規定の領域（１０８、３１８）へ導くように構成される、導波路と、
前記規定の領域（１０８、３１８）における導波路結合器（１４０、３４０）であって、前記光信号を光ファイバー（１５４、３５４）に結合するように構成される、導波路結合器と、
前記規定の領域（１０８、３１８）における光ファイバー（１５４、３５４）であって、前記光信号を受信して前記第２の演算装置（２２０、３０８）に移送するように構成される、光ファイバーと
を備える光学エンジン。
【請求項２】
前記導波路結合器は、前記基板の前記平面に対して面外に前記光信号を結合するように構成される格子パッド結合器である
請求項１に記載の光学エンジン。
【請求項３】
前記光ファイバーは、前記基板の前記平面に対して面外に配向されたフォトニック結晶ファイバーの光コアである
請求項２に記載の光学エンジン。
【請求項４】
前記導波路結合器は、前記光信号を前記基板の前記平面に対して平行に結合するように構成される導路波テーパーである
請求項１に記載の光学エンジン。
【請求項５】
前記光ファイバーは、前記基板の前記平面に対して平行に配向された光ファイバーリボンの部材である
請求項４に記載の光学エンジン。
【請求項６】
第１の演算装置（２１０）と第２の演算装置（２２０）との間でポイントツーポイント通信を送信するための光学エンジン（１００）であって、
第１の基板（１０６）上の、前記第１の演算装置（２１０）に結合される、変調されたリングレーザー（１２０）であって、前記第１の基板の平面に対して平行に進む光信号（１２）を生成するように構成される、変調されたリングレーザーと、
前記第１の基板（１０６）の前記平面に対して平行な平面に形成される出力導波路（１３０）であって、前記光信号（１２）を前記変調されたリングレーザーから第１の中央ロケーション（１０８）へ導くように構成される、出力導波路と、
前記第１の中央ロケーションにおける送信導波路結合器（１４０）であって、前記光信号（１２）を前記第１の基板（１０６）の前記平面に対して面外に曲げるように構成される、送信導波路結合器と、
前記中央ロケーション（１０８）におけるマルチコア光ファイバー（１５０）であって、前記光信号（１４）を受信して前記第２の演算装置（２１０）へ移送するように構成される、マルチコア光ファイバーと
を備える光学エンジン。
【請求項７】
前記送信導波路結合器は、前記光信号を、前記第１の基板に対して３０度より大きな角度で面外に曲げるように構成される
請求項６に記載の光学エンジン。
【請求項８】
前記送信導波路結合器は格子結合パッドである
請求項６に記載の光学エンジン。
【請求項９】
前記マルチコア光ファイバーは、前記第１の基板に前記第１の中央ロケーションにおいて物理的に結合される
請求項６に記載の光学エンジン。
【請求項１０】
第２の基板上の、前記第２の演算装置に結合される光検出器であって、前記マルチコア光ファイバーからの前記光信号を、第２の中央ロケーションにおいて受信するように構成される、光検出器をさらに備える
請求項６に記載の光学エンジン。
【請求項１１】
前記光検出器は前記第２の中央ロケーションに配置される
請求項１０に記載の光学エンジン。
【請求項１２】
前記第２の中央ロケーションにおける受信導波路結合器であって、前記マルチコア光ファイバーからの前記光信号を、前記第２の基板の前記平面に対して平行な平面に結合する、受信導波路結合器と、
前記第２の基板の前記平面に形成される入力導波路であって、前記光信号を前記受信導波路結合器から前記光検出器へ導く、入力導波路と
をさらに備える請求項１０に記載の光学エンジン。
【請求項１３】
前記受信導波路結合器は格子結合パッドである
請求項１２に記載の光学エンジン。
【請求項１４】
第１の演算装置（２１０）と第２の演算装置（２２０）との間でポイントツーポイント通信を提供する方法であって、
前記第１の演算装置（２１０）に結合された基板（２４０、２６０）上に形成されたリングレーザー（１３０）を変調することであって、前記基板の前記平面に対して平行に進む光信号（１２）を生成する、変調することと、
前記光信号（１２）を、前記基板の前記平面に対して平行な平面に形成された光導波路（１３０）において、前記リングレーザーから導波路結合器（１４０）へ導くことと、
前記導波路結合器（１４０）において、前記基板（１０６）の前記平面に対して平行に進む前記光信号（１２）を、前記基板の前記平面に対して面外に進むように曲げることと、
前記光信号（１４）を、マルチコア光ファイバー（１５０）に結合することであって、前記マルチコア光ファイバーは、前記光信号（１４）を前記第２の演算装置（２２０）へ送信するように構成される、結合することと
を含む方法。
【請求項１５】
第１の演算装置（３０６）と第２の演算装置（３０８）との間でポイントツーポイント通信を提供する方法であって、
前記第１の演算装置（３０６）に結合された基板（３００）上に形成されたリングレーザー（３２０）を変調することであって、前記基板の前記平面に対して平行に進む光信号を生成する、変調することと、
