專(zhuān)利名稱(chēng)：用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的光學(xué)引擎的制作方法
用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的光學(xué)引擎
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)的性能越來(lái)越受到計(jì)算機(jī)處理器快速且有效地訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器或與其他 外圍設(shè)備進(jìn)行通信的能力的限制。該限制部分地是由于可以裝配到具有限定的尺寸和表 面積的連接器中的電引腳的數(shù)量的固有物理限制，這繼而決定了最大電子帶寬。電引腳 密度的飽和導(dǎo)致處理器或芯片的“引出線瓶頸”，該術(shù)語(yǔ)描述了當(dāng)芯片封裝的電子帶寬 變?yōu)樾阅芟拗埔蛩貢r(shí)的情形。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的發(fā)送基座單元的圖示；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的接收基座單元的圖示；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的光學(xué)引擎的圖示；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的光學(xué)引擎的圖示；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的光學(xué)引擎和多芯光纖的圖示；圖6a是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的形成在第一芯片上和第二芯片上的光 學(xué)引擎之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光通信鏈接的圖示；圖6b是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的結(jié)合到第一和第二計(jì)算設(shè)備的光學(xué)引 擎芯片之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光通信鏈接的圖示；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的光學(xué)引擎的圖示；圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的結(jié)合到第一和第二計(jì)算設(shè)備的光學(xué) 引擎芯片之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光通信鏈接的圖示；圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的、描述在第一計(jì)算設(shè)備和第二計(jì)算設(shè) 備之間發(fā)送點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的方法的流程圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的、描述在第一計(jì)算設(shè)備和第二計(jì)算 設(shè)備之間提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的方法的流程圖。
具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明示例性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述對(duì)所述附圖進(jìn)行參考，所述附圖構(gòu)成說(shuō) 明書(shū)的一部分并且在附圖中示出了其中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性實(shí)施例。雖然通過(guò)舉 例說(shuō)明的方式足夠詳細(xì)地描述了這些示例性實(shí)施例以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā) 明，然而應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，其他實(shí)施例也可以實(shí)現(xiàn)并 且可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改變。因此，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的以下更詳細(xì)的描述并不意圖限 制本發(fā)明所主張的本發(fā)明的范圍，而是僅僅為了舉例說(shuō)明的目的而提供；是意圖描述本 發(fā)明的特性和特征以及充分使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍 僅僅由所附的權(quán)利要求限定。通過(guò)參考附圖，本發(fā)明的以下詳細(xì)描述和示例性實(shí)施例會(huì)被最優(yōu)地理解，其中 本發(fā)明的元件和特征自始至終通過(guò)數(shù)字被標(biāo)明。
