双阶段光学通信方法以及用于实现所述方法的光学总线系统的制作方法

专利名称：双阶段光学通信方法以及用于实现所述方法的光学总线系统的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及光电子学，并且特别地，涉及光学通信方法和光学总线系 统。
背景技术：
在处理器存储器系统中，单个存储器控制器典型地控制去往和来自多个存储器 模块的数据的传输。在写事务中，将指定向存储器模块内的哪个位置进行写的控制和地 址信息发送到存储器模块，其跟随或伴随有要写的实际数据。另一方面，可以将读事务 划分成两个子事务。在第一子事务中，将控制和地址信息从存储器控制器发送到存储器 模块。在第二子事务中，随后将读取的数据从寻址的存储器模块返回到存储器控制器。 术语“事务”指的是一个设备请求另一个设备执行特定操作。控制、地址和数据编码在 通过导线传输的电信号中。然而，与上述事务关联的并且在几乎所有跨电路板的长导线 通信中的常见问题是维持电信号的完整性。典型的基于导线的传送介质对于电信号造成 的失真可能大大地降低电信号的完整性，从而导致电信号在目的地设备处被误解。随着集成电路工艺的特征尺寸的缩小，电信号完整性问题恶化。此外，电信号 完整性问题严重地阻碍实现高数据传输率和存储器容量的努力。电信号完整性随着信号 传输速度的增加以及随着接收器数量的增加(例如信号扇出端的增加)而退化。为了提 高存储器容量，例如，可以增大各存储器模块的存储容量或者增加附接到每个存储器控 制器的存储器模块的数量。增加存储器模块的数量增加了扇出端，这损害了电信号完整 性。增大各存储器模块的存储容量可以通过增大各存储器阵列的尺寸、列(rank)或者 库(bank)的数量来实现。然而，所有这些选项引入许多新的问题，例如功耗增大、管理 开销增加以及访问等待时间增加。光学总线可能是电气总线的一种有吸引力的可替换方 案，因为与电信号相比，光学信号在更长的距离上遭受的损耗和失真要小得多。图1示出了用于使用光学信号106-110将信息从存储器控制器101传输到四个存 储器模块102-105之一的典型光学总线系统100的示意性表示。光学信号106-110可以 在自由空间或者诸如光纤之类的波导中传输。特别地，存储器控制器101产生光学时钟 信号106和光学地址、控制和数据信号107-110。部分反射镜将光学信号106-110的部分 转向到电子耦合到存储器模块102-105的对应光电子转换器。例如，五个光电子转换器 111-115电子耦合到存储器模块103，并且部分反射镜121-125将光学信号106-108中每 一个的一部分转向到对应光电子转换器111-115。每个光电子转换器将转向的光学信号转 换成与该光学信号编码相同的信息的电信号。如图1中所示，即使只有一个存储器模块 是事务的目标，该事务也包括将相同光学信号106-110广播到所有存储器模块102-105。 尽管光学功率只是随着光学波导的长度的增加而稍微增大，但是将光学信号广播到所有 存储器模块所需的光学功率与存储器模块的数量成正比。换言之，存储器控制器101必 须产生足够的光学功率，使得光学信号可以被所有存储器模块102-105接收。每事务都将控制、地址和数据广播到所有存储器模块102-105在其中仅仅一个存储器模块为该事 务的目标的情况下是对光学传送介质的低效使用。工程师和计算机科学家们认识到需要这样的方法和系统所述方法和系统可以 降低在发送和接收设备之间传输编码在光学信号中的数据所需的光学功率量
发明内容
本发明的各个实施例针对用于将光学信号从源传输到多个接收设备的方法和系 统。在一个方法实施例中，光学使能信号从所述源传输到所述多个接收设备。目标接收 设备通过准备接收一个或多个光学数据信号来对接收到光学使能信号做出响应。所述源 利用仅仅足够目标接收设备接收的光学功率将所述一个或多个光学数据信号传输到目标 接收设备。其余接收设备不接收所述一个或多个光学数据信号。