前記光信号を、前記基板（３００）の前記平面に対して平行な平面に形成された光導波路（３３０）において、前記リングレーザー（３２０）から前記基板の端に隣接して配置された導路波テーパー（３４０）へ導くことと、
前記光信号を、前記導路波テーパー（３４０）を通じて光ファイバーリボン（３５０）に結合することであって、前記光ファイバーリボンは、前記光信号を前記第２の演算装置（３０８）へ送信するように構成される、結合することと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポイントツーポイント通信のための光学エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピューター性能は、コンピュータープロセッサーが迅速にかつ効率よくオフチップメモリにアクセスするか又は他の周辺装置と通信する能力によってますます制限されつつある。
この制限は、部分的に、規定のサイズ及び表面積のコネクタに収まることができる電気ピンの数の内在的な物理制限に起因する。
そして、この制限は最大電気的帯域幅を確定する。
電気ピン密度の飽和状態は、結果としてプロセッサー又はチップの「ピン配列ボトルネック」となる。
これは、チップパッケージの電気的帯域幅が性能限定要因となる状況を表している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、ポイントツーポイント通信のための光学エンジンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一形態は、第１の演算装置（２１０、３０６）と第２の演算装置（２２０、３０８）との間でポイントツーポイント通信を提供するための光学エンジン（１００、３００）であって、基板上の、前記第１の演算装置（２１０、３０６）に結合される、変調されたリングレーザー（１２０、３２０）であって、前記基板の平面に対して平行に進む光信号を生成するように構成される、変調されたリングレーザーと、前記基板の前記平面に対して平行な平面に形成される導波路（１３０、３３０）であって、前記光信号を前記変調されたリングレーザーから規定の領域（１０８、３１８）へ導くように構成される、導波路と、前記規定の領域（１０８、３１８）における導波路結合器（１４０、３４０）であって、前記光信号を光ファイバー（１５４、３５４）に結合するように構成される、導波路結合器と、前記規定の領域（１０８、３１８）における光ファイバー（１５４、３５４）であって、前記光信号を受信して前記第２の演算装置（２２０、３０８）に移送するように構成される、光ファイバーと、を備える、光学エンジンを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の例示的な一実施形態による送信基本ユニットの図である。
【図２】本発明の例示的な一実施形態による受信基本ユニットの図である。
【図３】本発明の例示的な一実施形態による光学エンジンの図である。
【図４】本発明の別の例示的な一実施形態による光学エンジンの図である。
【図５】本発明の例示的な一実施形態による光学エンジン及びマルチコア光ファイバーの図である。
【図６ａ】本発明の例示的な一実施形態による、第１のチップの上に形成される光学エンジンと、第２のチップの上に形成される光学エンジンとの間のポイントツーポイント光通信リンクの図である。
【図６ｂ】本発明の例示的な一実施形態による、第１の演算装置に接合される光学エンジンチップと、第２の演算装置に接合される光学エンジンチップとの間のポイントツーポイント光通信リンクの図である。
【図７】本発明の別の例示的な実施形態による光学エンジンの図である。
【図８】本発明の別の例示的な実施形態による、第１の演算装置に接合される光学エンジンチップと、第２の演算装置に接合される光学エンジンチップとの間のポイントツーポイント光通信リンクの図である。
【図９】本発明の例示的な一実施形態による、第１の演算装置と第２の演算装置との間のポイントツーポイント通信を送信するための方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の別の例示的な実施形態による、第１の演算装置と第２の演算装置との間のポイントツーポイント通信を提供するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。
添付の図面は本発明の一部を形成すると共に、本発明を実行することができる例示的な実施形態を示す。
これらの例示的な実施形態を、例示として、当業者が本発明を実行するのに十分詳細に説明するが、他の実施形態も実現可能であり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を本発明に加えることができることを理解されたい。