圖1-12示出了對(duì)于光學(xué)引擎的本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例，所述光學(xué)引擎用于 兩個(gè)計(jì)算設(shè)備之間、例如兩個(gè)計(jì)算機(jī)芯片之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信鏈接。所述光學(xué)引擎可被用 于克服越來(lái)越多的由不能快速訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器或與其他外圍設(shè)備通信而產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)性 能方面的瓶頸。所述限制部分地是由于可以裝配到具有限定的尺寸和表面積的連接器中 的電引腳的數(shù)量的固有物理限制，這繼而決定了用于通信的最大帶寬。因此，本發(fā)明的 一個(gè)示例性應(yīng)用可以是在微處理器和分離的存儲(chǔ)芯片或設(shè)備之間建立片內(nèi)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光通光學(xué)引擎是部件的組合，其以降低的生產(chǎn)成本提供大大改進(jìn)了的性能。如以下 將會(huì)更詳細(xì)地說(shuō)明的那樣，該光學(xué)引擎可以包括在諧振器中產(chǎn)生光信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)混 合倏逝微環(huán)激光器和形成在與光學(xué)引擎芯片或基底的平面平行的平面中的波導(dǎo)。所述波 導(dǎo)可以用于將光信號(hào)載送到限定的位置或區(qū)域(例如在芯片的中心或者在芯片的邊緣)以 耦合進(jìn)多芯光纖中用以傳輸?shù)降诙?jì)算裝置。如果該限定區(qū)域朝向芯片的中心，則可以 利用光柵耦合墊使光信號(hào)相對(duì)于基底的平面向平面外彎曲并被耦合進(jìn)相對(duì)于基底的平面 出平面地被定向的多芯光纖的光學(xué)芯中。當(dāng)限定區(qū)域在芯片的邊緣處時(shí)，可以利用波導(dǎo) 尖集中光信號(hào)并將其耦合進(jìn)多芯光纖帶的芯中，所述多芯光纖帶與波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)并定向?yàn)槠?行于基底的平面?？梢园ü庾犹綔y(cè)器以接收從第二計(jì)算設(shè)備廣播過(guò)來(lái)的光信號(hào)。由于光子光信 號(hào)探測(cè)器或光電探測(cè)器與光信號(hào)發(fā)生器(即，激光器、LED等等)相比通常較不復(fù)雜， 因此光電探測(cè)器可以被定位在限定區(qū)域處以直接接收行進(jìn)通過(guò)多芯光纖的輸入信號(hào)，或 者像微環(huán)激光器那樣，它們可以分布在芯片的表面上并且相似地利用光柵耦合墊或者錐 形的波導(dǎo)而耦合到多芯光纖。本發(fā)明的光學(xué)引擎可以幫助解決當(dāng)今的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者面臨的、由每芯片幾千個(gè) 電引腳的接近的上限引起的“引出線瓶頸”。這些電引腳中的一些用于CPU到存儲(chǔ)器的 業(yè)務(wù)，或者用于可以將它們自身提供給點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接的次級(jí)通信。通過(guò)在兩個(gè)計(jì)算設(shè)備之 間提供直接的光鏈接以及將CPU到存儲(chǔ)器的通信或次級(jí)通信卸載到分離的多通道、點(diǎn)對(duì) 點(diǎn)光鏈接，大量的輸入/輸出引腳可以被再分配給電子總線中的其它用途，從而使得可 用于其它內(nèi)部計(jì)算機(jī)操作的帶寬大幅度增加。本發(fā)明提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的其它益處，所述現(xiàn)有技術(shù)可以包括傳統(tǒng)的有線連 接器和光纖通信技術(shù)方面的較近的發(fā)展這兩者。一個(gè)益處是降低了生產(chǎn)成本，因?yàn)楣鈱W(xué) 引擎的每一個(gè)部件(包括微環(huán)激光器、光電探測(cè)器、波導(dǎo)和光耦合器)可以使用符合成本 效益的大容量的制造工藝來(lái)制造，所述制造工藝?yán)鏥LSI (超大規(guī)模集成)制造技術(shù)。 另一個(gè)益處是大大增加了的帶寬，該大大增加了的帶寬是由可以通過(guò)附帶的計(jì)算設(shè)備在 高達(dá)1GHz或更高的頻率下被直接調(diào)制的微環(huán)激光器的使用而提供的。相關(guān)的改進(jìn)是與 先前的利用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)和發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光系統(tǒng)相比，微環(huán)激 光器的功耗相對(duì)低。本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)明顯益處是在光學(xué)引擎芯片的表面上分布微環(huán)激光 器和/或光電探測(cè)器以及通過(guò)波導(dǎo)將光信號(hào)引導(dǎo)到達(dá)和離開(kāi)限定區(qū)域的能力，在該限定 區(qū)域處，大量光信號(hào)可以被集中和組織到小的覆蓋區(qū)(footprint)中，該覆蓋區(qū)可配置為 用于耦合到單個(gè)多芯光纖中，例如光子晶體光纖或光纖帶。