KR20100110381A - 자유 공간 광인터커넥트 - Google Patents

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KR20100110381A
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

서버(100)와 같은 시스템은 다중 자유-공간 광통신 신호들을 동적으로 정렬한다. 일 시스템 실시예는 제1 서브시스템(110) 내의 제1 어레이(114)와 제2 서브시스템(110) 내의 제2 어레이(116)를 포함한다. 상기 제1 어레이(114)는 제1 렌즈(220), 자유 공간, 제2 렌즈(270)를 통해 상기 제2 어레이(116)로 송신되는 광신호들을 생성하는 송신기들을 포함한다. 상기 제2 어레이(116)는 수신기들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 렌즈들(220, 270)은 상기 제2 어레이(116)상에 상기 제1 어레이(114)의 이미지를 형성하는 텔레센트릭 렌즈를 구성한다. 장착 시스템들(230, 280)은 상기 제1 및 제2 렌즈들(220, 270)을 각각 상기 제1 및 제2 서브시스템들(110)에 부착하고, 상기 장착 시스템들(230, 280) 중 적어도 하나는 이미지 정렬을 유지하도록 상기 부착된 렌즈(220, 270) 또는 그 외의 광학 요소(210, 260)를 동적으로 이동시킨다.

Description

자유 공간 광인터커넥트{FREE SPACE OPTICAL INTERCONNECT}
고 데이터 레이트 신호 송신은 많은 시스템에서 고려된다. 현재의 서버 시스템은, 예를 들어, 고 데이터 레이트로 서로 통신할 필요가 있는 사용자 선택 구성요소들의 세트를 종종 사용한다. 예를 들어, 블레이드들을 사용하는 서버 시스템에서, 블레이드들(예를 들면 서버 블레이드들과 저장소 블레이드들)은 공통 인클로저(enclosure)에 장착되고 냉각 팬, 전원 및 인클로저 관리와 같은 시스템 구성요소들을 공유한다. 블레이드들이 함께 동작하여 원하는 데이터 저장, 처리 및 통신을 제공하기 위해서는, 서버 시스템이 블레이드 사이에서의 통신을 위한 고 데이터 레이트 통신 채널을 제공할 필요가 있다.
전기적 시그널링을 사용하는 데이터 채널은 일반적으로 고 데이터 송신 레이트를 제공하는 고 주파수 전기적 신호를 요구하고, 고 주파수 발진은 구리 선과 같은 전도체를 통해 송신되는 전기적 신호에 임피던스 및 노이즈 문제를 일으킬 수 있다. 광학적 시그널링을 사용하는 데이터 채널은 이러한 문제들 중 많은 부분을 피할 수 있지만, 도파형 광학적 시그널링은 복잡한 도파관 및/또는 느슨한 광케이블 또는 리본의 취급을 요구할 수 있다. 광케이블 또는 리본은 서버와 같은 시스템에서 공간 및 신뢰성 문제를 초래할 수 있다. 자유-공간 광학적 시그널링은 전기적 신호와 연관된 임피던스 및 노이즈 문제를 피하고 도파관 또는 광케이블에 대한 수요를 피한다. 그러나, 서버와 같은 시스템에서 자유-공간 광데이터 채널의 사용은 일반적으로 광송신기와 광수신기를 정확하게 정렬하는 능력과 기계적 진동 및 열적 진동을 겪을 수 있는 환경에서 그 정렬을 유지하는 능력을 요구한다. 자유-공간 광데이터 채널에 대한 정렬의 확립 및 유지의 직면 과제는 다중 데이터 광채널이 요구될 때 증가할 수 있다. 따라서, 경제적 및 효율적으로 다중 자유-공간 광채널을 확립 및 유지하는 시스템 및 방법이 요구된다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 광시스템은 데이터 통신을 위한 다중 자유-공간 광신호들을 정렬하고 제공할 수 있다. 시스템의 일실시예는 제1 서브시스템 내의 제1 어레이와 제2 서브시스템 내의 제2 어레이를 포함한다. 제1 어레이는 제1 렌즈, 자유 공간 및 제2 렌즈를 통해 제2 서브시스템 내의 제2 어레이에 도달하도록 송신되는 광신호들을 각각 생성하는 송신기들을 포함한다. 제2 어레이는 광신호들에 각각 대응하는 수신기들을 포함하고, 제1 렌즈와 제2 렌즈는 함께 제2 어레이 상에 제1 어레이의 이미지를 형성하는 텔레센트릭 렌즈를 구성한다. 제1 및 제2 장착 시스템들은 제1 및 제2 렌즈들을 제1 및 제2 서브시스템들에 각각 부착시키고, 장착 시스템들 중 적어도 하나는 부착된 렌즈 또는 다른 광학 요소를 동적으로 이동시켜 제2 어레이 상의 정렬된 위치에서 제1 어레이의 이미지를 유지한다.