したがって、以下の本発明の実施形態のより詳細な説明は、特許請求される本発明の範囲を限定することを意図しておらず、本発明の特徴及び特性を説明する共に、当業者が本発明を実行することを十分可能にするために、例示の目的のみで提示される。
したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。
本発明の以下の詳細な説明及び例示的な実施形態は、添付の図面を参照することによって最も良好に理解される。
添付の図面において、本発明の要素及び特徴は全体を通じて数字で示される。
【０００７】
図１〜図１２には、２つのコンピューターチップのような、２つの演算装置間のポイントツーポイント通信リンクのための光学エンジンのための、本発明の様々な例示的な実施形態が示されている。
オフチップメモリに迅速にアクセスすることができないか、又は他の周辺装置と迅速に通信することができないことに起因する、コンピューター性能におけるボトルネックの増大を、光学エンジンを使用して克服することができる。
制限は、部分的に、規定のサイズ及び表面積のコネクタに収まることができる電気ピンの数の内在的な物理制限に起因する。
そして、この制限は通信のための最大帯域幅を確定する。
このため、本発明に関する１つの例示的な用途は、マイクロプロセッサと別個のメモリチップ又は装置との間の、チップ間光通信又はポイントツーポイント光通信を確立することであり得る。
【０００８】
光学エンジンは、削減された製造コストで大幅に改善された性能を提供する構成要素を組み合わせたものである。
以下でより詳細に説明するように、光学エンジンは、共振器において光信号を生成する１つ又は複数のハイブリッドエバネセントマイクロリングレーザーと、光学エンジンチップ又は基板の平面に平行な平面において形成された導波路とを備えることができる。
導波路を使用して、光信号を、第２の演算装置への移送用のマルチコア光ファイバーに結合するための規定のロケーション又は領域（たとえばチップの中央又はチップ端）に搬送することができる。
規定の領域がチップの中央に向いている場合、光信号を、格子結合パッドを有する基板の平面に対して面外に曲げて、該基板の平面に対して面外に配向されたマルチコア光ファイバーの光コアに結合することができる。
規定の領域がチップの端にある場合、光信号を導路波テーパーを用いて集め、導波路に位置合わせされると共に基板の平面に平行に配向されたマルチコア光ファイバーリボンのコアに結合することができる。
【０００９】
第２の演算装置からブロードキャストされる光信号を受信するためのフォトニック検出器を含むことができる。
フォトニック光信号検出器、すなわちフォト検出器は、通常、光信号生成器（すなわちレーザー、ＬＥＤ等）よりも複雑でないため、フォト検出器は、規定の領域に配置されて、マルチコア光ファイバーを通じて進む入力信号を直接受信してもよく、又はマイクロリングレーザーのように、チップの表面にわたって分散され、同様に、格子結合パッド若しくはテーパー型導波路を有するマルチコア光ファイバーに結合することができる。
【００１０】
本発明の光学エンジンは、今日のコンピューター設計者が直面する、チップあたり数千個の電気ピンという概算の上限に起因する「ピン配列ボトルネック」を解消するのに役立つことができる。
これらの電気ピンのうちのいくつかは、ＣＰＵ対メモリトラフィック、又はポイントツーポイントリンクに適している場合がある他の二次通信に使用される。
２つの演算装置間の直接光接続を提供すると共に、ＣＰＵ対メモリ通信又は二次通信の負荷を別個のマルチチャネルのポイントツーポイント光リンクにして軽減することによって、多数の入出力ピンが電気バス内の他の使用に再配置することができ、結果として他の内部コンピューター動作に利用可能な帯域幅が大幅に増加する。
【００１１】
本発明は、従来技術に勝るさらなる利点を提供する。
これは、従来からの配線型コネクタ、及び光ファイバー通信技術におけるより最近の開発の双方を含むことができる。
１つの恩恵は、製造コストが低下することである。
これは、マイクロリングレーザー、フォト検出器、導波路、及び光結合器を含む、光学エンジンの各構成要素を、ＶＬＳＩ（超大規模集積回路）製作技術のような、コスト効率のよい、大量製作プロセスを使用して製造することができるためである。
別の利点は、取り付けられた演算装置によって最大１ＧＨｚ以上の周波数で直接変調することができるマイクロリングレーザーを使用することによって帯域幅が大幅に増大されることである。
それに関連した改善点は、従来の垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）及び発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用する従来の発光システムと比較して、マイクロリングレーザーの電力消費が比較的低いことである。