這種能力在VCSEL的情況下是不可用的，在VCSEL中VCSEL的定向和相對(duì)大的尺寸強(qiáng)烈地限制了可以裝配到多芯 光纖的覆蓋區(qū)中的光信號(hào)的數(shù)量。而且，由于VCSEL不能被直接集成到硅中，因此基于 VCSEL技術(shù)的光學(xué)引擎不能被直接與硅基光電探測(cè)器結(jié)合。因此，在先前的光學(xué)系統(tǒng)的 情況下，可能需要具有探測(cè)器的獨(dú)立的芯片以接收輸入信號(hào)以及完成雙工通信鏈接。與 此相對(duì)照，本發(fā)明的每一個(gè)部件可以利用III-V族半導(dǎo)體材料來(lái)制造，從而允許發(fā)送微環(huán) 激光器、接收光電探測(cè)器和它們的相關(guān)部件能夠被集成在相同的芯片中。本發(fā)明提供額外的益處，該額外的益處對(duì)于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者和工程人員來(lái)說(shuō)可能 是有吸引力的。例如，兩個(gè)計(jì)算設(shè)備間的所有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)可以通過(guò)多芯光纖來(lái)處理， 所述多芯光纖例如光子晶體光纖或光纖帶，其可以主動(dòng)或被動(dòng)地與光耦合器對(duì)準(zhǔn)，并且 可以使用已被證明的粘接材料和方法將其附著到光學(xué)引擎的限定區(qū)域。此外，本發(fā)明 提供了直接將光學(xué)引擎集成到計(jì)算設(shè)備中或在單獨(dú)的芯片上制造引擎以便隨后貼片安裝 (wafer-mounting)到計(jì)算設(shè)備的便利性和靈活性。上述優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)中的每一個(gè)根據(jù)以下參考附圖所提出的詳細(xì)描述將是顯然的。 這些優(yōu)點(diǎn)并不意味著以任何方式進(jìn)行限制。實(shí)際上，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，除了這里 專(zhuān)門(mén)敘述的那些益處和優(yōu)點(diǎn)之外，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)其他益處和優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的發(fā)送基座單元10，該發(fā)送基座單元10 可以用來(lái)產(chǎn)生被第一計(jì)算設(shè)備(沒(méi)有示出)調(diào)制的光信號(hào)，以及用來(lái)將光信號(hào)耦合進(jìn)多芯 光纖中以傳輸?shù)降诙?jì)算設(shè)備。發(fā)送基座單元可以包括微環(huán)激光器20、光波導(dǎo)30和出平 面光耦合器40，它們一起可以用于產(chǎn)生單一調(diào)制的光信號(hào)或光束12(例如紅外光束)并將 其從第一計(jì)算設(shè)備傳輸和耦合到第二計(jì)算設(shè)備。多個(gè)發(fā)送基座單元10可以被分布在光學(xué) 引擎的表面上以產(chǎn)生具有大的帶寬的多通道光路并且實(shí)現(xiàn)兩個(gè)計(jì)算設(shè)備之間的快速、大 容量的通信。發(fā)送基座單元中的每一個(gè)部件可以利用已知的高容量(例如，VLSI)制造技術(shù)被 制造在形成在硅基芯片基底2的上面的一個(gè)或多個(gè)下基層4上。雖然發(fā)送基座單元部件在 圖1中被表現(xiàn)為形成在位于(一個(gè)或多個(gè))基層4和基底2上方的單一光學(xué)引擎層6中， 但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，各種基座單元部件，特別是微環(huán)激光器20，可以由由 不同材料形成的各種子層構(gòu)造而成。例如，混合微環(huán)激光器可以由七層或更多不同的層 來(lái)制造，所述不同層用于建立下覆層、微環(huán)諧振器和波導(dǎo)、InP電荷注入層、電極等。可以進(jìn)一步理解的是，發(fā)送基座單元的部件可以如所示的那樣嵌入光學(xué)引擎層6 中，或者可以被形成為在該層的頂部上延伸并且被空的空間或透明保護(hù)涂層包圍。光學(xué) 引擎和其驅(qū)動(dòng)計(jì)算設(shè)備之間的電連接可以在下基層4中被提供。產(chǎn)生光束12的微環(huán)激光器20可以是小功率的電泵浦混合III-V-硅激光器，其通 過(guò)附屬的計(jì)算設(shè)備以高達(dá)1GHz或更高的速度被直接調(diào)制。直接調(diào)制消除了對(duì)在早些的光 學(xué)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的電-光調(diào)制器的需要。在環(huán)形諧振器22的直徑如5 ym之小的情況下， 所述微環(huán)激光器比現(xiàn)有的倏逝諧振跑道型激光器(evanescentresonating racetrack lasers)可 以小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這種緊湊的尺寸和輔助元件的減少允許將大量的激光器集成到比現(xiàn)有 技術(shù)的方法占據(jù)更小空間的單一芯片上，而同時(shí)提供改進(jìn)的布置和組織。本發(fā)明靈活性的另一方面是混合微環(huán)激光器的單模和多模操作二者的可配置 性。例如，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)引擎可以被配置為用于以1310nm或
