(57)【要約】本発明の様々な実施形態は、微小電気機械システム、及び微小電気機械システムを利用するフォトニック相互接続を対象とする。本発明の微小電気機械システムの一実施形態は、レンズ構造要素(1704)及びアクチュエータを含む。レンズ構造要素は、フレキシブルな曲面を有する実質的に透明な膜(1710)、及び膜に流体的に連通するように結合される流体を保持するリザーバ(1708、1710)を含む。アクチュエータシステムは、膜の曲率およびレンズ構造要素の焦点を変更するように流体に圧力を加えるために、リザーバに動作可能に結合される。【選択図】図６
2010532015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械システム（600）であって、
電磁放射線のビームを反射するように構成されたフレキシブルな凹面形の表面を有する膜（602）と、
前記膜から反射された前記電磁放射線のビームを、１つ又は複数の電磁放射線のビームへ分離するように構成された回折格子（606）と、
前記膜に動作可能に結合された膜アクチュエータシステム（604）とを含み、前記膜アクチュエータシステムが、前記膜の曲率を変更して、前記電磁放射線のビームを前記回折格子上に送るように動作可能である、微小電気機械システム（600）。
【請求項２】
前記回折格子に動作可能に結合された回折格子アクチュエータシステム（608）を更に含み、前記回折格子アクチュエータシステムが、前記電磁放射線の１つ又は複数の分離した交互のビームの方向を制御するように前記回折格子の向きを変更するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記回折格子が、
回折要素の１次元アレイを有する表面、
回折要素の２次元アレイを有する表面、及び
回折格子ライトバルブのうちの１つを更に含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記電磁放射線のビームが面発光レーザから放出される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記膜が更に、
凹面形のブラッグミラー、及び
凹面形の鏡面仕上げの膜のうちの１つからなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記膜アクチュエータシステムが更に、
ポンプ（1114）及びリザーバ（1110）であって、前記リザーバ（1110）が流体を保持し、前記膜（602）に流体的に連通するように結合され、前記ポンプが前記流体に圧力を加えて、前記膜の曲率、及び前記電磁放射線のビームの方向を変更する、ポンプ（1114）及びリザーバ（1110）、
ポンプ（1102）及び可撓性部材（1104〜1106）であって、前記可撓性部材（1104〜1106）が前記膜に結合され、前記ポンプが前記可撓性部材に圧力を加えて、前記膜の曲率、及び前記電磁放射線のビームの方向を変更する、ポンプ（1102）及び可撓性部材（1104〜1106）、及び
電圧源（1120）及び電極（1122）であって、前記電極（1122）が前記膜の反射面の反対側の前記膜の面に配置され、前記電圧源が前記電極にバイアスを供給して、静電反発力を生成することにより、前記膜の曲率および前記電磁放射線のビームの方向を変更する、電圧源（1120）及び電極（1122）
のうちの１つからなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
微小電気機械システム（1700）であって、
フレキシブルな曲面を有する実質的に透明な膜（1710）、及び流体を保持し且つ前記膜に流体的に連通するように結合されているリザーバ（1708、1712）を含むレンズ構造要素（1704）と、
前記リザーバに動作可能に結合されたアクチュエータシステムとを含み、前記アクチュエータシステムが、前記膜の曲率および前記レンズ構造要素の焦点を変更するように、前記流体に圧力を加えるように動作可能である、微小電気機械システム（1700）。
【請求項８】
前記透明な膜および前記流体を満たしたリザーバが、双曲線レンズを形成する。
【請求項９】
前記膜アクチュエータシステムが、
前記リザーバに流体的に連通するように結合された滑り弁と、
前記滑り弁に動作可能に結合されたポンプ（1714）とを更に含み、前記ポンプが、前記膜の曲率および前記レンズ構造要素の焦点を変更するために、前記滑り弁に圧力を加えて、その結果として前記流体に圧力を加えるように動作可能である、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記膜アクチュエータシステムに動作可能に結合されたモータ（1718）を更に含み、前記モータが、電磁放射線源に対して前記レンズ構造要素の位置を変更することによりレンズの焦点距離を変更するように動作可能である、請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、微小電気機械システム及びフォトニック相互接続を対象とし、特にデータ符号化電磁放射線を動的に集束させて位置合わせするために微小電気機械システムを利用する、微小電気機械システム及びフォトニック相互接続を対象とする。