【００１２】
従来技術に勝る本発明の１つの明確な利点は、マイクロリングレーザー及び／又はフォト検出器を、光学エンジンチップの表面にわたって分散させると共に、光信号を導波路を介して規定の領域へ、及び規定の領域から導くことが可能であることであり、該規定の領域において、多数の光信号を集めて、フォトニック結晶ファイバー、又は光ファイバーリボンのような単一のマルチコア光ファイバーに結合するように構成可能な小さな占有面積になるように束ねることができる。
ＶＣＳＥＬでは、ＶＣＳＥＬの配向及び比較的大きなサイズによって、マルチコア光ファイバーの占有面積内に収めることができる光信号の数が厳しく制限されるため、上記を行うことはできない。
さらに、ＶＣＳＥＬはシリコン内に直接集積することができないため、ＶＣＳＥＬ技術に基づく光学エンジンは、シリコンベースのフォト検出器と直接組み合わせることができない。
したがって、従来の光学系では、到来信号を受信し二重通信リンクを完結するには、検出器を有する別個のチップが必要となる場合がある。
対照的に、本発明の各構成要素は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を使用して製作することができ、送信マイクロリングレーザー、受信フォト検出器、及びそれらの関連付けられる構成要素を同じチップ内に集積することが可能になる。
【００１３】
本発明は、コンピューター設計者及び技術者にとって魅力的であり得るさらなる恩恵を提供する。
例えば、２つの演算装置間の全てのポイントツーポイントトラフィックは、フォトニック結晶ファイバー又は光ファイバーリボンのようなマルチコア光ファイバーによって扱うことができ、これを能動的に又は受動的に光結合器に位置合わせすることができ、実証済みの接着剤及び接着方法を試用して光学エンジン上の規定の領域に取り付けることができる。
さらに、本発明は、光学エンジンを演算装置内に直接集積するか、又はその後の演算装置へのウェハー実装のために該エンジンを別個のチップ上に製作するという利便性及び柔軟性を提供する。
【００１４】
上記で挙げた利点及び改善点のそれぞれは、添付の図面を参照して下記で示す詳細な説明を考慮すれば明らかとなろう。
これらの利点は、いかなる形でも限定的であることを意図していない。
実際、当業者であれば、本発明を実行する際、本明細書に特に挙げた恩恵及び利点以外に、他の恩恵及び利点を実現することができることを理解するであろう。
【００１５】
図１に示すのは、本発明の例示的な一実施形態による送信基本ユニット１０である。
送信基本ユニット１０を使用して、第１の演算装置（図示せず）によって変調された光信号を生成し、該光信号を、第２の演算装置への移送用のマルチコア光ファイバーに結合することができる。
送信基本ユニットは、マイクロリングレーザー２０と、光導波路３０と、面外光結合器４０とを備えることができる。
それらは共に、第１の演算装置から第２の演算装置への単一の変調された光信号又は光ビーム１２（例えば赤外線ビーム）を、生成し、移送し、結合するように機能することができる。
複数の送信基本ユニット１０を光学エンジンの表面にわたって分散させて、大きな帯域幅を有するマルチチャネル光路を作成すると共に、２つの演算装置間の高速で大容量の通信を可能にすることができる。
【００１６】
送信基本ユニット内の構成要素のそれぞれは、シリコンベースのチップ基板２の上に形成された１つ又は複数の基礎を成す基層（複数可）４上に、既知の大容量（例えばＶＬＳＩ）製作技術を使用して製作することができる。
送信基本ユニットの構成要素は、図１において、基層（複数可）４及び基板２の上に重なる単一の光学エンジン層６に形成されるものとして示されているが、当業者であれば、様々な基本ユニット構成要素、特にマイクロリングレーザー２０を、異なる材料から形成される様々な副層から構築することができることを理解することができる。
例えば、ハイブリッドマイクロリングレーザーは、下部クラッド、マイクロリング共振器及び導波路、ＩｎＰ電荷注入層、電極等を作成するのに使用される７つ以上の異なる層から製作することができる。
【００１７】
さらに、送信基本ユニットの構成要素は、図示されるように光学エンジン層６内に埋め込むこともできるし、又は層の上部に拡張し、空間若しくは透明な保護被覆に取り囲まれるように形成することもできることが理解され得る。
光学エンジンと該光学エンジンの駆動演算装置との間の電気的接続は、基礎を成す基層（複数可）４内に提供することができる。
【００１８】
光ビーム１２を生成するマイクロリングレーザー２０は、取り付けられた演算装置によって、最大１ＧＨｚ以上のスピードで直接変調される、低電力の、電気的に励起された（pumped）ハイブリッドＩｌｌ−Ｖシリコンレーザーとすることができる。
直接変調によって、従来の光学系に見られる電気−光変調器の必要性がなくなる。
