[发明专利]电路切换光互连结构

说明书

背景技术

光束或光信号经常被用于传输数字数据。例如，光信号可以用于远距离地、在邻近电路板上的电子组件之间或者在单个电路板上的电子组件之间传输数据。对于多个电子组件之间的大规模互连来说，可以使用光学结构。光学结构可以具有多种特性，包括以最少组件将任一或全部输入端连接至任一或全部输出端的能力。还可以期望光学结构耦合效率高、能够重新路由工作负荷以消除系统拥塞、可模块化、可靠性高、成本低。

附图说明

附图示出这里所述原理的各种实施例，并且作为说明书的一部分。所示实施例仅仅是示例性的，而不限制权利要求的范围。

图1是根据这里所述原理的一个实施例的示例性电路切换光互连结构的图。

图2A和图2B是根据这里所述原理的一个实施例的示例性交叉点开关的图。

图3A至图3B是根据这里所述原理的一个实施例的合并有多个交叉互连矩阵(crossbar)开关的示例性光互连结构的图。

图4A至图4D是根据这里所述原理的一个实施例的示例性交叉点开关的图。

图5A至图5E是根据这里所述原理的一个实施例的合并有潜望棱镜的示例性光学交叉点开关的图。

图6A和图6B是根据这里所述原理的一个实施例的合并有动态镜面的示例性光学交叉点开关的图。

图7A和图7B是根据这里所述原理的一个实施例的以无源方式将光信号分配到所有分接线的示例性光互连结构的图。

图8A和图8B是示出根据这里所述原理的一个实施例的可以用在电路切换光互连结构内的光学元件中的光学损耗的图。

图9是根据这里所述原理的一个实施例的将来自多个分接头的光信号合并到单个I/O端口中的树形拓扑图。

图10是根据所里所述原理的一个实施例的各个分接线从多个总线端口接收光信号的树形拓扑图。

图11是根据这里所述原理的一个实施例的使用对多个刀片计算机进行互连的电路切换光互连结构的计算机系统图。

图12是示出根据这里所述原理的用于创建和配置电路切换光互连结构的一个示例方法的流程图。

附图中，相同的附图标记始终指代相似但不一定相同的元件。

具体实施方式

光束或光信号经常被用于传输数字数据。例如，光信号可以用于在单个电路板上的电子组件之间或者在邻近电路板上的电子组件之间传输数据。这些光信号可以使用波导来路由。波导利用控制光能量扩展的边界来承载光能量，并将其引导到期望的位置。光通信的一个方面是光通道与诸如背板、电子装置、半导体激光器、光探测器、其它组件之类的各种其它装置之间的互连。波导之间良好的光互连应当具有高耦合效率、易于形成耦合、成本低、能够再配置，并形成可靠连接。

已发现中空金属波导可以是适于创建电路切换光互连结构的效率惊人且便宜的波导。中空金属波导包括由高反射金属壁环绕的中空空气芯。中空金属波导可以以多种衬底，包括硅、玻璃、聚碳酸酯等制造。可以使用多种图案化工艺，包括切割、激光加工、湿法和干法刻蚀、注射成型、压模、挤压成型和其它合适工艺，形成中空金属波导。例如，可以使用某些形式的塑料注射成型创建可被金属化以形成中空金属波导的沟槽。根据一个示例性实施例，使用溅射工艺对这些沟槽的侧壁和底部进行金属化，以提供所关注波长的高反射表面。例如，银或金可以溅射涂敷到沟槽中，以提供反射涂层。在某些实施例中，在银上涂覆保护涂层并防止氧化的钝化层，例如氮化铝，可能是有利的。另外，可以提供底涂层，以改善银层与衬底的粘附力。然后可以将波导覆盖件附到图案化的衬底上，以覆盖沟槽并完成中空金属波导。中空金属波导截面的典型尺寸可以大约是100微米×100微米或150微米×150微米。波导的尺寸和几何图形可以根据具体设计而改变。

中空金属波导的低折射率空气芯产生几个独特的特征，这些特征在被更广泛研究的聚合物芯波导中没有发现。这些中空金属波导呈现出光互连系统所需的极低光学损耗、低耦合损耗、极低光束发散和低模态色散的潜能。与聚合物波导或其它固体波导不同，在中空金属波导内部引导的光呈现出极低的光束发散，这允许在波导段之间引入缝隙，在光穿过这些缝隙时损耗极低。本发明将利用这一属性。此外，与固体芯波导相比，中空金属波导在输入和输出面处没有反射损耗。这些波导可以被认为是自由空间传播加上借助于金属壁的少许引导以补偿衍射效应。以硅制造并且涂敷有银的中空金属波导的某些实施例已实现了低于0.05dB/cm的损耗。中空金属波导的空气芯产生极小的光学色散，这允许中空金属波导以接近于太赫兹频率的速率传输数据。