图1示出了用于将光学信号从存储器控制器广播到四个存储器模块的光学总线 系统的示意性表示。图2示出了依照本发明实施例配置的第一光学总线系统的示意性表示。图3A示出了在图2中所示的依照本发明实施例的第一光学总线系统的波导上传 输的光学使能信号。图3B示出了在图2中所示的依照本发明实施例的第一光学总线系统的四个波导 上传输的光学数据信号。图4为表示依照本发明实施例的第一双阶段方法的若干步骤的控制流程图。图5示出了依照本发明实施例配置的第二光学总线系统的示意性表示。图6示出了依照本发明实施例的对于光学使能信号和光学数据信号的光学功率 与时间的关系的示例性曲线图。图7示出了依照本发明实施例配置的第三光学总线系统的示意性表示。图8A示出了在图7中所示的依照本发明实施例的第三光学总线系统的波导上传 输的光学使能信号。图8B示出了在图7中所示的依照本发明实施例的第三光学总线系统的四个波导 上传输的光学数据信号。图9为表示依照本发明实施例的第二双阶段方法的若干步骤的控制流程图。图10示出了依照本发明实施例配置的第四光学总线系统的示意性表示。图11示出了在图7中所示的依照本发明实施例配置的光学总线系统的分解等距 视图和示例性表示。图12示出了依照本发明实施例配置的微环谐振器和相邻脊形波导的一部分的等 距视图。图13示出了依照本发明实施例的配置为p-i-n结的微环谐振器的顶视图和示意 性表示。图14示出了依照本发明实施例配置的光子晶体波导、谐振腔以及光电子器件的 一部分的顶视图。
图15A示出了依照本发明实施例配置的谐振腔。图15B示出了依照本发明实施例配置的第一电子操作的谐振腔的截面图。图15C示出了依照本发明实施例配置的第二电子操作的谐振腔的截面图。
具体实施方式
本发明的各个实施例针对用于将光学信号从源传输到多个接收设备的方法和系 统。尽管下面参照源、四个接收设备和五个或六个波导描述了系统和方法实施例，但是 本发明的实施例并不限于此。在其他实施例中，可以使用任意数量的接收设备和波导。 在下面描述的系统实施例中，源和接收设备可以代表许多不同种类的计算、网络和数据 存储设备。例如，接收设备可以代表双列直插存储器模块(“DIMM”)，并且源可以 代表管理向DIMM和从DIMM传输的数据流的存储器控制器。在另外的其他系统实施例 中，源可以代表外部存储设备，并且接收设备可以代表安装在机柜或机箱中的四个刀片 式服务器，或者它们可以代表四个机箱，每个机箱包括若干刀片式服务器。另一方面， 本发明的方法实施例可以应用到其中光学接口用于单发送器源和多接收设备的事务的任 何情形。此外，这些方法实施例通过减少任何时间点使用的活动接收设备的数量而比常 规方法消耗更少的功率。这可以通过将事务划分为两个阶段来实现。在第一阶段中，所 述接收设备中的至少一个接收指定哪个接收设备为事务的目标的少量控制信息。在第二 阶段中，只有目标接收设备真正接收数据。在特定方法实施例中，需要的光学功率取决 于仅用于事务的第一阶段的接收设备的数量。在第二阶段中，与在第一阶段相比可以传 输远远更多的数据比特，并且由于在第二阶段中只有目标接收设备真正接收数据，因而 与常规广播方法和系统相比，可以显著地降低总的事务功率。在下面的描述中，术语“光学”和“光学地”指的是利用经典的和/或量子化 的电磁辐射(“EMR” )操作的设备，所述电磁辐射具有不限于仅仅电磁频谱的可见光 部分的波长。此外，向若干包含相同材料的结构上相似的部件提供了相同的附图标记， 并且为了简洁起见，没有重复其结构和功能的解释。图2示出了依照本发明实施例的被配置成将光学信号从源202传输到四个接收设 备204-207的第一光学总线系统200的示意性表示。光学总线系统200包括六个分开的 波导211-216，每个波导在一端光学地耦合到源202。源202在每个波导211-216上输出 光学信号。特定波长λ的光学信号称为“通道”。波导211-216可以是光纤、脊形波 导或者光子晶体波导，其在下面参照图11-15更详细地加以描述。光学总线系统200包 括24个光电子转换器，例如光电子转换器218。这24个光电子转换器被定位和配置成 使得每个光电子转换器与六个波导211-216之一光学通信并且与四个接收设备204-207之 一电子通信。例如，光电子转换器218与波导211光学通信并且与接收设备205电子通 信。