【０００２】
背景
分散コンピューティングは、単一のコンピュータタスクが分散コンピューティングプラットフォーム（distributed computing platform:「ＤＣＰ」）のノードで同時に且つ別個に実行され得る多数のコンピュータタスクに分割されるコンピュータ処理方法である。ノードは、サーバ、コンピュータ、メモリ、周辺装置、又は任意の他のデータ処理および／または記憶装置とすることができる。コンピュータは、１つ又は複数のメモリデバイス、及び１つ又は複数のプロセッサを含むことができる。ノード間にデータを分散させるために、ノードは一般に、高速で低い待ち時間の電気相互接続を介してスイッチに相互接続され、当該スイッチを用いてノード間でデータを伝送する。図１は、８ノードＤＣＰ  １００の略図を示す。ＤＣＰ１００はノード１０２〜１０９及びスイッチ１１０を含む。ノード１０２〜１０９は２つの列に配列され、イーサネット（Ｒ）ケーブルのようなデータ伝送ケーブルを介してスイッチ１１０に電子的に相互接続される。ノード１０２〜１０９は、１つ又は複数のラック又はキャビネット（図示せず）に収容され、処理のためにノード１０２〜１０９間にデータのパケットを送出するようにスイッチ１１０を使用することができる。例えば、スイッチ１１０を用いて、ノード１０４により生成されたデータを、更なる処理のためにノード１０３及び１０７に伝えることができる。
【０００３】
一般に、ＤＣＰは、並列処理アプリケーションのための効率的なコンピューティングプラットフォームである。しかしながら、一般的なＤＣＰは非効率的なエネルギー消費装置である。特に、金属ワイヤを使用してノードとノードの構成要素を相互接続することが多く、金属ワイヤを介して電気信号を伝送するために必要なエネルギーの大部分は、熱として放散される。例えば、Ｃｕのワイヤを介して信号を伝送するために必要な電気エネルギーの約８０〜９０％は、熱として放散される。この熱が蓄積するのを防止し、ノードの構成要素、ワイヤ、及び他の電気相互接続に回復困難な損傷をもたらすことを防止するために、ＤＣＰは一般に空調室に配置され、各ノードは、ノードの構成要素および回路基板のワイヤにわたって空気を循環させる１つ又は複数の通風機を含むことができる。しかしながら、ＤＣＰを冷却するためだけに必要なエネルギーが、ＤＣＰを動作させるために必要な全エネルギー量に追加される。ノードとノードの構成要素との間に高帯域幅で高速の相互接続を提供し、且つ使用するエネルギーが少なく、一般的なＤＣＰで使用される従来の電気相互接続よりも発生する熱が少ない相互接続の必要性を、製造業者、設計者、及びＤＣＰのユーザは認識している。
【０００４】
概要
本発明の様々な実施形態は、微小電気機械システム、及び微小電気機械システムを利用するフォトニック相互接続を対象とする。本発明の微小電気機械システムの一実施形態は、レンズ構造要素およびアクチュエータを含む。レンズ構造要素は、フレキシブルな曲面を有する実質的に透明な膜、及び膜に流体的に連通するように結合される流体を保持するリザーバを含む。アクチュエータシステムは、膜の曲率およびレンズ構造要素の焦点を変更するように流体に圧力を加えるために、リザーバに動作可能に結合される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】８ノード分散コンピューティングプラットフォームの略図である。
【図２】本発明の実施形態による、フォトニック相互接続を含む１０ノード分散コンピューティングプラットフォームの略図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による、受信器が、異なる時間に２つの異なるノードにより生成された電磁放射線のデータ搬送ビームを検出するように動作可能である４ノード分散コンピューティングプラットフォームの略図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による、受信器が、異なる時間に２つの異なるノードにより生成された電磁放射線のデータ搬送ビームを検出するように動作可能である４ノード分散コンピューティングプラットフォームの略図である。
【図４】本発明の実施形態による、オンボードのフォトニック通信のためにノードの構成要素に配置されたフォトニック相互接続を有するノードを示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態を表すフォトニック相互接続を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態を表す別の種類のフォトニック相互接続を示す図である。
【図６】本発明の実施形態による、微小電気機械システムの等角図である。
【図７】本発明の実施形態による、図６に示された線７−７に沿った微小電気機械システムの断面図である。
【図８】時間に対するデータ符号化電磁放射線の強度のグラフである。
【図９】回折格子から出力された５つの回折ビームに関する、周期的強度−対−回折角のグラフである。