リング共振器２２の直径が５μｍと小さいため、マイクロリングレーザーは、既存のエバネセント共振レーストラックレーザーよりも数桁小さくすることができる。
この小型なサイズ、及び補助要素の低減によって、多数のレーザーを、単一のチップ上に、従来技術の方法よりも小さな空間を占めるように統合することができ、一方で同時に、改善された配置及び編成を提供することができる。
【００１９】
本発明の柔軟性の別の態様は、ハイブリッドマイクロリングレーザーが、シングルモード動作及びマルチモード動作の双方に関して構成可能であることである。
例示的な一実施形態では、例えば、本発明の光学エンジンを、１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍの波長を中心としたシングルモード動作に関して構成することができる。
【００２０】
マイクロリングレーザー２０の動作及び機能は、該マイクロリングレーザー２０のシングルモード動作及びマルチモード動作の双方に関する構成可能性を含めて、２００８年５月６日に出願され、「System and Method For Micro-ring laser」と題する、共同所有された同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０８１／６２７９１号に、より詳細に示されている。
該特許出願は、参照によりその全体が本明細書に援用される。
【００２１】
図１に示す実施形態では、変調されたマイクロリングレーザー２０は、変調された光ビーム又は出力光信号１２をシリコン光導波路３０内に発する。
導波路３０は、ハイブリッドマイクロリングレーザーの一体化した部分として開始し、光信号１２を面外又は送信光導波路結合器４０に搬送する。
単一のチップ上に複数の送信基本ユニット１０を形成することができるため、マイクロリングレーザーと導波路結合器との間の距離は比較的短く、約１００μｍ以下であり、これは光信号が固体シリコン導波路を通じて進むときの該光信号の損失又は減衰を最小にするのに役立つ。
例示的な一実施形態では、導波路３０は、約０．５μｍ×０．５μｍの寸法の正方形又は長方形の断面積を有することができる。
【００２２】
面外送信光結合器４０を使用して、出力光信号を、基礎を成す基板２の平面に対して面外に曲げることができる。
銀めっきされたミラー、ビームスプリッター、光格子パッド等のような様々なタイプの光結合装置を使用して光ビームを面外に曲げることができる。
例示的な一実施形態では、光信号を、基板の平面に対して実質的に垂直に、すなわち９０度に曲げることができるが、マルチコア光ファイバーに結合するために、光ビームの方向を約３０度以上の角度に変えることも、本発明の範囲内に入るものとして検討することができることを理解されたい。
【００２３】
出力光信号１２を、基板の平面に対して面外に結合するための、１つの低コストであるが非常に効率的な装置は、格子パッド結合器４２とすることができる。
格子パッド結合器は、通常、光導波路３０の拡張部分又はパッド４４を備えることができる。
該拡張部分又はパッド４４は、同じ材料又は異なる材料から作製することができ、導波路と一体的に、又は導波路とは別個に形成することができる。
パッド４４は、その厚みよりもはるかに大きな幅を有することができる。
スロット４６の格子パターンは、結合格子パッドの上面内にエッチングされるか又は他の方法で形成されることができ、格子結合器の本体内に下方に延在する。
格子結合器は、光回折の原理に基づいて動作することができ、パッド材料を通じて進む際にスロットに接触する光信号が、いくつかの成分に分割される。
該成分は、送信成分、反射成分、及び面外成分を含む。
正確に寸法合わせされ、格子パッドの上面に沿って離間された複数のスロットを使用することによって、光ビームの大部分の方向を変えて、導波路の平面に対して面外に進む送信光信号１４にすることができる。
【００２４】
光信号１２を基板２の平面に対して面外に曲げる際の格子結合器の効率は、光ビームの波長に対する、格子スロットの寸法及び間隔の制御を通じて最適化することができる。
このため、格子結合器は、マイクロリングレーザーが発するレーザー光の中心波長に関して調整又は最適化することができる。
これは２つの装置を共に接続する導波路も同様に行うことができる。
送信基本ユニット全体を、マイクロリングレーザーによって生成される光の波長、上述した１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍの波長等に調整することによって、同時に、基本ユニットの出力を最大にしながら、各構成要素を通じて移動する光信号の損失を最小にすることができ、結果として、電力要件が低減された光学エンジンとなる。
【００２５】
図２に示すのは、本発明の例示的な一実施形態による受信基本ユニット６０である。
受信基本ユニットは、送信基本ユニットと同様に編成され、受信面外光結合器７０と、光学装置へとつながっている導波路８０とを有する。