这些光电子转换器可以是光电检测器，例如ρ-η结或者p-i-n结光电二极管，或者任 何其他适当的光学信号_电信号转换器。光学总线系统200包括部分反射镜，其将沿着 波导211和212传输的光学信号的若干部分转向到对应光电子转换器中。例如，部分反 射镜220光学地耦合到波导211并且被配置和定位成将沿着波导211传输的光学信号的至 少一部分转向到光电子转换器218。光学总线系统200还包括谐振器，其可以由对应接收设备电子地控制以便选择性地将来自波导213-216的光学信号耦合到对应光电子转换器。这些谐振器可以被配 置成当施加适当的电压时与特定通道谐振。结果，沿着波导213-216传输的光学信号 的很大一部分可以渐逝地从波导213-216耦合到谐振器中以及耦合到对应光电子转换器 中。例如，谐振器221-224分别光学地耦合到波导213-216。谐振器221-224中的每 一个可以被配置成使得当接收设备205将适当电压施加到谐振器221-224时，每个谐振 器221-224的谐振被偏移成分别与沿着光学地耦合的波导213-216传输的光学信号的特 定通道谐振。在这种情况下，称谐振器221-224 “打开(turn ση)”。因此，沿着波导 213-216传输的光学信号分别渐逝地耦合到谐振器221-224中并且随后渐逝地耦合到光电 子转换器226-229中。另一方面，谐振器221-224可以被配置成当未向谐振器221-224 施加电压时不与沿着波导213-216传输的光学信号的通道谐振。在这种情况下，称谐振 器221-224 “关闭(turn off)”。因此，光学信号未受干扰地沿着波导213-216传输并且 通过谐振器221-224。谐振器可以是可以选择性地在光学总线系统200的两个可能的输出 波导路径之间切换光的任何适当的设备，例如下面参照图12-15描述的微环谐振器或者 光子晶体谐振腔。

源202可以调制未调制的光学信号以产生在波导211上广播到接收设备204-207 的光学时钟信号λ ^ 230。光学时钟信号λ ^ 230可以是振幅调制的、频率调制的或 者相位调制的。如图2中所示，每个部分反射镜将光学时钟信号λ CLK 230的一部分朝着 对应光电子转换器转向。光学时钟信号λ CLK 230的强度随着其通过每个部分反射镜而减 弱，如图2中通过在每个部分反射镜之后变窄的线所表示的。每个光电子转换器接收的 光学时钟信号λ CLK 230的部分被转换成传输到电子地耦合的接收设备的电时钟信号。该 电时钟信号由接收设备204-207用来使其操作与源202和未示出的其他电子设备同步。用于完成源与目标接收设备之间的事务的第一方法可以在两个阶段中完成，现 在参照图3-4使用光学总线系统200来对这两个阶段进行描述。在任何事务发生之前， 给每个接收设备分配不同的地址。源202选择或者可以由未示出的不同设备引导选择哪 个接收设备204-207是目标接收设备。出于以下描述的目的，假设最初选择接收设备205 为目标接收设备。在图3A中示出的第一阶段中，源202在波导212上将光学使能信号λ EN1 232广 播到所有接收设备204-207。源202在光学使能信号λ EN1 232中编码指示接收设备205 接收数据的信息。耦合到波导212的每个部分反射镜通过将光学使能信号λ EN1 232的一 部分转向到对应光电子转换器而减弱光学使能信号λ EN1 232的强度。每个光电子转换器 将光学使能信号λ EN1 232转换成传输到电子地耦合的接收设备的电使能信号。由于光学 使能信号λ EN1 232编码特定于接收设备205的信息，因而只有接收设备205通过“打开” 其关联的谐振器221-224而响应。其余接收设备204、206和207保持其关联的谐振器