61550nm波長(zhǎng)為中心的單模操作。微環(huán)激光器20的操作和功能(包括它的單模和多模操作二者的可配置性)在題 為 “System and Method For Micro-ring Laser，，的、2008 年 5 月 6 日提交的共同被擁有和 共同待決的PCT專(zhuān)利申請(qǐng)NO.PCT/US081/62791中被更具體地闡明，這里將該專(zhuān)利申請(qǐng) 的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用而合并。在圖1所示的實(shí)施例中，調(diào)制的微環(huán)激光器20發(fā)射調(diào)制光束或者輸出光信號(hào)12 到硅光波導(dǎo)30中。波導(dǎo)30作為混合微環(huán)激光器的組成部分而開(kāi)始，并載送光信號(hào)12到 面外或到發(fā)送光波導(dǎo)耦合器40。由于多個(gè)發(fā)送基座單元10可以被形成在單一的芯片上， 因此微環(huán)激光器和波導(dǎo)耦合器之間的距離相對(duì)較短，在100 ym或更小的數(shù)量級(jí)，這用于 減小光信號(hào)在行進(jìn)通過(guò)固體硅波導(dǎo)時(shí)的損耗或衰減。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，波導(dǎo)30可 以具有尺寸為大約0.5 umX0.5um的正方形或矩形橫截面。出平面發(fā)送光耦合器40用于將輸出光信號(hào)相對(duì)于下面的基底2的平面向平面外 彎曲。不同類(lèi)型的光耦合裝置，例如鍍銀反射鏡、分束器，光柵襯墊等等，可以被用于 將光束彎曲出平面。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，光信號(hào)可以被彎曲為相對(duì)基底的平面基本 垂直，或呈90度，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，將光束重定向在大約30度或更大的角度以耦合進(jìn) 多芯光纖中也可以被認(rèn)為是落在了本發(fā)明的范圍內(nèi)。一種用于相對(duì)于基底的平面出平面地耦合輸出光信號(hào)12的低成本但是高效率的 裝置可以是光柵襯墊耦合器42。光柵襯墊耦合器通?？梢园ü獠▽?dǎo)30的延伸部分或襯 墊44，其可以由相同或不同的材料制成并且其可以與波導(dǎo)一體地形成或與其分離開(kāi)。襯 墊44可以具有比它的厚度大的多的寬度。槽46的光柵圖案可以被蝕刻或以其它方法形 成在耦合光柵襯墊的頂表面中，并向下延伸進(jìn)入光柵耦合器的主體內(nèi)。光柵耦合器可以 根據(jù)光衍射的原理工作，其中接觸槽的光信號(hào)在其行進(jìn)通過(guò)襯墊材料時(shí)將被分裂為若干 部分，包括透射部分、反射部分以及出平面部分。通過(guò)利用沿著光柵襯墊的頂表面被間 隔開(kāi)并被精確地設(shè)置大小的多個(gè)槽，光束的大部分可以被重定向?yàn)橄鄬?duì)于波導(dǎo)的平面出 平面地行進(jìn)的發(fā)送光信號(hào)14?？梢酝ㄟ^(guò)控制光柵槽相對(duì)于光束的波長(zhǎng)的尺寸和間隔來(lái)優(yōu)化將光信號(hào)12相對(duì)于 基底2的平面出平面地彎曲時(shí)光柵耦合器的效率。因此，光柵耦合器可以被調(diào)諧或優(yōu) 化以用于微環(huán)激光器發(fā)射的激光得到中心波長(zhǎng)，將兩個(gè)裝置連接在一起的波導(dǎo)也可以這 樣。將整個(gè)發(fā)送基座單元調(diào)諧至微環(huán)激光器產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)(例如上面所述的1310nm或 1550nm波長(zhǎng))可以在將光信號(hào)移動(dòng)通過(guò)每個(gè)部件的損失降到最低的同時(shí)最大化基座單元 的輸出，導(dǎo)致光學(xué)引擎具有減小的功率需求。圖2示出的是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的接收基座單元60。接收基座 單元類(lèi)似發(fā)送基座單元那樣被構(gòu)造為具有接收出平面光耦合器70和通向光學(xué)裝置的波導(dǎo) 80。然而，在接收單元的情況下，接收的光信號(hào)18沿相反的方向行進(jìn)(即從出平面光耦 合器到光學(xué)裝置)，并且所述光學(xué)裝置是光子光信號(hào)探測(cè)器或光電探測(cè)器90，而不是微 環(huán)激光器。接收光耦合器70可以用于將相對(duì)于基底2的平面出平面地行進(jìn)的入射光束或輸 入光信號(hào)16彎曲成通過(guò)波導(dǎo)80移動(dòng)且平行于基底2的平面移動(dòng)的所接收的光信號(hào)18。 接收光耦合器70可以與發(fā)送光耦合器基本相同，并且可以進(jìn)一步包括各種類(lèi)型的光耦合裝置，包括鍍銀反射鏡、分束器、光柵襯墊等等。在圖2所示的示例性實(shí)施例中，接收光耦合器70可以是與發(fā)送基座單元中使用 的光柵襯墊耦合器基本上相同的光柵襯墊耦合器72。這樣做的原因可以是兩方面。一 是因?yàn)楣鈻篷詈掀髟趶澢刂鴥蓚€(gè)方向行進(jìn)的光時(shí)可以具有相同的效率。