【図１０Ａ】本発明の実施形態による、図７に示された微小電気機械システムを用いて電磁放射線のデータ搬送ビームの動的な位置合わせと集束を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態による、図７に示された微小電気機械システムを用いて電磁放射線のデータ搬送ビームの動的な位置合わせと集束を示す図である。
【図１１Ａ】本発明の実施形態を表す膜アクチュエータシステムを示す図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態を表す膜アクチュエータシステムを示す図である。
【図１１Ｃ】本発明の実施形態を表す膜アクチュエータシステムを示す図である。
【図１２】本発明の実施形態による、図６に示された回折格子が回転することができる３つの回転軸を示す図である。
【図１３Ａ】本発明の実施形態を表す回折格子の実質的に反復的要素を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の実施形態を表す回折格子の実質的に反復的要素を示す図である。
【図１４Ａ】本発明の実施形態による、図１３に示された、線１４−１４に沿った回折要素の断面図である。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態による、図１３に示された、線１４−１４に沿った回折要素の断面図である。
【図１４Ｃ】本発明の実施形態による、図１３に示された、線１４−１４に沿った回折要素の断面図である。
【図１５】本発明の実施形態による回折格子ライトバルブの等角図である。
【図１６Ａ】本発明の実施形態に従って、反射器および回折格子として回折格子ライトバルブを用いる、図１５に示された線１６−１６に沿った回折格子ライトバルブの断面図である。
【図１６Ｂ】本発明の実施形態に従って、反射器および回折格子として回折格子ライトバルブを用いる、図１５に示された線１６−１６に沿った回折格子ライトバルブの断面図である。
【図１７Ａ】本発明の実施形態によるフォトニック相互接続の微小電気機械システムを示す図である。
【図１７Ｂ】本発明の実施形態によるフォトニック相互接続の微小電気機械システムを示す図である。
【０００６】
詳細な説明
本発明の種々の実施形態は、微小電気機械システム、及び微小電気機械システムを利用するフォトニック相互接続を対象とする。フォトニック相互接続を用いて、ＤＣＰのノード間の特定の電気相互接続を置き換える、及びノードの構成要素間の特定の電気相互接続を置き換えることができる。フォトニック相互接続は、ノードとノードの構成要素との間に、より高い帯域幅でより高速の相互接続を提供することができ、より少ないエネルギーを使用して、従来の電気相互接続よりも発生する熱を少なくすることができる。
【０００７】
プロセッサにより生成された情報、又はノードのメモリから取り出された情報は、「データ搬送ビーム」と呼ばれる電磁放射線のビームに符号化される。本発明のフォトニック相互接続は、微小電気機械システムを利用して、データ搬送ビームをＤＣＰ内の異なるノードに配置された受信機に、又は同じノード内の構成要素に配置された受信機に送る。受信機は、ノードにより処理され得る電気信号または電磁放射線信号へとデータ搬送ビームを変換する光検出器を含む。本発明の微小電気機械システムは、データ搬送ビームを対応する光検出器上に動的に位置合わせして集束する（focus：結像する）ことができる。
【０００８】
図２は、本発明の実施形態によるフォトニック相互接続を含む１０ノードＤＣＰ２００の略図を示す。ＤＣＰ２００は、第１の列２０８に構成されたノード２０２〜２０６、及び第２の列２１６に構成されたノード２１０〜２１４を含む。ノード２０２〜２０６及び２１０〜２１４は、１つ又は複数のラック又はキャビネット（図示せず）に収容され得る。列内の各ノードは、同じ列内の他のノードとフォトニック通信することができ、本発明のフォトニック相互接続の実施形態を介して隣接する列の特定のノードとフォトニック通信することができる。本発明のフォトニック相互接続の実施形態は、第１のノードに配置された微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）及び第２のノードに配置された受信機を含む。例えば、図２に示されるように、ノード２０３は、５つのフォトニック相互接続を介して、第１の列２０８のノード２０２及び２０４〜２０６と、及び第２の列２１６の隣接するノード２１１とフォトニック通信する。５つのフォトニック相互接続は、ノード２０３に配置された５つのＭＥＭＳ２２０〜２２４の全て、並びに第１の列のノード２０２と２０４〜２０６及び第２の列２１６の隣接するノード２１１に配置された５つの対応する受信機２３０〜２３４を含む。ＭＥＭＳ２２０〜２２４の実施形態は、図６〜図１７に関連して以下に詳述される。ノード２０３は、更なる処理のためにノード２０２、２０４〜２０６及び２１１に伝えられるデータ搬送ビーム２４０〜２４４の形態でデータを生成する。ＭＥＭＳ２２０は、ノード２０２の下側に配置された受信機２３０にデータ搬送ビーム２４０を送るように構成され、ＭＥＭＳ２２１は、データ搬送ビーム２４１を受信機２３１に送るように構成される。ノード２０４は、隣接していないノード２０５に配置された受信機２３２へ妨げられずにデータ搬送ビーム２４２をＭＥＭＳ２２２が送ることができるように、開口２５０を含む。ノード２０４は開口２５２を含み、またノード２０５は、隣接していないノード２０６に配置された受信機２３３へ妨げられずにデータ搬送ビーム２４３をＭＥＭＳ２２３が送ることができるように、開口２５３を含む。ＭＥＭＳ２２４は、データ搬送ビーム２４４を受信機２３４に水平方向に送るように構成される。
