(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の光ファイバーのアレイと、
前記両アレイと光学的にアライメントされた楕円面反射器と、
前記楕円面反射器に光学的にアライメントされ、前記第１の光ファイバーのアレイからの光ビームを前記第２の光ファイバーのアレイに向かって反射させる分散素子と、
前記両アレイの１つに光学的に結合する光トランシーバと
を備え、
前記分散素子は、前記第１の光ファイバーのアレイからの異なる波長の複数の光ビームを前記第２の光ファイバーのアレイの１つの光ファイバー上へと選択的に偏向するように光学的に位置合わせされ、
前記第１及び第２の光ファイバーアレイの端部はそれぞれ前記楕円面反射器の第１及び第２の焦点に光学的に位置するようアライメントされることを特徴とする光直列リンク。
【請求項２】
前記楕円面反射器と前記分散素子とを一体として支持する支持体を含むことを特徴とする請求項１に記載の光直列リンク。
【請求項３】
前記支持体が前記楕円面反射器及び前記分散素子を光学的に結合する光学ブロックを含むことを特徴とする請求項２に記載の光直列リンク。
【請求項４】
前記光学ブロックが透明な固体の材料のブロックであることを特徴とする請求項３に記載の光直列リンク。
【請求項５】
前記第２のアレイ内の出力ファイバーを前記支持体に固定する固定システムを含むことを特徴とする請求項４に記載の光直列リンク。
【請求項６】
前記固定システムが前記光ファイバーのアレイの端部を焦点に対して位置合わせするように配置されることを特徴とする請求項５に記載の光直列リンク。
【請求項７】
前記分散素子が複数のミラーを含むマイクロ電気機械構造体であることを特徴とする請求項１に記載の光直列リンク。
【請求項８】
前記光ビームが前記マイクロ電気機械構造体によって少なくとも２つの異なる焦点に選択的に向けられることを特徴とする請求項７に記載の光直列リンク。
【請求項９】
前記マイクロ電気機械構造体が傾斜角度を選択的に制御することができる複数のミラーを含むことを特徴とする請求項８に記載の光直列リンク。
【請求項１０】
電気信号を受信するステップと、
前記電気信号を光ビームに変換するステップと、
楕円面反射器において前記光ビームを反射するステップと、
前記楕円面反射器からの前記光ビームを光ファイバーアレイに向けて反射するステップと
を含み、
前記楕円面反射器からの前記光ビームを反射するステップが複数のミラーを含むマイクロ電気機械構造体を用いて前記光ビームを前記光ファイバーアレイの１つの光ファイバーへと選択的に反射するステップを含み、
前記光ビームは前記楕円面反射器の第１の焦点から前記楕円面反射器へ放射され、
前記光ファイバーアレイの端部は前記楕円面反射器の第２の焦点に光学的に位置していることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記楕円面反射器からの前記光ビームを少なくとも２つの光ファイバーのいずれかに向けて選択的に反射するステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
端部を有する前記光ファイバーを固定するステップ及び前記端部を前記焦点において固定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記光ファイバーをＶ字形の溝内に固定するステップと、前記光ファイバーを前記Ｖ字形の溝内に留めるステップと
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記楕円面反射器からの前記光ビームを複数の光ファイバーに選択的に反射するステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記光ファイバーアレイの端部を前記焦点に位置合わせするステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ホストチャネルアダプタと、
目標チャネルアダプタと、
反射形波長カプラを含み、前記アダプタを結合する直列リンクと