另一個(gè)是，像 下文將要更詳細(xì)地描述的那樣，被優(yōu)化到特定光波長(zhǎng)的相同的光學(xué)引擎通?？梢员怀蓪?duì) 地使用，其中一個(gè)引擎的接收部分被調(diào)諧為接收和傳輸另一個(gè)引擎的發(fā)送部分產(chǎn)生的光 束。因此，接收基座單元60上的光柵耦合器72可以被配置為接收起初從被優(yōu)化到相同 的光波長(zhǎng)的發(fā)送基座單元產(chǎn)生并發(fā)送的輸入光信號(hào)16，在這種情況下兩個(gè)光柵耦合器可 以是基本相同的。一旦輸入光信號(hào)16被光柵耦合器72捕捉到并耦合進(jìn)接收基座單元中，所接收的 光信號(hào)18可以沿著波導(dǎo)80被傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器90。光電探測(cè)器可以包括不同類(lèi)型的光 學(xué)探測(cè)裝置，例如鍺或III-V材料層、p-i-n或肖特基二極管、光敏晶體管等等。然而在 一個(gè)示例性實(shí)施例中，光電探測(cè)器可以由與微環(huán)激光器相同的III-V族半導(dǎo)體材料制成， 以利于制造光學(xué)引擎。并且在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，光電探測(cè)器和微環(huán)激光器可以根 據(jù)基本上相同的光學(xué)倏逝原理工作，主要的不同在于光電探測(cè)器與微環(huán)激光器相比是反 向偏置的以收集而不是產(chǎn)生光子。圖3中示出了光學(xué)引擎的一個(gè)示例性實(shí)施例100，其將多個(gè)發(fā)送基座單元110和 接收基座單元160組合在單一的芯片106上以實(shí)現(xiàn)光學(xué)裝置之間的全雙工操作。如圖3 所示，多個(gè)(五個(gè))發(fā)送基座單元110可以被組織在芯片上以使得微環(huán)激光器朝向外圍分 布并且光柵耦合器集中在中央位置或限定區(qū)域108內(nèi)，其中每個(gè)發(fā)送基座單元110進(jìn)一步 包括各自的微環(huán)激光器120、波導(dǎo)130和發(fā)送光柵耦合器140。同樣，多個(gè)(五個(gè))接收 基座單元160可以被類(lèi)似地組織在芯片上以使得光電探測(cè)器朝向外圍分布并且接收光柵 耦合器170聚集在相同的中央限定區(qū)域108內(nèi)，鄰近發(fā)送光柵耦合器140，其中每個(gè)接收 基座單元160進(jìn)一步包括接收光柵耦合器170、波導(dǎo)180和光電探測(cè)器190。圖3示出了由在與芯片或基底106的平面平行的平面上工作的發(fā)送基座單元110 和接收基座單元160提供的優(yōu)點(diǎn)。這種“水平”朝向解除了將激光器本身布置在限定區(qū) 域108處的現(xiàn)有技術(shù)的限制，并且允許大量的微環(huán)激光器120和光電探測(cè)器190分布在光 學(xué)引擎基底106的表面上，同時(shí)利用相對(duì)窄的波導(dǎo)130、180來(lái)有效地將光信號(hào)路由或引 導(dǎo)到集中在限定區(qū)域處的光柵耦合器140、170。圖3示出了具有形成在限定位置處的十 個(gè)光柵耦合器的示例性實(shí)施例，但是需要理解的是，光柵耦合器140、170的小覆蓋區(qū)和 硅波導(dǎo)130、180的窄寬度可以允許將限定區(qū)域配置為用于至少三十個(gè)或更多個(gè)光通道。圖4中示出了光學(xué)引擎的一替代實(shí)施例102，在該實(shí)施例中光電探測(cè)器本身可以 位于限定區(qū)域處以直接接收行進(jìn)通過(guò)多芯光纖的輸入信號(hào)。由于光電探測(cè)器通常比光信 號(hào)產(chǎn)生器(即，激光器，LED等等)更簡(jiǎn)單，因此其可以被配置為接收與基底106的平面 平行的光信號(hào)或相對(duì)于基底106的平面朝向平面外的光信號(hào)。先前的實(shí)施例中的接收基 座單元可以被僅光電探測(cè)器190自身代替，光電探測(cè)器190可以位于通常與接收光柵耦合 器相同位置處的限定區(qū)域108內(nèi)。該實(shí)施例可以簡(jiǎn)化光學(xué)引擎芯片的制造且降低成本， 并且可以允許芯片的更大的表面積被貢獻(xiàn)給發(fā)送基座單元的布置。如圖4中所示的發(fā)送光柵耦合器140和光電探測(cè)器190在中央位置或限定區(qū)域
8108內(nèi)的定位僅僅是代表性的，但并不被限制為所示出的并排配置。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 理解，發(fā)送基座單元110和光電探測(cè)器190可以以各種配置方式被重新定位和混合在限定 區(qū)域108內(nèi)部和光學(xué)引擎芯片106的表面上，以?xún)?yōu)化部件分布、到多芯光纖的瞄準(zhǔn)線和形 成在下基層中的電子線路。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的光學(xué)引擎100和單?；蚨嗄６嘈竟饫w 150(例如光子晶體光纖)的圖示。多芯光纖可以包括外層或外套152，其包圍在多芯光 纖的長(zhǎng)度上延伸的多個(gè)光學(xué)芯154。所述芯可以包括由固體、氣體、液體或孔洞形成的基 本透明的材料，這允許光信號(hào)通過(guò)芯行進(jìn)。此外，芯154可以具有均勻的橫截面和沿著 光纖150的長(zhǎng)度彼此分隔開(kāi)的間距。