【０００９】
隣接しないノード間でのデータ搬送ビームの伝送を可能にするために使用される開口のサイズは、データ搬送ビームを生成するノードに接近するほど増大する。例えば、開口２５２は開口２５３より大きい。開口は、円形、楕円形、正方形、長方形、又はノードを貫通するデータ搬送ビームの妨げられない伝送に適した任意の他の形状とすることができる。留意すべきは、ＤＣＰのフォトニック相互接続は、ノード間の電気相互接続の全てを置き換えることはできない。言い換えれば、本発明のフォトニック相互接続は、特定の電気相互接続のみを置き換えるために使用され得る。例えば、図２に示されるように、ＤＣＰ２００は、ノード間の電気相互接続を介して特定のデータ搬送電気信号の伝送を提供するスイッチ（図示せず）も含むことができる。
【００１０】
本発明の他の実施形態において、受信機は、圧電モータのようなモータに電子的に結合されることができ、当該モータは、異なる時間に異なるノードにより生成されるデータ搬送ビームを傍受するように受信機を再位置決めするように動作可能である。図３Ａ〜図３Ｂは、本発明の実施形態に従って、異なる時間に２つの異なるノードにより生成されるデータ搬送ビームを検出するために、受信機が再位置決めされ得る、４ノードＤＣＰ３００の略図を示す。図３Ａに示されるように、ＤＣＰ３００は４つのノード３０２〜３０５の列を含む。ノード３０２はＭＥＭＳ３０６とＭＥＭＳ３１２を含む。ＭＥＭＳ３０６は、ノード３０３に配置された受信機３１０に第１のデータ搬送ビーム３０８を送り、ＭＥＭＳ３１２は、ノード３０５に配置された受信機３１６に第２のデータ搬送ビーム３１４を送る。ノード３０３は、ノード３０４の第１の位置に配置された受信機３２２に第３のデータ搬送ビーム３２０を送るＭＥＭＳ３１８を含む。最初に、図３Ａに示されるように、第２のデータ搬送ビーム３１４が、受信機３１６に達するように、ノード３０３の開口３２４及びノード３０４の開口３２６を妨げられずに通過する。しかしながら、その後、図３Ｂに示されるように、ノード３０３がもはやノード３０４にデータを伝えず、且つノード３０２がノード３０５の代わりにノード３０４にデータを伝える必要がある場合、受信機３２２は、データ搬送ビーム３１４を傍受するように、受信機３２２に動作可能に結合されたモータ（図示せず）を介して、再位置決めされ得る。
【００１１】
本発明の他の実施形態において、本発明のフォトニック相互接続は、電子バスの電気信号線を用いる代わりに、単一のノードの構成要素間で情報を伝送するために使用され得る。図４は、本発明の実施形態に従って、オンボードのフォトニック通信用のノード構成要素に配置されたフォトニック相互接続を有するノード４００を示す。ノード４００は、中央処理装置（「ＣＰＵ」）４０２、第１のメモリデバイス４０４、及び第２のメモリデバイス４０６を含む。ノード４００の他の構成要素は、図面の簡略化のために図示されていない。メモリデバイス４０４と４０６は、当該技術分野で良く知られている、多くの様々なタイプのランダムアクセスメモリデバイスの１つとすることができる。図４に示されているように、ＣＰＵ４０２は、４つのフォトニック相互接続を介して、メモリデバイス４０４及び４０６とフォトニック通信する。第１のフォトニック相互接続はＭＥＭＳ４１０と受信機４２０を含み、第２のフォトニック相互接続はＭＥＭＳ４１１と受信機４２１を含み、第３のフォトニック相互接続はＭＥＭＳ４１２と受信機４２２を含み、及び第４のフォトニック相互接続はＭＥＭＳ４１３と受信機４２３を含む。これら４つのフォトニック相互接続は、電子バスの電気信号線を用いる代わりに、ＣＰＵ４０２と第１のメモリデバイス４２２との間、及びＣＰＵ４０２と第２のメモリデバイス４０６との間でデータ搬送ビームを伝送するために使用される。
【００１２】
以下の説明において、用語「計算手段」は、ノード及びノードの構成要素を意味する。図２〜図４に関連して上述されたように、第１の計算手段から第２の計算手段へデータ搬送ビームを送るために、フォトニック相互接続は、第１の計算手段に配置されたＭＥＭＳ、及び第２の計算手段に配置された受信機を含む。しかしながら、特定の計算手段は、動作中、摂動を与えられる可能性がある。例えば、特定のＤＣＰにおいて、ノードは、動作中に、約１００μｍの振動性の変位を有する可能性がある。これら振動性変位は、時間が経つにつれて、対応する受信機に配置された光検出器との位置合わせの範囲外にデータ搬送ビームを当てる可能性があり、その結果としてノード間のデータの伝送が遮断される可能性がある。本発明の実施形態に従って、フォトニック相互接続は、第１の計算手段から出力されたデータ搬送ビームを第２の計算手段に配置された光検出器上へと動的に位置合わせして集束するシステムを含む。