前記ホストチャネルアダプタ又は前記目標チャネルアダプタへの複数の出力チャネルにそれぞれ対応する複数の光ファイバーからなる光ファイバーアレイと
を備え、
前記カプラが楕円面反射器と光ビームを複数の出力チャネルの１つのチャネルに対応する光ファイバーの端部に選択的に収束させるマイクロ電気機械構造体とを含み、前記ホストチャネルアダプタ又は前記目標チャネルアダプタの1つからの光ビームを前記楕円面反射器の第１の焦点で射出し、前記楕円面反射器が、前記光ビームを前記楕円面反射器の第２の焦点に向かって反射し、前記第２の焦点に前記光ファイバーアレイの端部を位置させることを特徴とする光学システム。
【請求項１７】
コントローラを備え、前記構造体が複数のミラーを備え、
前記コントローラが前記マイクロ電気機械構造体の前記ミラーの方向を前記ビームのそれぞれに対して出力チャネルを選択するように制御することを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項１８】
前記直列リンクが前記反射形波長カプラに結合された光送信機と光受信機とを備えることを特徴とする請求項１６に記載の光学システム。
【請求項１９】
前記送信機及び前記受光器が同じモジュール内に一体化されることを特徴とする請求項１８に記載の光学システム。
【請求項２０】
前記光受信機が光信号を電気信号に変換する電気インターフェースに結合されることを特徴とする請求項１９に記載の光学システム。
【請求項２１】
前記電気インターフェースがプロセッサベースのシステムに接続されることを特徴とする請求項２０に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［背景］
本発明は、概して、２つ以上の端末間のデータを交換する光直列リンクに関する。
【０００２】
インフィニバンド仕様（Infini-Band Specification）には、リンクの動作を記述し、インフィニバンドの組織体に取り付けられた装置のリンクレベルの動作を規定するリンク仕様が含まれる。Infini-Band Trade Association, 5440 Southwest Westgate Drive, Suite 217, Portland, Oregon 97221 (Rev. 0.9, 2000)から入手可能なインフィニバンド仕様を参照のこと。インフィニバンドのアーキテクチャは、ホストチャネルアダプタ（ＨＣＡ）から外部世界へのインターフェースを提供するものである。例えば、ＨＣＡは、一例として、インターネットのサーバ機能を提供する、組織体サービス（fabric service）と１つ以上の中央演算処理装置との間の通信を行うことができる。複数の入出力ポートにスイッチを介してＨＣＡをリンクすることができる。一般に、ＨＣＡは極めて高いデータ転送速度を有するリンクに対応する。
【０００３】
インフィニバンドのリンクは、スイッチング組織体（switching fabric）内の２つの接点間の双方向通信の経路である。従来は、リンクは銅ケーブルから形成される。短距離の銅による相互接続のビットレートは毎秒２．５ギガビットである。
【０００４】
銅リンクの１つの制約は、その帯域幅が別のリンクとうまく調整しないことである。銅線上の電気的相互接続は、極めて高いデータ転送速度における電磁的な干渉を軽減する上で手強い挑戦にも直面している。このことは、電磁波障害の増大による安全性の問題も提起している。
【０００５】
このため、光直列リンクを極めて高いデータ転送速度で実現するためのより優れた技術に対する要望がある。
【０００６】
［詳細な説明］
図１を参照すると、サーバ又は他のプロセッサベースの装置１００は、ホストバス１１４に接続された一対の中央演算処理装置１１２を含む。このホストバス１１４は、つぎに、メモリコントローラ１１６に接続される。このメモリコントローラは、システムメモリ１１８に対する読取り及び書込みのアクセスを制御する。複数の入出力装置（図示せず）が、入出力コントローラ１３０に接続される。これらのコントローラ１３０は、組織体サービス部（fabric service）１２６を介してスイッチ１２４に接続される。組織体サービス部１２６は、目標チャネルアダプタ（target channel adapter）（ＴＣＡ）１２８及びリンク１２２を含む。このため、データ又は命令が、ホストチャネルアダプタ（host channel adapter）（ＨＣＡ）１２０と各種の入出力装置との間で、Ｉ／Ｏコントローラ１３０、ＴＣＡ１２８、リンク１２２及びスイッチ１２４を介して出入りする。