進(jìn)一步需要明白的是，多芯光纖的光學(xué)芯可以與微 環(huán)激光器產(chǎn)生的光信號(hào)兼容，因而可以被配置用于單?；蚨嗄９ぷ鳌６嘈竟饫w150可以具有用于耦合到光學(xué)引擎芯片106的中心位置或限定區(qū)域108 的近端156，和用于耦合到與第二計(jì)算設(shè)備(未示出)相關(guān)聯(lián)的光學(xué)引擎的限定區(qū)域的遠(yuǎn) 端158。近端156可以被耦合到光學(xué)引擎芯片106的限定區(qū)域108，以使得光學(xué)芯154與 位于限定區(qū)域內(nèi)的出平面耦合器140、170對(duì)齊。光纖150的近端156可以利用適當(dāng)?shù)哪z 粘劑、附著方法或附著結(jié)構(gòu)而被附著到光學(xué)引擎芯片106的頂表面。光學(xué)芯154與出平面耦合器140、170的對(duì)準(zhǔn)可以通過(guò)被動(dòng)或自對(duì)準(zhǔn)方法以及當(dāng) 光纖被耦合到芯片時(shí)監(jiān)視穿過(guò)多芯光纖150、例如光子晶體光纖的一個(gè)或多個(gè)光信號(hào)的強(qiáng) 度的主動(dòng)方法來(lái)完成。關(guān)于將多芯光纖對(duì)準(zhǔn)和耦合到光學(xué)引擎的各個(gè)方面和方法的更多 細(xì)節(jié)在題為 “Method for Connecting Multicore Fibers toOptical Devices” 的、2008 年 1 月 10 日提交的被共同擁有的和共同待決的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.61/020372中被具體地闡明， 這里將該專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用而合并。圖6a中示出了光學(xué)引擎之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光通信鏈接200，所述光學(xué)引擎直接集成 到第一和第二計(jì)算設(shè)備中，例如中央處理單元210和分離的存儲(chǔ)芯片220。在該示例性實(shí) 施例中，光學(xué)引擎240可以在制造過(guò)程中被直接集成到計(jì)算設(shè)備210、220的電路中，然 后利用多芯光纖250連接，該多芯光纖250被耦合并對(duì)準(zhǔn)到兩個(gè)光學(xué)引擎的限定區(qū)域。圖6b進(jìn)一步示出了本發(fā)明的另一方面，其中分離的光學(xué)引擎芯片260被貼片安 裝(wafer mounted)到兩個(gè)鄰近的計(jì)算設(shè)備210、220，而后利用多芯光纖250進(jìn)行鏈接以 建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光通信鏈接202。在而后被附著到計(jì)算設(shè)備的分離芯片260上形成光學(xué)引擎可 以提供對(duì)在生產(chǎn)芯片時(shí)使用的制造過(guò)程的更好的控制以及降低生產(chǎn)成本的度量方面的經(jīng) 濟(jì)實(shí)惠。分離的光學(xué)引擎芯片260也可以允許建立基本上獨(dú)立于光學(xué)引擎所安裝到的計(jì) 算設(shè)備的通信協(xié)議。圖7和8—起示出了建立在光學(xué)引擎芯片300之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光鏈接302的另一個(gè) 示例性實(shí)施例，光學(xué)引擎芯片300可以被貼片安裝(wafer mounted)到第一計(jì)算設(shè)備306 和第二計(jì)算設(shè)備308。在該實(shí)施例中，形成在光學(xué)引擎芯片300中的發(fā)送基座單元310和 接收基座單元360均可以朝向芯片的邊緣314而被定位，而不是如前面實(shí)施例中描述的朝 向芯片的中心。在發(fā)送基座單元310中，輸出光信號(hào)可以在微環(huán)激光器320中產(chǎn)生并在 輸出波導(dǎo)330中朝向構(gòu)造在芯片或基底的邊緣314附近的限定區(qū)域318傳輸，以耦合進(jìn)光 纖帶350中，光纖帶350可以與波導(dǎo)330對(duì)準(zhǔn)并平行于基底的平面而被定向。然而，在 到達(dá)邊緣之前，光信號(hào)可被傳遞進(jìn)入波導(dǎo)尖340，波導(dǎo)尖340將光信號(hào)的模式轉(zhuǎn)換為形成光纖帶的各個(gè)光纖354的基模。光纖帶350可以將輸出信號(hào)載送到安裝在另一個(gè)計(jì)算設(shè)備308 (參見(jiàn)圖8)上的相 似光學(xué)引擎芯片300的接收部分。并且在交互的雙工方式中，第二光學(xué)引擎芯片上的微 環(huán)激光器可以將輸入信號(hào)通過(guò)光纖帶350發(fā)送回安裝到第一計(jì)算設(shè)備306的光學(xué)引擎芯 片，以便通過(guò)波導(dǎo)尖370 (參見(jiàn)圖7)進(jìn)入輸入波導(dǎo)380中而被接收，輸入波導(dǎo)380可以將 輸入光信號(hào)載送到接收光電探測(cè)器390。圖9是描述根據(jù)示例性實(shí)施例的在第一計(jì)算設(shè)備和第二計(jì)算設(shè)備之間傳送點(diǎn)對(duì) 點(diǎn)通信的方法400的流程圖。該方法包括以下操作調(diào)制410形成在第一計(jì)算設(shè)備的 基底上的環(huán)形激光器以產(chǎn)生平行于基底的平面行進(jìn)的光信號(hào)，以及在也形成在平行于基 底的平面的平面中的光波導(dǎo)中將該光信號(hào)從環(huán)形激光器引導(dǎo)420到發(fā)送波導(dǎo)耦合器。