도 1은 시스템 플레인들 또는 블레이드들 사이에서의 통신을 위해 정렬-내성(alignment-tolerant) 자유-공간 데이터 채널을 사용하는 본 발명의 일실시예에 따른 서버 시스템을 도시한다.
도 2는 시준(collimation) 및 정렬 시스템들을 공유하는 다중 병렬 광통신 채널들을 사용하는 시스템을 도시한다.
도 3A 및 3B는 광플레이트를 기울여 빔을 시프트시키는 방법을 도시한다.
도 4A, 4B, 4C, 4D는 텔레센트릭 렌즈를 형성하는 렌즈들의 이동 및 오정렬(misalignment)로 인한 이미지의 이동을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수신기 어레이의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다중-채널 광통신을 이용한 서버 시스템의 단면도이다.
상이한 도면에서 동일한 참조 표시의 사용은 유사하거나 동일한 요소를 가리킨다.
본 발명의 일 형태를 따라, 송신기 어레이에 인접한 요소들의 제1 세트와 수신기 어레이에 인접한 요소들의 제2 세트를 갖는 텔레센트릭 광시스템은 진동 및 열적 변화를 받는 다중-보드 시스템에서조차 고 데이터 레이트 통신을 위한 정렬된 다중 자유-공간 광통신 채널들을 유지할 수 있다. 광시스템이 수신기 어레이 상에 송신기 어레이의 이미지를 형성할 수 있도록, 모든 광신호들은 광학 요소들의 초점을 맞추는 것을 통해 병렬로 전달된다. 광시스템의 텔레센트리시티(telecentricity)는 이미지 왜곡을 피하고 송신기 어레이와 수신기 어레이 사이의 간격 범위에 대하여 검출기들의 감광성 영역 상에 송신기들의 이미지들을 유지시키는 내성을 제공한다. 동적 정렬 제어 시스템은 통신 채널들이 유지되는 환경에서 진동 및 열적 변화에도 통신 채널들을 정렬된 상태로 유지시키기 위해 광축에 수직으로 송신기 어레이의 이미지를 시프트시키도록 광학 요소들을 이동시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 통신 채널들을 이용하는 서버 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 공유된 백플레인(120) 상에 장착된 블레이드(110)들의 세트를 포함한다. 전원 변압기 및 냉각 팬과 같은 부가적인 구성요소들(130)이 또한 백플레인(120)에 접속될 수 있고, 전체 조립체는 통상적으로 공유된 인클로저에 포함될 것이다(도시 생략). 사용자 인터페이스 및 서버 시스템(100)에 대한 외부 접속을 위한 소켓들은 공유된 인클로저를 통해 제공될 수 있다.
시스템(100) 내의 블레이드들(110)의 일부 또는 전부는 실질적으로 동일하거나 상이한 기능들을 수행하는 상이한 설계의 것일 수 있다. 예를 들어, 일부 블레이드들(110)은 서버 블레이드들이거나 저장 블레이드들일 수 있다. 각 블레이드(110)는 블레이드(110)의 특정한 기능을 구현하는 하나 이상의 서브시스템(112)을 포함한다. 서브시스템(112)은 인쇄 회로 기판 상의 구성요소와 같이 각 블레이드(110)의 어느 한 면 또는 양면 상에 장착될 수 있고, 또는 블레이드들(110)은 블레이드(110)의 내부에 서브시스템들(112)을 갖도록 인클로저들을 포함할 수 있다. 그러한 서브시스템들(112)에의 통상적인 예시들은 하드 드라이브들 또는 다른 데이터 저장장치와, 마이크로프로세서, 메모리 소켓, 및 집적 회로 메모리와 같은 전형적인 컴퓨터 구성요소들을 포함하는 프로세서 서브시스템들을 포함한다. 서브시스템들(112) 및 블레이드들(120)의 일반적인 특징들은 휴렛-팩커드 사를 통해 상용화된 서버 시스템들의 c-클래스 아키텍처와 같은, 블레이드 아키텍처들을 사용한 서버 시스템들로 알려진 전형적인 유형들일 수 있다.