【００１３】
図５Ａ〜図５Ｂは２種類のフォトニック相互接続を示し、各フォトニック相互接続は本発明の一実施形態を表す。図５Ａにおいて、第１のフォトニック相互接続５００は、ＭＥＭＳ５０２、及び受信機５０４を含む。ＭＥＭＳ５０２は、第１の計算手段５０６に配置されることができ、第１の計算手段５０６に配置され得るシステム制御装置５０８と電気通信する。２つの光検出器５１０と５１２が、ＭＥＭＳ５０２の両側に配置され、システム制御装置５０８とも電気通信する。ＭＥＭＳ５０２は、第１の計算手段５０６から出力されたデータ搬送ビーム５１３、及び２つの位置合わせビーム５１４と５１６を受信機５０４に送る。受信機５０４は、光検出器５１８、及び光検出器５１８の両側に配置された２つの反射器５２０と５２２を含む。光検出器５１８はデータ搬送ビーム５１３を検出し、データ符号化された電磁放射線を、第２の計算手段（図示せず）により処理され得るデータ搬送信号へと変換する。反射器５２０と５２２は、位置合わせビーム５１４と５１６を光検出器５１０と５１２とにそれぞれ反射して戻すように配置される。位置合わせビーム５１４と５１６は、ノードの振動、又は何らかの他の摂動がデータ搬送ビーム５１３を移動して光検出器５１８とずれているか否かを判定するために使用される。位置合わせビーム５１４と５１６の何れか又は双方がそれぞれ、光検出器５１０及び５１２により検出されない場合、システム制御装置５０８は、データ搬送ビーム５１３、及び位置合わせビーム５１４と５１６が光検出器５１８、５１０、及び５１２のそれぞれと位置合わせされた状態へ戻す信号をＭＥＭＳ５０２に送ることにより応答することができる。
【００１４】
図５Ｂにおいて、フォトニック相互接続５５０は、ＭＥＭＳ５５２及び受信機５５４を含む。ＭＥＭＳ５５２は、第１の計算手段５５６に配置され、システム制御装置５５８と電気通信する。図５Ａに関連して上述したような、位置合わせ不良を検出するために２つの光検出器を使用する代わりに、４つの光検出器５６０〜５６３が、ＭＥＭＳ５５２の周りに配置され、システム制御装置５５８とも電気通信する。ＭＥＭＳ５５２は、第１の計算手段５５６から出力されたデータ搬送ビーム５６４、及び４つの位置合わせビーム５６６〜５６９を受信機５５４に送る。受信機５５４は、光検出器５７０、及び光検出器５７０の周りに配置された４つの反射器５７２〜５７５を含む。光検出器５７０は、データ搬送ビーム５６４を検出し、電磁放射線を、第２の計算手段（図示せず）により処理され得るデータ搬送信号へと変換する。反射器５７２〜５７５は、位置合わせビーム５６６〜５６９を光検出器５６０〜５６３にそれぞれ反射して戻すように配置される。１つ又は複数の位置合わせビーム５６６〜５６９がそれぞれ、光検出器５６０〜５６３により検出されない場合、システム制御装置５５８は、データ搬送ビーム５６４、及び位置合わせビーム５６６〜５６９が光検出器５７０、及び５６０〜５６３のそれぞれと位置合わせされた状態へ戻すために、信号をＭＥＭＳ５５２に送ることにより応答する。
【００１５】
図６は、本発明の実施形態によるＭＥＭＳ６００の等角図を示す。ＭＥＭＳ６００は、膜６０２、膜アクチュエータシステム６０４、回折格子６０６、及び回折格子アクチュエータシステム６０８を含む。ＭＥＭＳ６００は、ＤＣＰのノード又はノードの構成要素とすることができる計算手段６１０により支持される。ＭＥＭＳ６００は、図５に関連して上述されたように、異なる計算手段（図示せず）に配置された受信機（図示せず）の光検出器上へ、計算手段６１０から出力されたデータ搬送ビームを位置合わせして集束するようにＭＥＭＳ６００を管理するシステム制御装置に電子的に結合され得る。
【００１６】
図７は、本発明の実施形態に従って、図６に示された線７−７に沿ったＭＥＭＳ６００の断面図を示す。膜６０２は、フレキシブルな凹面形の表面を有し、当該表面は、膜６０２の曲率を変更するように動作可能である膜アクチュエータシステム６０４に動作可能に結合される。本発明の膜アクチュエータシステム６０４の実施形態は、図１１に関連して後述される。膜６０２は、供給源７０２から放出された電磁放射線を反射する銀めっきされた表面を有するか、又は膜６０２の表面は、供給源７０２から放出された、特定の波長の電磁放射線を遮り、他の波長の電磁放射線を反射するブラッグ反射器として構成され得る。供給源７０２は、レーザダイオード又は面発光レーザとすることができる。フレキシブルで凹面形の鏡面仕上げの膜、及びブラッグ反射器として動作する膜は、当該技術分野で良く知られている。回折格子６０６は、回折格子６０６の回折および／または向きの量を変更することができる回折格子アクチュエータシステム６０８に動作可能に結合される。本発明の回折格子アクチュエータシステム６０８の動作および回折格子６０６の実施形態は、図１２〜図１６に関連して後述される。膜アクチュエータシステム６０４、回折格子アクチュエータシステム６０８、及び供給源７０２は、これら装置の動作を制御するシステム制御装置７０６に電子的に結合される。
【００１７】