“关闭”。在该第一阶段中，光学使能信号λ EN1 232的光学功率需要足够大，使得光学 使能信号λΕΝ1 232的一部分可以由每个部分反射镜转向并且由每个对应光电子转换器检 测到。在图3Β中所示的第二阶段中，源202中断发送光学使能信号λ EN1并且在波导 213-216上分别放置四个光学数据信号λ。、A1,入2和人3。由于谐振器221-224是仅 有的“打开”的谐振器，因而光学数据信号λ『A1,入2和入3沿着波导213-216未受干扰地通过谐振器233-236，而光学数据信号λ『A1, λ 2和λ 3的很大部分分别渐逝 地通过谐振器221-224从波导213-216耦合到光电子转换器226-229。由于光学数据信 号λ ρ A1,入2和入3未广播到其余接收设备204、206和207，因而光学数据信号λ。、 λ ρ λ 2和λ 3以仅足够接收设备205接收的光学功率产生。在第一方法的其他实施例中，由于光学使能信号在分开的波导212上传输，因 而源202可以同时在波导213-216上传输光学数据信号到接收设备并且在波导212上传输 光学使能信号到不同的接收设备以便为下一轮光学数据信号准备该不同的接收设备。例 如，如图4中所示，在光学数据信号λ ρ A1,入2和λ3正通过谐振器221-224渐逝地 从波导213-216耦合到对应光电子转换器中的同时，发送光学使能信号λΕΝ3以激活接收 设备207的谐振器。图4为表示上面参照图3描述的依照本发明实施例的双阶段方法的若干步骤的控制流程图。在步骤401中，源在光学使能信号中编码指示目标接收设备接收数据的信息 并且通过波导将该光学使能信号广播到所有接收设备。在步骤402中，所有接收设备将 光学使能信号的一部分转向。在步骤403中，由于光学使能信号包括指示仅仅目标接收 设备接收数据的信息，因而只有目标接收设备通过“打开”谐振器以便接收来自源的数 据来响应，而其余接收设备通过“关闭”其谐振器来响应。在步骤404中，源以仅仅足 够目标接收设备提取的光学功率通过若干波导在光学信号中传输数据。在本发明的其他实施例中，将来自波导211和212的光学时钟和地址信号转向的 部分反射镜可以用谐振器代替。图5示出了依照本发明实施例的被配置成将光学信号从 源202传输到接收设备204-207的第二光学总线系统500的示意性表示。除了光学地耦 合到光学总线系统200的波导211和212的部分反射镜已经由被配置成渐逝地将沿着波导 211和212传输的光学信号的一部分耦合到对应光电子转换器中的谐振器代替之外，光学 总线系统500几乎与光学总线系统200相同。例如，谐振器501-504被配置成与光学时钟 信号λ CLK 230的通道谐振并且渐逝地耦合来自波导211的光学时钟信号λ CLK 230，以及 谐振器505-508被配置成与光学使能信号λ ΕΝχ 510的通道谐振并且渐逝地耦合来自波导 212的光学使能信号λ ΕΝχ 510，其中χ为0、1、2或3。与用来渐逝地与在波导213-216 中传输的光学信号耦合的可电子地操作的谐振器不同的是，谐振器501-508不必是可电 子地操作的。图6示出了依照本发明实施例的对于光学使能信号和光学数据信号的光学功率 与时间的关系的示例性曲线图600。水平线602表示时间轴，并且竖直线604表示光学 功率轴。光学数据信号的光学功率由线606表示，并且光学使能信号的光学功率由线 608表示。曲线图600揭示，由于光学数据信号只需到达一个接收设备并且光学使能信 号λ ΕΝχ被广播到所有接收设备，所以发送光学数据信号所需的光学功率606可以显著小 于将光学使能信号λ ΕΝχ广播到所有接收设备所需的光学功率608。此外，由于光学使能 信号λ ΕΝχ仅编码接收设备的地址并且基本上不编码其他信息，因而光学使能信号的持续 时间610可以明显小于光学数据信号的持续时间612。图7示出了依照本发明实施例的被配置为将光学信号从源702传输到四个接收设 备704-707的第三光学总线系统700的示意性表示。除了光学总线系统200中包括的使 能波导212以及对应的部分反射镜和光电子转换器未包含在光学总线系统700中之外，光学总线系统700与光学总线系统200几乎相同。光学总线系统700包括五个分开的波导