しかし、一方で受信ユニットのケースでは、受信光信号１８は反対方向に（すなわち面外光結合器から光学装置へ）進み、光学装置は、マイクロリングレーザーではなく、フォトニック光信号検出器、又はフォト検出器９０である。
【００２６】
受信光結合器７０を使用して、基板２の平面に対して面外を進む到来光ビーム又は入力光信号１６を曲げて、導波路８０を通じて基板２の平面に平行に移動する受信光信号１８にすることができる。
受信光結合器７０は、送信光結合器と実質的に同一とすることができ、銀めっきされたミラー、ビームスプリッター、光格子パッド等を含む様々なタイプの光結合装置をさらに備えることができる。
【００２７】
図２に示す例示的な実施形態では、受信光結合器７０は、送信基本ユニットにおいて使用された格子パッド結合器と実質的に同一の格子パッド結合器７２とすることができる。
この理由は２つであり得る。
一方は、格子結合器が、双方向に進む光を曲げるのに等しく効率的であり得るためである。
他方は、以下でより詳細に説明されるように、光の特定の波長に最適化された同一の光学エンジンを、多くの場合に対で使用することができるためである。
このとき、一方のエンジンの受信部は、他方の送信部によって生成された光ビームを受信し移送するように調整されている。
結果として、受信基本ユニット６０上の格子結合器７２は、同じ光の波長に最適化された送信基本ユニットを起点として生成され送信された入力信号１６を受信するように構成することができる。
このケースでは、双方の格子結合器を実質的に同一とすることができる。
【００２８】
入力光信号１６が捕捉され、格子結合器７２によって受信基本ユニットに結合されると、受信光信号１８を導波路８０に沿ってフォト検出器９０に移送することができる。
フォト検出器は、ゲルマニウム又はＩＩＩ−Ｖ材料から成る層、ｐ−ｉ−ｎ又はショットキーダイオード、フォトトランジスタ等のような様々なタイプの光検出装置を含むことができる。
一方で、例示的な一実施形態では、フォト検出器を、マイクロリングレーザーと同じフォト検出器同じＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から作製し、光学エンジンの製作を容易にすることができる。
そして、さらに別の例示的な実施形態では、フォト検出器及びマイクロリングレーザーはほぼ同じ光学エバネセント原理に基づいて動作することができ、主な違いは、マイクロリングレーザーと比較して、フォト検出器が、光子を生成するのではなく収集するように逆バイアスされていることである。
【００２９】
図３に示すのは、光学エンジンの例示的な一実施形態１００である。
この実施形態では、複数の双方の送信基本ユニット１１０及び受信基本ユニット１６０が単一のチップ１０６上に組み合わせられて、光学装置間の全二重動作を可能にしている。
図３に示すように、それぞれが別個のマイクロリングレーザー１２０、導波路１３０、及び送信格子結合器１４０をさらに備える、複数の５つの送信基本ユニット１１０を、マイクロリングレーザーが周辺部に向って分散され、かつ格子結合器が中央ロケーション又は規定の領域１０８内に集められるようにチップ上に編成することができる。
同様に、それぞれが受信格子結合器１７０、導波路１８０、及びフォト検出器１９０をさらに備える、複数の５つの受信基本ユニット１６０を、フォト検出器が周辺部に向って分散され、かつ受信格子結合器１７０が、送信格子結合器１４０に隣接した、同じ中央の規定の領域１０８内に集められるようにチップ上に編成することができる。
【００３０】
図３は、チップ又は基板１０６の平面に平行な平面上で動作する送信基本ユニット１１０及び受信基本ユニット１６０によって提供される利点を示している。
この「水平」配向によって、レーザー自体を規定の領域１０８に配置するという従来技術の制限がなくなり、多数のマイクロリングレーザー１２０及びフォト検出器１９０を光学エンジン基板１０６の表面にわたって分散しながら、比較的狭い導波路１３０、１８０を使用して、光信号を、規定のロケーションに集められた格子結合器１４０、１７０に効率的にルーティング又は方向付けすることが可能になる。
図３は、１０個の格子結合器が規定のロケーションに形成された例示的な一実施形態を示すが、小さな占有面積の格子結合器１４０、１７０及び狭い幅のシリコン導波路１３０、１８０によって、規定の領域を、少なくとも３０個以上の光チャネルのために構成することを可能にすることができることを理解されたい。
【００３１】
図４に示すのは、光学エンジンの代替的な実施形態１０２である。
この実施形態では、フォト検出器自体は規定の領域に配置され、マルチコア光ファイバーを通じて進む入力信号を直接受信することができる。
フォト検出器は通常、光信号生成器（すなわち、レーザー、ＬＥＤ等）よりも複雑でないため、基板１０６の平面に平行に、又は該平面に対して面外に光信号を受信するように構成することができる。