本発明の特定の実施形態において、供給源７０２は、計算手段６１０により生成されるデータを符号化している電磁放射線のビーム７０４を放出することができる。本発明の他の実施形態において、供給源７０２は、実質的に連続した強度を有する電磁放射線のビームを放出することができる。回折格子６０６は、回折格子６０６の回折または向き（配向）を変更することによりビーム７０４にデータを符号化するように、システム制御装置７０６の制御下で回折格子アクチュエータシステム６０８により調整され得る。ビーム７０４において集束またはデータを符号化するために回折格子６０６を調整することは、図１２〜図１６に関連して後述される。
【００１８】
図８は、時間に対するデータ符号化電磁放射線の強度のグラフ例である。図８において、水平軸８０２は時間を表し、垂直軸８０４は強度を表す。方形波８０６は、二値データ列「１０１０１」に対応する、電磁放射線のビームの強度変化を表す。相対的に高い強度の領域８０８〜８１０は、二進数の「１」を表し、相対的に低い強度の領域８１１と８１２は二進数「０」を表す。方形波８０６は、本発明の実施形態に従って、ＭＥＭＳにより放出されたデータ搬送ビームを表す。
【００１９】
図７を参照すると、膜アクチュエータシステム６０４は、ビーム７０４が膜６０２の表面から回折格子６０６の方へ反射されるように、膜６０２の曲率を制御する。回折格子６０６は、ビーム７０４を多数の周期的な回折ビームへと分離するように構成され、当該回折ビームのそれぞれは、計算手段６１０の表面にほぼ垂直なベクトル７０８に対して異なる角度で回折格子６０６から放出される。ベクトル７１０〜７１４は、回折格子６０６により生成された電磁放射線の５つの分離した周期的な回折ビームの方向を表す。ビーム７１０は、ベクトル７０８に実質的に平行に送られるビーム７０４の一部に対応する。また、ビーム７１０は、図２〜図５に関連して上述されたデータ搬送ビームにも対応する。ビーム７１１及び７１２は、ベクトル７０８に対する角度αをなして送られるビーム７０４の一部であり、ビーム７１３及び７１４は、ベクトル７０８に対する比較的大きい回折角βをなして送られるビーム７０４の一部である。ベクトル７０８は、別の計算手段に配置された光検出器に向けられると想定されるか、又は別の計算手段に配置された光検出器にデータ搬送ビームを送るミラーに向けられ得る。
【００２０】
図９は、回折ビーム７１０〜７１４に関する、周期的強度−対−回折角のグラフである。横軸９０２は回折角の軸であり、縦軸９０４は強度軸である。強度のピーク９１０〜９１４は、低い強度の領域により分離される。最も高い強度のピーク９１０は、データ搬送ビーム７１０に対応し、比較的低い強度のピーク９１１〜９１４はビーム７１１〜７１４に対応し、それらビーム７１１〜７１４は、図１０に関連して後述されるように、データ搬送ビーム７１０を動的に位置合わせして集束するために使用され得る。
【００２１】
図７に示されるように、２つ以上のビーム７１１〜７１４は、ＭＥＭＳ６００の両側に配置される光検出器７１６と７１８に戻るように反射される位置合わせビームとして使用され得る。光検出器７１６と７１８はそれぞれ、受信機（図示せず）に配置された反射器に対して位置決めされ、反射された位置合わせビーム７２０と７２２を検出する。また、光検出器７１６と７１８は、光検出器７１６と７１８における検出事象に基づいて、供給源７０２、膜アクチュエータシステム６０４、及び回折格子アクチュエータシステム６０８の動作を協調させるシステム制御装置７０６とも電気通信する。
【００２２】
本発明の実施形態は、異なる計算手段に配置された光検出器上へのデータ搬送ビームの動的な位置合わせと集束を含む。動的な位置合わせと集束は、データ伝送が始まる直前に実施され得るか、又は振動のような摂動に起因したデータ伝送の障害を低減する目的でデータ伝送中に周期的に実施され得る。例えば、システム制御装置７０６は、反射された位置合わせビーム７２０と７２２が光検出器７１６と７１８により同時に検出されない場合に、データ搬送ビーム７１０が光検出器と位置合わせされていないことを認識するように構成され得る。次いで、システム制御装置７０６は、データ搬送ビーム７１０を動的に位置合わせして集束するために、データ伝送を中断して、非データ符号化ビーム７０４を放出するように供給源７０２に命じることができる。本発明の一実施形態において、動的な位置合わせと集束は、以下のように達成され得る。図１０Ａに示されるように、システム制御装置７０６は、ビーム７０４を放出するように供給源７０２に命じる。ＭＥＭＳ６００は、その後、回折角θだけベクトル７０８とそろえられていないデータ搬送ビーム７１０、及び受信機（図示せず）に配置された反射器と位置合わせされていない位置合わせビーム７１１〜７１４を生成する。この結果、計算手段６１０に戻るように送られる反射位置合わせビーム７２０と７２２は、光検出器７１６と７１８に一致しない。次に、図１０Ｂに示されるように、システム制御装置７０６が位置合わせビーム７２０と７２２の一方または双方の検出を示す信号を受信しないので、システム制御装置７０６は、それに対応して、方向矢印１００２、１００４、及び１００６により示されるように、膜６０２の曲率を変化させ、且つ回折格子６０６の向きを変化させるように、膜アクチュエータシステム６０４及び回折格子アクチュエータシステム６０８に命令し、その結果、データ搬送ビーム７１０がベクトル７０８とそろえられる。