711-715，每个波导在一端光学地耦合到源702。源702在每个波导711-715上输出光学 信号。波导711-715可以是光纤、脊形波导或者光子晶体波导，其在下面参照图11-15更 详细地加以描述。光学总线系统700包括20个光电子转换器，其被定位和配置成使得每 个光电子转换器与五个波导711-715之一光学通信并且与四个接收设备704-707之一电子 通信。这些光电子转换器可以是光电检测器，例如p-n结或者p-i-n结光电二极管，或者 任何其他适当的光学信号_电信号转换器。光学总线系统700包括部分反射镜，其将沿 着波导711传输的光学时钟信号Xcik 718的部分转向到对应光电子转换器中，如上面参 照图2所描述的。光学总线系统700还包括电子地控制的谐振器，其可以被配置和操作 为选择性地将来自波导712-715的光学信号耦合到对应光电子转换器中，如上面参照图2 所描述的。现在，参照图8-9使用光学总线系统700描述用于在两个阶段中完成源与目标接 收设备之间的事务的第二方法。源702选择或者可以由未示出的不同设备指示选择要在 事务中使用哪个接收设备704-707。 在第二方法实施例的第一阶段中，每个接收设备704-707 “打开”光学地耦合 到不同波导的一个谐振器并且等待光学使能信号λ EN从源702输出。例如，在图8A中 所示的一个实施例中，接收设备704-707分别“打开”谐振器720-723，并且每个接收 设备等待源702发送光学使能信号λ EN。在本示例中，假设最初已经选择接收设备705 为用于事务的目标接收设备。源702在波导713上输出光学使能信号λ en724，其渐逝地 耦合到谐振器721中以及耦合到光电子转换器726中。在该方法实施例中，在接收设备 704-707被设置为等待光学使能信号λ EN时的时间段期间发送光学使能信号λΕΝ724。在 特定实施例中，光学使能信号λ ΕΝ可以利用目标接收设备的地址来编码。在其他实施例 中，当模块数小于通道数时，光学使能信号λ ΕΝ可以简单地为脉冲或者某个其他的短持 续时间光学信号，因为光学使能信号λ ΕΝ不被广播到所有接收设备。例如，光学使能信 号724不被广播到接收设备704、706和707，并且因而可以以仅仅足够到达接收设备705 的光学功率来产生。现在参照图8Β，在第二方法实施例的第二阶段中，当用于发送光学使能信号 λ ΕΝ的时间段基本上结束时，未选择的接收设备704、706和707分别“关闭”其谐振器 720、722和723，并且选择的接收设备705通过“打开”谐振器730-732而响应光学使 能信号λΕΝ724。源702分别在波导712-715上单独地发送四个光学数据信号λ ^ λ ^ 入2和入3。由于谐振器721和730-732是仅有的“打开”的谐振器，因而光学数据信 号λ。、A1,入2和入3沿着波导712-715未受干扰地通过谐振器720和736-738，并且 光学数据信号λ。、A1, λ 2和λ 3的很大部分渐逝地通过谐振器726和730-732从波导
712-715耦合到对应光电子转换器。图9为表示上面参照图8描述的依照本发明实施例的双阶段方法的若干步骤的控 制流程图。在步骤901中，所有接收设备“打开”光学地耦合到不同波导的一个谐振器 并且这些接收设备在目标时间间隔期间全部等待光学使能信号。在步骤902中，源通过 在耦合到目标接收设备“打开”的谐振器的波导上传输光学使能信号来将光学使能信号 传输到目标接收设备。在步骤903中，只有目标接收设备通过“打开”谐振器以便接收来自源的数据来响应，而其余接收设备通过“关闭”其谐振器来响应。在步骤904中， 源以仅仅足够目标接收设备提取的光学功率通过若干波导在光学信号中将数据传输到目 标接收设备 。在本发明的其他实施例中，将来自波导711的光学时钟信号XeuJlS转向的部 分反射镜可以用谐振器代替。图10示出了依照本发明实施例的被配置成将光学信号从 源702传输到四个接收设备704-707的第二光学总线系统1000的示意性表示。除了光学 总线系统700的部分反射镜已经被配置成与光学时钟信号λ CLK 718的通道谐振的谐振器 1001-1004代替之外，光学总线系统1000几乎与光学总线系统700相同。因此，谐振器 1001-1004渐逝地耦合来自波导711的光学时钟信号λ^718，并且将其耦合到关联的光 电子转换器中。