【０００７】
アプリケーションによっては、データ転送速度が秒当たり２．５ギガビットを超えることがある。スイッチ１２４、リンク１２２及びＨＣＡ１２０は、光直列リンクを用いて実現することができる。インフィニバンド仕様の実施形態を説明するが、本発明は一般に光リンクに適用することができる。
【０００８】
図２を参照する。光インターフェース１３４及び電気ユニット１３２は、本発明の１つの実施形態では、ＨＣＡ１２０、リンク１２２、及びスイッチ１２４の機能を果たすことができる。このため、ファイバケーブル１３６を使用して、ＨＣＡをＩ／Ｏコントローラ１３０と図示していないＩ／Ｏ装置とに接続する１つ以上のＴＣＡ１２８にリンクすることができる。
【０００９】
光インターフェース１３４は、ファイバケーブル１３６内に含まれる複数の光ファイバに直接接続する反射形波長カプラ（reflective wavelength coupler）１４２を含む。この反射形波長カプラ１４２は、光信号をファイバ１３６に送信し、信号をファイバケーブル１３６から受信することができる。到来する信号は光受信機１４８に転送され、出ていく信号は光送信機１４６で受信される。この光送信機１４６は、例えば、垂直キャビティ面放射レーザ（vertical cavity surface emitting laser）（ＶＣＳＥＬ）又はエッジ放射レーザダイオードの二つの例とすることができる。
【００１０】
送信機１４６及び受信機１４８は一体に集積することができる。そのような場合には、光受信機１４８は、逆バイアスＰＮ接合ダイオード、ＰＩＮダイオード、ＰＮＰトランジスタ、又は金属−半導体−金属（ＭＳＭ）検出器などの光検出器を含む。受信機１４８及び送信機１４６のモノリシック集積化は、ＩＩＩ族〜Ｖ族の材料を用いて行うことができる。
【００１１】
光インターフェース１３４の光トランシーバ１４４は、電気ユニット１３２と通信する。この電気ユニット１３２は、レーザドライバ１３８を用いて光送信機１４６を付勢する。ユニット１３２はまた、光信号を電気インターフェース１４０内で受信し、それらを電気信号の適切な形式に変換する。ＨＣＡ１２０からのデータ入力及び出力信号は、電気インターフェース１４０で受信される。場合によっては、信号は図１に示したメモリコントローラ１１６に直接送られる。
【００１２】
ファイバアレイ２８及び６０は、楕円面反射器２２を含む反射器システム１４２と一体化又はそれと一体的に接続される。ファイバアレイ２８又は６０の１つで受光された各特定波長の光ビームは、楕円面反射器２２によって反射される。楕円面反射器２２の焦点Ｓ１〜Ｓ８で受光された光ビームは、対応するすなわち共役の焦点Ｓ９〜Ｓ１６に向かって反射される、又は逆の場合も同様である。無論、光ビームの数及び楕円面反射器２２の詳細な向きには、相当な多様性がある。本発明は楕円面反射器２２の特定の向き又は特定数の波長を使用することには限定されない。
【００１３】
従来の幾何学的配置によれば、楕円面反射器２２の焦点から生じるどのような光ビームも、その光ビームの向きや方向にかかわらず、楕円面反射器２２の共役焦点に向かって反射される。このため、一対一の結像及び結合が、焦点Ｓ１〜Ｓ８の１つの組を通る光ビームを生じるシステム１４２と共役焦点Ｓ９〜Ｓ１６に向かって方向付けられる光との間に作られる。
【００１４】
反射形位相グレーティング、薄膜誘電体グレーティング、プリズム又はマイクロ電気機械構造体（ＭＥＭＳ）などの分散素子５２によって、複数の焦点Ｓ１〜Ｓ１６が生成される。この分散素子５２は、反射器２２とファイバアレイ２８との間に光学的に配置される。
【００１５】
アレイ２８又は６０内のファイバ上の波長が異なるそれぞれの光ビームは、反射器２２によって第１の複数の焦点Ｓ１〜Ｓ８から第２の複数の共役焦点Ｓ９〜Ｓ１６に向かって反射される、又は逆の場合も同様である。しかしながら、第２の組の共役焦点に到達する前に、光ビームは分散素子５２によって、アレイ２８又は６０内の光ファイバーの端部に対応する共通の焦点に向かって反射される。