該 方法進(jìn)一步包括以下步驟在發(fā)送波導(dǎo)耦合器中將光信號(hào)從平行于基底的平面行進(jìn)彎曲 430為相對(duì)于基底的平面出平面地行進(jìn)，以及將光信號(hào)耦合440進(jìn)入多芯光纖中，其中多 芯光纖被配置為將光信號(hào)發(fā)送到第二計(jì)算設(shè)備。圖10中描述的是用于在第一計(jì)算設(shè)備和第二計(jì)算設(shè)備之間提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的另 一方法450的流程圖。該方法包括以下操作調(diào)制460形成在第一計(jì)算設(shè)備的基底上的 環(huán)形激光器以產(chǎn)生平行于基底的平面行進(jìn)的光信號(hào)，在也形成在平行于基底的平面的平 面中的光波導(dǎo)中將光信號(hào)從環(huán)形激光器引導(dǎo)470到鄰近基座的邊緣布置的波導(dǎo)尖，以及 通過(guò)波導(dǎo)尖將光信號(hào)耦合480進(jìn)入光纖帶中，其中光纖帶被配置為發(fā)送光信號(hào)到第二計(jì) 算設(shè)備。上述詳細(xì)描述參考具體的示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是， 在不偏離如所附的權(quán)利要求闡述的本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行各種修改和改變。詳 細(xì)描述和附圖被認(rèn)為僅僅是說(shuō)明性的，而不是限制性的，并且意圖是所有這種修改和變 化(如果有的話)都落在如這里描述和闡述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。更具體地，雖然本發(fā)明的說(shuō)明性示例實(shí)施例在這里被描述，但本發(fā)明不限于這 些實(shí)施例，而是如本領(lǐng)域技術(shù)人員基于上述詳細(xì)描述可以理解的那樣包括任何和所有具 有修改、省略、組合(例如跨越不同實(shí)施例的各方面的組合)、改寫(xiě)和/或變化的實(shí)施 例。權(quán)利要求中的限定應(yīng)基于權(quán)利要求中使用的語(yǔ)言而寬廣地被解釋?zhuān)皇窍抻谇懊?詳細(xì)描述的或申請(qǐng)審批過(guò)程中的例子，這些例子應(yīng)被理解為是非排他的。例如，在本公 開(kāi)中，術(shù)語(yǔ)“優(yōu)選為”是非排他的，這里它意圖表達(dá)“優(yōu)選，但是不限于”的意思。任 何方法或過(guò)程權(quán)利要求中的所述的任何步驟可以以任何順序被執(zhí)行，而不限于權(quán)利要求 中提供的順序。
權(quán)利要求
1 一種用于在第一計(jì)算設(shè)備(210，306)和第二計(jì)算設(shè)備(220，308)之間提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 通信的光學(xué)引擎(100，300)，包括位于基底上并被耦合到第一計(jì)算設(shè)備(210，306)的調(diào)制環(huán)形激光器(120，320)，該 調(diào)制環(huán)形激光器被配置為用于產(chǎn)生平行于基底的平面行進(jìn)的光信號(hào)；形成在平行于基底的平面的平面內(nèi)的波導(dǎo)(130，330)，該波導(dǎo)被配置為將光信號(hào)從 調(diào)制環(huán)形激光器引導(dǎo)到限定區(qū)域(108，318)；位于該限定區(qū)域(108，318)處的波導(dǎo)耦合器(140，340)，該波導(dǎo)耦合器被配置為將 光信號(hào)耦合進(jìn)光纖(154，354)中；和位于該限定區(qū)域(108，318)處的光纖(154，354)，其被配置為將光信號(hào)接收并傳輸 到第二計(jì)算設(shè)備(220，308)。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)引擎，其中波導(dǎo)耦合器是光柵襯墊耦合器，其被配置為相 對(duì)于基底的平面出平面地耦合光信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)引擎，其中光纖是相對(duì)于基底的平面被定向?yàn)槌蚱矫嫱?的光子晶體光纖的光芯。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)引擎，其中波導(dǎo)耦合器是被配置為平行于基底的平面地耦 合光信號(hào)的波導(dǎo)尖。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)引擎，其中光纖是被定向?yàn)槠叫杏诨椎钠矫娴墓饫w帶的 組成部分。