与用来渐逝地与在波导712-715中传输的光学数据信号耦合的可电子地 操作的谐振器不同的是，谐振器1001-1004不必是可电子地操作的。在上面描述的第一和第二方法实施例的特定变型中，所述四个光学数据信号 λ0, A1, λ 2和λ 3可以通过调制四个未调制的光学信号来产生。这些光学数据信号可以 是相同的通道或者不同通道的任意组合。当被“打开”时，只有光学地耦合到一个波导 的谐振器被配置成与沿着该波导传输的光学数据信号的通道谐振，并且当谐振器被“关 闭”时，其不与相同光学数据信号谐振。上面描述的光学总线系统200、500、700和1000可以实现在适当材料的任何板 中。图11示出了在图7中所示的依照本发明实施例配置的光学总线系统700的分解等距 视图和示例性表示。光学总线系统700在单个板1102中形成。板1102可以由诸如Si和 Ge之类的半导体或者由周期表的IIIA族元素(例如Al、Ga和In)以及周期表的VA族元 素(例如N、P、As和Sb)的组合形成的化合物半导体构成。GaAs、AsGaAs> InGaAs 和InGaAsP为化合物半导体的示例。板1102也可以由诸如二氧化硅(SiO2)和氮化硅 (Si3N4)之类的适当电介质材料构成。在特定系统实施例中，图2中所示的波导211-216和图7中所示的波导711-715 可以是脊形波导，并且诸如谐振器221之类的谐振器可以是微环谐振器。图12示出了设 置在衬底1206上且依照本发明实施例配置的微环谐振器1202和相邻脊形波导1204的一 部分的等距视图。当光学信号的通道与微环1202谐振时，光学信号沿着波导1204的传 输可以大大降低。光学信号渐逝地从波导1204耦合到微环1202中。包围微环谐振器1202的区域可以掺杂有电子施主原子和电子受主原子并且可以 由如上面参照图3-4和图8-9所述的对应接收设备电子地控制。图13示出了依照本发明 实施例配置的电子地控制的微环谐振器1302和脊形波导1304的顶视图和示意性表示。 微环1302被定位成紧邻波导1304。在特定实施例中，微环1302包括本征半导体。ρ型 半导体区域1306可以在微环1302的半导体衬底内部形成，并且η型半导体区域1308和 1310可以在包围微环1302的外面的半导体衬底中和波导1304的相对侧上形成。ρ型区 域1306以及η型区域1308和1310形成围绕微环1302的p-i-n结。在其他实施例中，可 以通过在微环1302的半导体衬底内部形成η型半导体区域1306并且在包围微环1302外 面的半导体衬底中形成ρ型半导体区域1308和1310来反转这些掺杂剂。微环1302的谐振可以通过向区域1306以及区域1308和1320施加适当的电 压或电流来电子地控制。微环1302可以被配置成使得微环1302的谐振不与沿着波导1304传播的光学信号的通道谐振。另一方面，微环1302也可以被配置成使得当适当 的电压施加到微环1302时，相同的光学信号与微环1302谐振并且渐逝地从波导1304 耦合到微环1302中。当随后“关闭”电压时，微环1302的谐振偏移回去并且相同的 光学信号沿着波导1304不受干扰地传播。关于微环调制器的示例，参见Q.Xu等人的 "12.5Gbit/s carrier-injection-based silicon microring silicon modulators, ” Optics Express 15，430(2007)。在其他系统实施例中，图2中所示的波导211-216以及图7中所示的波导 711-715可以是光子晶体波导，并且诸如谐振器221之类的谐振器可以是谐振腔。光子晶 体 是由两种或更多种不同材料组成的光子器件，所述材料具有当以规则模式组合时，可 以修改电磁辐射(‘‘EMR” )的传播特性的电介质性质。二维光子晶体可以由在电介质 或半导体板中制成的规则圆柱孔晶格组成。圆柱孔可以是空气孔或者填充与光子板的电 介质材料不同的电介质材料的孔。二维光子晶体可以被设计成反射指定频带内的EMR。 结果，二维光子晶体可以被设计和制造为阻止具有光子晶体的光子带隙内的频率的EMR 的传播的频率带阻滤波器。