【００１６】
アレイ２８又は６０を含むケーブル１３６は、２つの実施例として、分散シフトファイバ（dispersion shifted fiber）（ＤＳＦ）又は分散補償ファイバ（dispersion compensated fiber）（ＤＣＦ）で構成することができる。ＤＳＦ及びＤＣＦのファイバは両方共、減衰が少ない高いデータ転送速度に対応することができる。どちらの種類のファイバも、組織体スイッチ１２４又は受動のスター型ネットワークに使用することができる。データは第１の波長で送信され、第２の波長で受信される。ファイバから受信チャネル及び光送信機１４６への後方反射による送信データのクロスカプリングを避けるために、角度研磨ファイバ（angle polished fiber）（ＡＰＣ）を使用する。本発明の１つの実施形態では、８゜の研磨角度が適当である。
【００１７】
光学ブロック２５は、ほぼ透明な材料のブロックを含む。楕円面反射器２２は、所定の位置すなわちブロック２５内の位置に配置される。ブロック２５は、例えば、ホウケイ酸塩から作ることができる。次に、分散素子５２を、本発明の１つの実施形態によれば、光学ブロック２５の端部上にパターン化するか又はＭＥＭＳ５２を使用する。
【００１８】
ブロック２５の厚さ、分散素子５２のグレーティングのパラメータ及び楕円面反射器２２の楕円率は、波長及び波長間隔によって決定される。光線追跡及び周知のグレーティング方程式の定式化を使用して、これらの素子を位置決めする。光学ブロック２５をアレイ２８及び６０に整列させることは、アレイ２８及び６０、光学ブロック２５及びアレイ２８又は６０内の光ファイバー用の支持体３０上の基準マークを使用することによって容易に行なうことができる。
【００１９】
光学ブロック２５は、楕円面反射器２２及びアレイ２８又は６０内の光ファイバー用の固定システム２６を保持する。図５に示すように、固定システム２６は、１つの実施例としてクランプすることができる一対の固定装置３２によって支持体３６に留められた上板３０を含む。各固定装置３２は上板３０と係合し、それを下方に引いて、光ファイバー２８又は６０を上板３０と支持体３６との間のＶ字形の溝３４内に挟む。
【００２０】
Ｖ字形の溝３４は、支持体３６の表面にエッチングで作ることができる。支持体３６は、実施例として、シリコン又は熱可塑性プラスチック材料から作ることができる。アレイ２８又は６０内の各ファイバのｘ及びｙの整列は、各ファイバ２８をＶ字形の溝３４上に配置することによって制御することができる。Ｖ字形の溝３４は、分散素子２４に対して共役焦点Ｓ１〜Ｓ１６と整列する中心に配置される。Ｖ字形の溝３４の高さは、結合すべき各アレイ２８又は６０内の光ファイバーの直径と両立できる。
【００２１】
光学ブロック２５は、各アレイ２８及び６０内のファイバの正確な位置決めを提供する。さらに、反射器２２は、反射器２２の主軸がレーザ光の入力と一致し、短軸が焦点の中間点に垂直になるように、光学ブロック２５によって保持さる。光学ブロック２５は、いくつかの実施形態では、一対の嵌め合い相欠き部（mating halves）を含むことができる。光学ブロック２５は、光ファイバーの端部を正確に位置決めするための停止点すなわち終点を含むこともできる。
【００２２】
楕円面反射器２２は、光学ブロック２５の一方の側に配置された反射性の楕円体又は円錐部分とすることができる。反射器２２は、接着剤を用いて光学ブロック２５に固定される。楕円面反射器２２は、大量に作るために、ダイヤモンド回転原盤（diamond turned master）の複製によって又は射出成形によって製造することができる。例えば、アルミニウム、銀又は金のコーディングを反射器２２に加えて、高反射面を作ることができる。図１では楕円面反射器２２の位置決めが固定して示されているが、分散素子５２及びファイバアレイ２８及び６０を用いて、反射器２２の位置合わせを正確に調整することができる。
【００２３】