【００２３】
多数の様々な膜アクチュエータシステムを用いて、膜６０２の曲率を動的に変更することができる。図１１Ａ〜図１１Ｃは、３つの異なる膜アクチュエータシステムを示し、それらの各々は、本発明の一実施形態を表す。図１１Ａにおいて、膜６０２は、当該技術分野で良く知られている可撓性部材のような、偏倚要素またはスプリング要素１１０４〜１１０６を介してアクチュエータ１１０２に結合される。アクチュエータ１１０２は、偏倚要素１１０４〜１１０６に力を加える、又は偏倚要素１１０４〜１１０６に対する力を低減することにより、膜６０２の曲率を制御し、その結果として、より大きな曲率１１０８のような異なる曲率へと膜６０２が押したり引いたりされる。図１１Ｂにおいて、膜６０２は、第１のリザーバ１１１０を満たす流体に流体的に連通するように結合される。図１１Ｂに示されるように、第１のリザーバ１１１０は、ポンプ１１１４に流体的に連通するように結合される同じ流体を保持する第２のリザーバ１１１２に流体的に連通するように結合される。ポンプ１１１４は、第２のリザーバ１１１２内の流体に圧力を加える圧電ポンプとすることができ、その結果として、より大きな曲率の形状１１１６のような異なる形状に膜６０２が押したり引いたりされる。図１１Ｃにおいて、膜６０２は、膜６０２の非反射表面に、及びチャンバ１１２４の対向する表面に配置された電極１１２２のような、電極を介して電圧源１１２０に電気結合される。電圧源１１２０は、対向する電極間に静電反発力または静電引力を生成する電圧を供給し、それにより膜６０２が、より大きな曲率の形状１１２６のような異なる曲率を有する異なる形状へと押したり引いたりされる。本発明の他の実施形態において、電圧源１１２０は、対向する電極間に静磁反発力または静磁引力を生成する電圧を供給する。
【００２４】
回折格子６０６は、回折格子６０６の上面、底面、及び側面に沿って配置されたトーションバネ又はトーションバーのような、トーション支持体を用いて回折格子アクチュエータ構造６０８に結合され得る。装置に取り付けられるトーション支持体は、当該技術分野で良く知られている。電極が回折格子６０６と回折格子アクチュエータシステム６０８の対向する表面に配置されることができ、その結果、適切な電圧が電極に印加される場合、静電または静磁反発力または引力を用いて、回折格子アクチュエータシステム６０８の固定位置に対して、回折格子６０６の向きを変更することができる。図１２は、本発明の実施形態に従って、回折格子６０６が回転することができる３つの異なる回転軸１２０２〜１２０４を示す。例えば、回折格子６０６の下側部分に静電反発力が加えられることにより、回折格子６０６は軸１２０４を中心にして回転し、回折格子６０６の下側の左側部分に静電反発力が加えられることにより、回折格子６０６は軸１２０３を中心にして回転し、回折格子６０６の右側部分に静電反発力が加えられることにより、回折格子６０６は軸１２０２を中心にして回転する。
【００２５】
多数の様々な種類の回折要素を用いて、当該技術分野で良く知られている回折格子６０６を形成することができる。回折格子６０６に選択される回折要素のサイズ、構成、及びタイプは、必要とされる位置合わせビームの数と構成に依存し、且つ供給源から放出される電磁放射線の波長に依存する。波長、及び回折格子から放出される回折ビームの数に基づいて回折要素のサイズ、構成、及びタイプを選択する方法は、当該技術分野で良く知られている。図１３Ａは、本発明の実施形態に従って、実質的に周期的に間隔を置いて配置された線形回折要素の交互パターンを示す。図１３Ｂは、本発明の実施形態に従って、実質的に規則通りに間隔を置いて配置された長方形回折要素の格子を示す。図１４〜図１４Ｃは、本発明の実施形態に従って、図１３に示された線１４−１４に沿った異なる種類の回折要素の３つの断面図を示す。図１４Ａは、長方形形状の回折要素の断面図を示す。図１４Ｂは、回折要素間に間隔を形成する丸い溝の断面図を示す。図１４Ｃは、ブレーズド回折要素の断面図を示す。
【００２６】
図１５は、本発明の実施形態による回折格子ライトバルブ１５００の等角図を示す。回折格子ライトバルブ（Grating light valve：「ＧＬＶ」）１５００は、回折格子６０６として使用され得るマイクロメカニカル位相格子である。ＧＬＶ１５００は、基板１５０２，下側電極１５０４、及びリボン１５０６のような１０個のリボンを含む。リボンが乱されない場合、エアギャップ１５０８がリボンと電極１５０４との間に存在する。電圧源１５１０が一つ置きのリボン１５１２〜１５１６に、及び下側電極１５０４に結合される。本発明の特定の実施形態において、基板１５０２は、タングステンの上側層とシリコンの下側層との間に挟まれた酸化物の中間層から構成され得る。リボンは、窒化物または別の適切な材料の下側層上に堆積された、アルミニウムのような反射上側層から構成され得る。アルミニウム層は、反射表面として機能する。回折格子ライトバルブに関する一般的な説明については、D.M. Bloom著、「The Grating Light Valve: revolutionizing display technology」  Proc. SPIE Vol. 3013、165-171頁、Projection Display III、1997年５月、Ming H. Wu; Edを参照されたい。本発明の他の実施形態において、リボンの幅と数は、供給源７０２により放出される電磁放射線の波長に依存して、且つ必要とされる位置合わせビームの数に依存して、変更され得る。