通常，圆柱孔的尺寸和相对间距控制EMR的哪些波长被禁 止在二维光子晶体中传播。然而，可以将缺陷引入圆柱孔晶格中以产生特定局部化的部 件。特别地，可以制造也称为“点缺陷”的谐振腔以提供临时捕获窄范围波长的EMR 的谐振器。可以制造也称为“线缺陷”的波导以传输具有位于光子带隙的波长范围内的 波长的EMR。图14示出了依照本发明实施例的在板1408中形成的光子晶体波导1402、谐振腔 1404以及光电子器件1406的一部分的顶视图。诸如圆1410之类的圆代表跨越板1408的 高度的孔。谐振腔可以通过省略、增加或者减小选择的圆柱孔的尺寸来创建。特别地， 谐振腔1404通过省略圆柱孔来创建，如虚线圆包围的空区域所示。包围谐振腔1404的 孔以及波导1402形成二维布拉格光栅，其临时地在波导1402和谐振腔1404中捕获光子 晶体带隙的频率范围内的EMR。光子晶体波导是可以用来引导光子晶体带隙的特定波长 范围内的光学信号的光学传输路径。波导可以通过改变一定列或行的圆柱孔内的特定圆 柱孔的直径或者通过省略若干行圆柱孔来制造。例如，波导1402通过省略整行圆柱孔来 创建。分支波导网络可以用来在通过光子晶体的许多不同通路中引导EMR。沿着波导 传播的电磁信号的直径可以小至λ/3η，其中η为板的折射率，同时谐振腔的谐波模体积 可以小至2 λ/3η。波导和谐振腔在阻止EMR逃逸进入直接包围波导和谐振腔的区方面可能不是 100%地有效。例如，沿着波导传播的光子带隙中的频率范围内的EMR也倾向于漫射到 包围波导的区域中。进入包围波导1402或谐振腔1404的区的EMR在称为“渐逝”的 过程中经历振幅方面的指数衰减。结果，谐振腔1404位于波导1402的短距离之内，以 便允许波导1402载送的特定波长的EMR渐逝地从波导1402耦合到谐振腔1404中。取 决于谐振腔1404Q因子，提取的EMR在渐逝地耦合到光电子器件1406中之前可以保持 被捕获在谐振腔1404中并且谐振。图15Α示出了依照本发明实施例配置的谐振腔1502和板1504的一部分。谐振 腔1502通过省略圆柱孔来创建。谐振腔1502的直径以及包围谐振腔1502的圆柱孔(例 如圆柱孔1506)的模式和直径可以被选择成临时地在谐振腔1502内捕获特定通道的光学信号。板1504位于玻璃衬底1508之上。如图15A中所示，板1504可以包括夹在正掺杂的半导体层1512与负掺杂的半导体层1514之间的本征层1510。图15B示出了依照本发明实施例配置的第一可电子控制的谐振腔的截面图。谐 振腔1502夹在两个电极1520与1522之间。板1504可以包括p-i_n层1510、1512和 1512，或者单个层，例如单个电介质层或半导体层。通过跨谐振腔1502施加电压，谐振 腔的谐振可以偏移成与光学信号的通道谐振。图15C示出了依照本发明实施例配置的第二可电子控制的谐振腔的截面图。谐 振腔1502夹在两个电极1524与1526之间。板1504也可以包括p-i_n层1510、1512和 1512，或者单个层，例如单个电介质层或半导体层。通过跨谐振腔1502施加电压，谐振 腔的谐振也可以偏移成与光学信号的通道谐振。前面的描述出于解释的目的使用了特定的术语以便提供对于本发明的彻底理 解。然而，本领域技术人员应当清楚的是，并不需要这些特定细节来实施本发明。前面 的对于本发明特定实施例的描述出于说明和描述的目的而被提供。它们并不意在是穷举 的或者将本发明限于所公开的确切形式。显然，鉴于上面的教导，许多修改和变型都是 可能的。所述实施例被示出和描述以便最佳地解释本发明的原理及其实际应用，从而允 许本领域技术人员最佳地利用本发明以及具有适于设想的特定用途的各种修改的不同实 施例。本发明的范围旨在由下面的权利要求及其等效物限定。
权利要求
1.一种用于将一个或多个光学数据信号从源传输到多个接收设备中的目标接收设备 的方法，该方法包括将光学使能信号传输到所述多个接收设备，其中目标接收设备通过准备接收所述一 个或多个光学数据信号来响应于接收到光学使能信号；以及将所述一个或多个光学数据信号从所述源传输到目标接收设备并且其余接收设备不 接收所述一个或多个光学数据信号。