カプラ１４２は、素子５２として動作する複数のマイクロ電気機械構造体（ＭＥＭＳ）を含む。素子５２を形成する各構造体は、少なくとも１つ（それより多くでないにしても）の軸を中心に旋回する。図示した実施形態では、各ＭＥＭＳ素子５２は、反射器２２によって反射された光ビームの反射角を変えるために、上部で外側に又は下部で外側に傾斜されるか、又は相対的に傾斜されない状態を保つ。素子５２は、一次元又は二次元の配列で配置される。
【００２４】
図４を参照する。ミラー５２ａのような各ＭＥＭＳ素子５２は、ＭＥＭＳ素子５２を２つの接点５８ａ及び５８ｂの制御のもとで旋回するように取り付けるピボット５４を含む。各ＭＥＭＳ素子５２の後側に、嵌め合い接点５６を設ける。このように、接点５８ａ又は５８ｂ上に適当な負荷（charges）を加えることによって、接点５８ａ又は５８ｂを引き付け又は引き離して、ＭＥＭＳ素子５２の回転角度を調整する。接点５８ａ及び５８ｂに送られる信号は、集積回路５９から送られる。この集積回路５９は、アレイ２８又は６０内の特定のファイバに対してユーザが選択した出力信号の組み合わせを実行する適当なタイミング信号を発生する。
【００２５】
アレイ２８又は６０内の各ファイバはＶ字形の溝に取り付けられて、上板３０ａと支持体３６との間にクランプ３２によって保持される。このため、複数の溝３４が、上板３０と支持体３６との間にクランプされた複数の出力ファイバ２８，６０を保持する。このように、任意の所定のファイバ２８又は６０の焦点は、特定のＭＥＭＳ素子５２の目標になる。このとき、ＭＥＭＳ素子５２の位置は、集積回路５９によって制御される。
【００２６】
アレイ６０内のファイバ（図３では、８つが示されている）の各自由端部は、光学ブロック２５に固定された楕円面反射器２２の焦点を定義する。反射器２２は、アレイ６０内の全てのファイバからの光をＭＥＭＳ素子５２に向けて反射する。このＭＥＭＳ素子５２は、ファイバの数に等しい数の複数のミラー５２ａを含む。換言すると、アレイ６０内の各ファイバは、それに割り当てられた対応するミラー５２ａ〜５２ｈを有する。このため、各ファイバは、１つの実施形態では、所定のファイバからの各出力信号を所定の出力ファイバ２８ａ〜２８ｈに向けて制御、すなわち経路を定める。出力ファイバ２８も、クランプ３２、Ｖ字形の溝３４及び上板３０を含む固定システムを備える。これらは協働して、光学ブロック２５で終端する自由端部を有する複数の出力ファイバ２８を固定する。
【００２７】
このように、各ファイバ６０上の各チャネルの最終的な配置がＭＥＭＳ素子５２によって制御されて、各入力チャネルを特定の出力ファイバ２８に明確に方向付ける又は経路決めすることができる。この配列により、選択方法において１つ以上のチャネルを加えたり除いたりする間に、１つのチャネルの組の波長のグループを別のチャネルの組にずらすことが可能になる。いくつかの実施形態では、比較的高い精度で小形の配列が可能である。
【００２８】
ミラー５２ａ〜５２ｈを一次元の配列で示したが、いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳの二次元のアレイも使用することができる。システム１４２を別の構成要素を用いて集積することによって、比較的小形で潜在的に損失が小さい配列を作ることができる。
【００２９】
本発明を限られた数の実施形態に関して説明してきたが、当業者はこれらの実施形態からの多くの修正例及び変更例を理解されよう。添付した特許請求の範囲が、全てのそのような修正例や変更例を本発明の真の精神及び範囲の中に入るものとしてカバーするものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１つの実施形態の概略図である。
【図２】  本発明の１つの実施形態によるリンク／スイッチの組織体の概略図である。
【図３】  図２に示した実施形態の反射形波長カプラの概略図である。
【図４】  図３に示した実施形態の一部の概略図である。
【図５】  概ね図３の線５−５に沿って切り取った拡大断面図である。
【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５】
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