【００２７】
ＧＬＶ１５００は、一つ置きのリボン１５１２〜１５１６及び電極１５０４に適切な電圧を印加することにより生成される静電力を用いて一つ置きのリボン１５１２〜１５１６を引き下ろすことによって、回折格子６０６として動作され得る。図１６Ａ〜図１６Ｂは、本発明の実施形態に従って、反射器および回折格子としてＧＬＶ１５００を用いる、図１５に示された線１６−１６に沿ったＧＬＶ１５００の断面図を示す。図１６Ａにおいて、電圧が一つ置きのリボン１５１２〜１５１６及び電極１５０４に印加されていない場合、当該リボンは本来の「上」位置にある。この本来の「上」位置はリボン材料の引張応力により維持される。リボンの全てが同じ平面に位置する場合、入射電磁放射線１６０２はリボンの外面から反射される（１６０４）。しかしながら、図１６Ｂに示されるように、適切な電圧が一つ置きのリボン１５１２〜１５１６及び電極１５０４に印加される場合、静電力が一つ置きのリボン１５１２〜１５１６を電極１５０４の方へ引き下げて、回折格子６０６を形成する。電磁放射線１６０６の入射ビームは回折されて、電磁放射線の分離した周期的な回折ビーム１６０８及び１６１０を生成する。本発明の特定の実施形態において、適切な電圧を「ＯＮ」及び「ＯＦＦ」に迅速に切り替えることにより、ＧＬＶ１５００は、図７に関連して上述されたように、実質的に連続する強度を有する電磁放射線にデータを符号化するために使用され得る。
【００２８】
図１７Ａは、本発明の実施形態による、フォトニック相互接続のＭＥＭＳ１７００の一部の等角図を示す。図１７Ａにおいて、ＭＥＭＳ１７００は、ノード１７０２の一部の上に浮いている。ＭＥＭＳ１７００は、図１７Ｂに関連して以下で詳述されるレンズ構造要素１７０４を含み、当該レンズ構造要素は、ノード１７０２の供給源１７０６から放出されたビームを集束する。供給源１７０６はレーザダイオード又は面発光レーザビームとすることができる。ＭＥＭＳ１７００は、ＭＥＭＳ１７００の位置を水平方向に調整し、且つレンズ構造要素１７０４から放出されたデータ搬送ビームを第２のノード（図示せず）に配置された光検出器上に送るように動作可能なモータ（図示せず）に取り付けられる。
【００２９】
図１７Ｂは、本発明の実施形態に従って、図１７Ａに示された線１７Ｂ−１７Ｂに沿ったＭＥＭＳ１７００及びノード１７０２の断面図を示す。レンズ構造要素１７０４は、膜１７１０に流体的に連通するように結合される流体を保持する第１のリザーバ１７０８を含む。流体は、透明な液体とすることができ、膜１７１０は、シリコン、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、又は何らかの他の適切なフレキシブルな透明材料のような、薄くて透明でフレキシブルな材料とすることができる。第１のリザーバ１７０８は、ポンプ１７１４に動作可能に結合された第２のリザーバ１７１２に流体的に連通するように結合される。システム制御装置１７１６は、供給源１７０６から放出されてレンズ構造要素１７０４を介して送られるデータ搬送ビームを第２のノードに配置された光検出器（図示せず）上に動的に位置合わせして集束するように、モータ１７１８及びポンプ１７１４に電子的に結合される。モータ１７１８は、ＭＥＭＳ１７００を水平方向に再位置決めして、データ搬送ビームを光検出器と位置合わせするように動作可能である。ポンプ１７１４は第２のリザーバ１７１２に圧力を加えるか又は当該リザーバに対する圧力を低減し、その結果としてリザーバ１７０８の流体に圧力を加えるか又は当該流体に対する圧力を低減して、膜１７１０の曲率を変更し、データ搬送ビームを光検出器上へ集束する。ポンプ１７１４は圧電ポンプとすることができる。
【００３０】
上記の説明は、説明の目的で、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、特定の細部は必要とされない。本発明の特定の実施形態に関する上記の説明は、例示および説明のために提供されている。当該説明は、本発明を網羅的にする又は全く同一の開示された形態に本発明を制限することは意図されていない。言うまでもなく、多くの修正形態および変更形態が上記の教示に鑑みて可能である。本発明の原理およびその実際の用途を最も良く説明し、それにより当業者が、本発明および特定の企図された用途に適するように様々な修正と共に種々の実施形態を最も良く利用することを可能にするために、実施形態は図示されて説明された。本発明の範囲は、添付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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【国際調査報告】
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