6.—種用于在第一計(jì)算設(shè)備(210)和第二計(jì)算設(shè)備(220)之間傳送點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的光學(xué) 引擎(100)，包括位于第一基底(106)上并被耦合到第一計(jì)算設(shè)備(210)的調(diào)制環(huán)形激光器(120)，該 調(diào)制環(huán)形激光器被配置為用于產(chǎn)生平行于第一基底的平面行進(jìn)的光信號(hào)(12)；形成在與第一基底(106)的平面平行的平面中的輸出波導(dǎo)(130)，所述輸出波導(dǎo)被配 置為將光信號(hào)(12)從調(diào)制環(huán)形激光器引導(dǎo)到第一中心位置(108)；位于第一中心位置的發(fā)送波導(dǎo)耦合器(140)，其被配置為相對(duì)于第一基底(106)的平 面向平面外彎曲光信號(hào)(12)；和位于中心位置(108)的多芯光纖(150)，其被配置為接收以及傳輸光信號(hào)(14)到第二 計(jì)算設(shè)備(210)。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)引擎，其中發(fā)送波導(dǎo)耦合器被配置為以大于30度的角度 相對(duì)于基底的平面向平面外彎曲光信號(hào)。
8.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)引擎，其中發(fā)送波導(dǎo)耦合器是光柵耦合襯墊。
9.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)引擎，其中多芯光纖在第一中心位置被物理地耦合到第一基底。
10.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)引擎，進(jìn)一步包括位于第二基底上并被耦合到第二計(jì)算 設(shè)備的光探測(cè)器，所述光探測(cè)器被配置為在第二中心位置接收來(lái)自多芯光纖的光信號(hào)。
11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)引擎，其中光探測(cè)器位于第二中心位置。
12.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)引擎，進(jìn)一步包括位于第二中心位置、用于將來(lái)自多芯光纖的光信號(hào)耦合進(jìn)與第二基底的平面平行的 平面的接收波導(dǎo)耦合器；和形成在第二基底的平面中的用于將光信號(hào)從接收波導(dǎo)耦合器引導(dǎo)到光探測(cè)器的輸入 波導(dǎo)。
13.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)引擎，其中接收波導(dǎo)耦合器是光柵耦合襯墊。
14.一種在第一計(jì)算設(shè)備(210)到第二計(jì)算設(shè)備(220)之間提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的方法， 包括調(diào)制形成在基底(240，260)上并耦合到第一計(jì)算設(shè)備(210)的環(huán)形激光器(130)以 產(chǎn)生平行于基底的平面行進(jìn)的光信號(hào)(12)；在形成在平行于基底的平面的平面內(nèi)的光波導(dǎo)(130)中將光信號(hào)(12)從環(huán)形激光器 引導(dǎo)到波導(dǎo)耦合器(140)；在波導(dǎo)耦合器(140)中將光信號(hào)(12)從平行于基底(106)的平面行進(jìn)彎曲為相對(duì)于 基底的平面向平面外行進(jìn)；和將光信號(hào)(14)耦合進(jìn)多芯光纖(150)中，其中所述多芯光纖被配置為將光信號(hào)(14) 發(fā)送到第二計(jì)算設(shè)備(220)。
15.—種在第一計(jì)算設(shè)備(360)到第二計(jì)算設(shè)備(308)之間提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的方法， 包括調(diào)制形成在基底(300)上并耦合到第一計(jì)算設(shè)備(306)的環(huán)形激光器(320)以產(chǎn)生平 行于基底的平面行進(jìn)的光信號(hào)；在形成在平行于基底(300)的平面的平面內(nèi)的光波導(dǎo)(330)中將光信號(hào)從環(huán)形激光器 (320)引導(dǎo)到布置為鄰近基底的邊緣的波導(dǎo)尖(340)；以及通過(guò)波導(dǎo)尖將(340)將光信號(hào)耦合進(jìn)光纖帶(350)中，其中光纖帶被配置為將光信號(hào) 發(fā)送到第二計(jì)算設(shè)備(308)。
全文摘要
一種用于在第一計(jì)算設(shè)備(210)和第二計(jì)算設(shè)備(220)之間提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光通信鏈接的光學(xué)引擎(100)。光學(xué)引擎(100)包括形成在基底(106)上并被配置為產(chǎn)生平行于基底的平面行進(jìn)的光信號(hào)的調(diào)制混合微環(huán)激光器(120)。光學(xué)引擎進(jìn)一步包括波導(dǎo)(130)，其也形成在平行于基底的平面的平面內(nèi)，并被配置為將光信號(hào)從調(diào)制環(huán)形激光器引導(dǎo)到限定區(qū)域(108)；在限定區(qū)域處的波導(dǎo)耦合器(140)，其被配置為將光信號(hào)耦合進(jìn)多芯光纖(150)中；以及位于限定區(qū)域處的多芯光纖，其被配置為接收并傳輸光信號(hào)到第二計(jì)算設(shè)備。
文檔編號(hào)G02B6/42GK102016672SQ200880129056
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
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