前の実施形態における受信基本ユニットを、単にフォト検出器１９０自体に置き換えることができ、これを通常受信格子結合器と概ね同じ位置にある規定の領域１０８内に配置することができる。
この実施形態によって、光学エンジンチップの製作を単純にすると共にコストを削減することができ、チップの表面積のより多くを送信基本ユニットの設置に当てることを可能にすることができる。
【００３２】
図４に示すような、中央ロケーション又は規定の領域１０８内の送信格子結合器１４０及びフォト検出器１９０の位置決めは、単に典型であり、図示される並んだ構成に限定されない。
当業者であれば、送信基本ユニット１１０及びフォト検出器１９０を、様々な構成で規定の領域１０８内及び光学エンジンチップ１０６の表面にわたって再位置決め及び混合し、構成要素の分散、マルチコア光ファイバーへの見通し線、及び基礎を成す基層（複数可）内に形成される電気経路を最適化することができることを理解されたい。
【００３３】
図５は、本発明の例示的な一実施形態による、光学エンジン１００、及び、フォトニック結晶ファイバーのような、シングルモード又はマルチモードのマルチコア光ファイバー１５０の図である。
マルチコア光ファイバーは、該マルチコア光ファイバーの全長にわたって延びる複数の光コア１５４を取り囲む外層又はシース１５２を含むことができる。
コアは、固体、ガス、液体、又は空洞から形成される実質的に透過的な材料を含むことができ、これによって光信号がコアを通じて伝播することが可能になる。
さらに、コア１５４は、均一な断面積を有することができ、ファイバー１５０の全長に沿って、互いからの均一な間隔を有することができる。
マルチコア光ファイバーの光コアは、マイクロリングレーザーによって生成される光信号との互換性を有することができ、このためシングルモード動作又はマルチモード動作のために構成可能とすることができることをさらに理解されたい。
【００３４】
マルチコア光ファイバー１５０は、光学エンジンチップ１０６の中央ロケーション又は規定の領域１０８に結合するための近位端１５６と、第２の演算装置（図示せず）に関連付けられる光学エンジンの規定の領域に結合するための遠位端１５８とを有することができる。
近位端１５６は、光コア１５４が規定の領域内に配置された面外光結合器１４０、１７０と位置合わせされるように、光学エンジンチップ１０６の規定の領域１０８に結合することができる。
ファイバー１５０の近位端１５６を、適切な接着剤、取り付け方法、又は取り付け構造を用いて、光学エンジンチップ１０６の上面に取り付けることもできる。
【００３５】
光コア１５４と面外光結合器１４０、１７０との位置合わせは、受動的な方法又は自己位置合わせ方法、及び、フォトニック結晶ファイバーのようなマルチコア光ファイバー１５０がチップに結合されるときに、該ファイバーの中を通る１つ又は複数の光信号の強度をモニタリングする能動的な方法を通じて達成することができる。
マルチコア光ファイバーを光学エンジンに位置合わせ及び結合するための様々な態様及び方法に関するさらなる詳細は、２００８年１月１０日に出願され、「Method for Connecting Multicore Fibers to Optical Devices」と題する、共同所有された同時係属中の米国仮特許出願第６１／０２０３７２号に、詳細に示されている。
該特許出願は、参照によりその全体が本明細書に援用される。
【００３６】
図６ａに示すのは、中央処理ユニット２１０及び別個のメモリチップ２２０のような第１の演算装置及び第２の演算装置内に直接集積される光学エンジン間のポイントツーポイント光通信リンク２００である。
この例示的な実施形態では、光学エンジン２４０を、製作中に、演算装置２１０、２２０の回路内に直接集積し、次に該光学エンジン２４０を、双方の光学エンジンの規定の領域に結合及び位置合わせされるマルチコア光ファイバー２５０と接続することができる。
【００３７】
図６ｂは、本発明の別の態様をさらに示している。
該態様では、別個の光学エンジンチップ２６０が、２つの隣接する演算装置２１０、２２０にウェハー実装され、次にポイントツーポイント光通信リンク２０２を作成するためにマルチコア光ファイバー２５０とリンクされた。
光学エンジンを別個のチップ２６０上に形成し、それらを後に演算装置に取り付けることによって、チップを製作する際に使用される製造プロセスに対するより優れた制御、及び製作コストの低減における規模の経済性を提供することができる。
別個の光学エンジンチップ２６０は、光学エンジンが実装される演算装置から実質的に独立した通信プロトコルの作成を可能にすることもできる。
【００３８】
図７及び図８は共に、第１の演算装置３０６及び第２の演算装置３０８にウェハー実装することができる光学エンジンチップ３００間に作成されるポイントツーポイント光リンク３０２の別の例示的な実施形態を示している。