2.权利要求1的方法，还包括在将所述一个或多个光学数据信号传输到目标接收设备 之前终止光学使能信号。
3.权利要求1的方法，还包括在将所述一个或多个光学数据信号从源传输到目标接收 设备的同时将第二光学使能信号传输到第二目标接收设备。
4.权利要求1的方法，还包括在第一波导中传输光学使能信号；以及在与第一波导不同的一个或多个分开的波导中传输所述一个或多个光学数据信号。
5.权利要求1的方法，还包括在第一时间段内传输光学使能信号并且使用相同的一个 或多个波导在第二时间段内传输所述一个或多个光学数据信号。
6.权利要求1的方法，其中所述一个或多个光学数据信号中每一个的光学功率小于光 学使能信号的光学功率。
7.权利要求1的方法，其中与传输所述一个或多个光学数据信号关联的持续时间小于 与传输光学使能信号关联的持续时间。
8.权利要求1的方法，其中将光学使能信号传输到所述多个接收设备还包括在未调制 的光学信号中编码目标接收设备的地址。
9.权利要求1的方法，其中将光学使能信号传输到所述多个接收设备还包括仅将光学 脉冲传输到目标接收设备。
10.权利要求1的方法，其中将所述一个或多个光学数据信号从源传输到目标接收设 备还包括配置与目标接收设备关联的谐振器以接收所述一个或多个光学数据信号。
11.权利要求1的方法，其中将光学使能信号传输到所述多个接收设备还包括所述多 个接收设备中的每一个将适当的电压施加到关联的电子地控制的谐振器并且等待接收光 学使能信号。
12.权利要求1的方法，其中其余接收设备不接收所述一个或多个光学数据信号还包 括其余接收设备中断将适当的电压施加到关联的电子地控制的谐振器。
13.—种光学总线系统，包括波导，其具有第一端和第二端，其中第一端光学地耦合到在该波导上输出光学信号 的源；谐振器，其光学地耦合到该波导并且电子地耦合到接收设备，其中谐振器被配置成 使得当接收设备将适当的电压施加到谐振器时，谐振器渐逝地将所述光学信号的至少一 部分从所述波导耦合到所述谐振器中；以及光电子转换器，其光学地耦合到所述谐振器并且电子地耦合到接收设备，其中光电 子转换器将在所述谐振器中谐振的光学信号转换成传输到所述接收设备的电信号。
14.权利要求13的光学总线系统，其中所述光学信号还包括以下之一CN 102027697 A权利要求书2/2页光学使能信号；以及 光学数据信号。
15.权利要求13的光学总线系统，还包括第二波导，其具有第一端和第二端，其中第一端光学地耦合到在该波导上输出光学 使能信号的源；转向器，其光学地耦合到第二波导，使得该转向器将来自所述波导的光学使能信号 的一部分转向；以及光电子转换器，其电子地耦合到接收设备并且被定位成接收光学使能信号的转向的 部分且将光学使能信号转换成电信号，使得接收设备将适当的电压施加到谐振器。
16.权利要求15的光学总线系统，其中转向器还包括以下之一 部分反射镜；以及微环谐振器。
17.权利要求13的光学总线系统，其中波导还包括以下之一 脊形波导；以及光子晶体波导。
18.权利要求13的光学总线系统，其中谐振器还包括以下之一 被配置为p-i-n结的微环谐振器；以及被配置为p-i-n结的光子晶体谐振腔。
19.权利要求13的光学总线系统，其中光电子转换器还包括以下之一 p-n结光电二极管；p-i-n结光电二极管；以及 适当的光学信号_电信号转换器。
20.权利要求13的光学总线系统，其中所述源和接收设备还分别包括存储器控制器和 双列直插存储器模块。
全文摘要
本发明的各个实施例针对用于将光学信号从源传输到多个接收设备的方法和系统。在一个方法实施例中，光学使能信号从所述源传输到所述多个接收设备。目标接收设备通过准备接收一个或多个光学数据信号来对接收到光学使能信号做出响应。源将所述一个或多个光学数据信号发送到目标接收设备。其余接收设备不接收所述一个或多个光学数据信号。
文档编号H04L12/42GK102027697SQ200880129118
公开日2011年4月20日 申请日期2008年3月10日 优先权日2008年3月10日
发明者A·L·戴维斯, M·麦拉伦, 安廷镐 申请人:惠普开发有限公司