この実施形態では、光学エンジンチップ３００内に形成される送信基本ユニット３１０及び受信基本ユニット３６０の双方を、前の実施形態において説明したようにチップの中央に向ってではなく、チップ端３１４に向って配向することができる。
送信基本ユニット３１０において、マイクロリングレーザー３２０において出力光信号を生成し、該出力光信号を、チップ又は基板の端３１４の周囲に編成された規定の領域３１８に向って出力導波路３３０内で移送し、導波路３３０に位置合わせされると共に基板の平面に対して平行に配向されることができる光ファイバーリボン３５０に結合することができる。
一方、光信号は、端に到達する前に、該光信号のモードを、光ファイバーリボンを形成する個々の光ファイバー３５４の基本モードに変換する導路波テーパー３４０内に渡されることができる。
【００３９】
光ファイバーリボン３５０は、出力信号を、別の演算装置３０８（図８を参照されたい）上に実装された同様の光学エンジンチップ３００の受信部に搬送することができる。
そして、第２の光学エンジンチップ上のマイクロリングレーザーは、相互二重形式で、入力信号を光ファイバーリボン３５０を通じて第１の演算装置３０６上に実装された光学エンジンチップに返送することができる。
該光学エンジンチップは、導路波テーパー３７０（図７を参照されたい）を通じて入力導波路３８０内に入力信号を受信し、該入力導波路３８０は該入力信号を受信フォト検出器３９０に搬送することができる。
【００４０】
図９は、例示的な一実施形態による、第１の演算装置と第２の演算装置との間でポイントツーポイント通信を送信するための方法４００を説明するフローチャートである。
本方法は、第１の演算装置の基板上に形成されたリングレーザーを変調して（４１０）、基板の平面に対して平行に進む光信号を生成する動作と、ここでもまた基板の平面に対して平行な平面に形成された光導波路において、光信号をリングレーザーから送信導波路結合器へ導く（４２０）動作とを含む。
本方法は、送信導波路結合器において、基板の平面に対して平行に進む光信号を、該基板の平面に対して面外に進むように曲げる（４３０）ステップと、光信号をマルチコア光ファイバーに結合する（４４０）ステップをさらに含む。
ここで、マルチコア光ファイバーは、光信号を第２の演算装置に送信するように構成される。
【００４１】
図１０に示すのは、第１の演算装置と第２の演算装置との間でポイントツーポイント通信を送信するためのさらに別の方法４５０のフローチャートである。
本方法は、第１の演算装置の基板上に形成されたリングレーザーを変調して（４６０）基板の平面に対して平行に進む光信号を生成する動作と、ここでもまた基板の平面に対して平行な平面に形成された光導波路において、光信号を、リングレーザーから、基板の端に隣接して配置された導波路テーパーへ光信号を導く（４７０）動作と、光信号を導路波テーパーを通じて光ファイバーリボンに結合する（４８０）動作とを含む。
ここで、光ファイバーリボンは、光信号を第２の演算装置に送信するように構成される。
【００４２】
上記の詳細な説明は、特定の例示的な実施形態を参照して本発明を説明している。
しかしながら、添付の特許請求の範囲に示されている本発明の範囲から逸脱することなく、様々変更及び変形を行うことができることが理解されよう。
詳細な説明及び添付の図面は、制限的なものではなく、単に説明的なものであるとみなされるべきであり、全てのそのような変更又は変形は、存在する場合、本明細書に説明されると共に示された本発明の範囲内に入ることを意図される。
【００４３】
より詳細には、本明細書において、本発明を説明する例示的な実施形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、上記の詳細な説明に基づいて当業者が理解するであろう変更形態、省略、（たとえば様々な実施形態にまたがる態様の）組み合わせ、適合形態、及び／又は代替形態を有する任意の全ての実施形態を含む。
特許請求の範囲における限定は、該特許請求の範囲において用いられる言語に基づいて広義に解釈されるべきであり、上記の詳細な説明において又は出願のプロセキューション中に説明される例に限定されない。
それらの例は、非排他的であると解釈されるべきである。
例えば、本開示において、用語「好ましくは」は非排他的であり、「好ましいが限定されない」を意味することが意図される。
任意の方法クレーム又はプロセスクレームにおいて挙げられるいかなるステップも、任意の順序で実行することができ、特許請求の範囲において例示される順序には限定されない。
【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５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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