각 블레이드(110)는 추가적으로 광송신기들(114)의 하나 이상의 어레이와 광수신기들(116)의 하나 이상의 어레이를 포함한다. 각 송신기 어레이(114)는 블레이드들(110)이 백플레인(120) 상에 적합하게 장착되었을 때 이웃 블레이드(110) 상의 대응하는 수신기 어레이(116)와 명목상 정렬되도록 블레이드(110) 상에 배치된다. 서버 시스템(100)을 위한 통상적 구성에서, 대응하는 송신기 어레이(114)와 수신기 어레이(116)에 사이에 약 5 cm의 자유 공간이 있을 수 있고, 각 수신기 어레이(116)는 블레이드들(110)의 기계적 장착에서의 변동 때문에 연관된 송신기 어레이(114)에 대하여 약 500 내지 1000 ㎛ 정도의 병진적 오정렬 및 약 1.5°에 달하는 각도적 오정렬이 있을 수 있다. 추가적으로, 송수신기들(114,116)의 정렬은 제작 공차, 온도 변화, 및/또는 예를 들면, 냉각 팬이나 하드 드라이브의 동작으로 인한 기계적 진동 때문에 40 내지 50 ㎛ 정도 및 2°에 달하는 변동이 있을 수 있다.
각 송신기 어레이(114)는 집적 회로 다이 내에 또는 상에 집적될 수 있는 수직 공동 표면 방사 레이저(VCSEL) 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 광원들 또는 이미터들의 어레이를 포함할 수 있다. 어레이(114) 내의 각 광원은 고 데이터 레이트, 예를 들면 약 10 Gb/s의 송신을 위해 데이터를 인코딩하도록 독립적으로 변조될 수 있는 빔(118)을 방사한다.
각 수신기 어레이(116)는 일반적으로 검출기들, 예를 들면, 각 포토다이오드가 포토다이오드에 수신된 신호의 데이터 레이트에 따라 선택된 사이즈의 감광성 영역을 갖는 포토다이오드들의 어레이를 포함한다. 10 Gb/s 이상의 데이터 레이트를 위해서는 감광성 영역의 폭은 일반적으로 약 40 ㎛ 이하로 요구된다.
광시스템(115)은 각 송신기 어레이(114)에 인접한다. 하기에 설명되겠지만, 시스템(115) 내의 광학 요소들의 적어도 일부는 모든 광신호들에 의해 공유되는 텔레센트릭 렌즈의 일부분을 형성한다. 일 실시예에서, 광시스템(115)은 동적이고, 광학 요소들을 이동시킬 수 있는 마운팅들에 하나 이상의 광학 요소들을 포함함으로써, 제어 시스템이 송신기 어레이(114)로부터의 빔의 위치 또는 방향을 조정할 수 있다. 다른 실시예에서는, 광시스템(115)은 동작중에 고정되고, 매칭되는 수신기 어레이(116)와 연관된 광시스템(117)이 광데이터 채널 상의 송신중에 송신기-수신기의 정렬을 유지하도록 동적으로 조정된다. 일반적으로, 광시스템(115, 117) 모두 동적일 수 있다.
광시스템(117)은 각 수신기 어레이(116)에 인접한다. 각 광시스템(117)은 매칭되는 광시스템(115) 내의 광학 요소들과 조합될 때, 바람직하게는 이미지 측과 물체 측 모두 텔레센트릭한, 텔레센트릭 렌즈를 형성하는 광학 요소들을 포함하고, 텔레센트릭 렌즈는 수신기 어레이(116) 상에 송신기 어레이(114)의 이미지를 형성한다. 그 결과, 수신기 어레이(116) 내의 검출기들은 송신기 어레이(114) 내의 이미터들로부터 각각의 광신호들(118)을 수신한다. 시스템들(115, 117)의 쌍에 의해 제공되는 텔레센트리시티는 송신기 어레이(114)와 수신기 어레이(116) 사이의 광통신 채널이 송신기 어레이(114)와 수신기 어레이(116) 사이의 간격의 변동에 내성 즉, 텔레센트릭 렌즈의 광축을 따른 이동에 내성을 가지게 한다.
광시스템(117)은 동적으로 조정가능할 수 있고, 광데이터 채널들을 통한 데이터 송신 동안 광학 요소들을 이동시킬 수 있는 마운팅에 하나 이상의 광학 요소들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 광시스템(117)은 대응하는 송신기 광시스템(115)이 고정된 실시예들에서 동적으로 조정가능할 필요가 있지만, 대응하는 송신기 광시스템(115)이 동적으로 조정가능한 실시예들에서는 광시스템(117)에 있어 동적으로 조정가능한 것은 선택적이다. 광시스템(115) 및/또는 광시스템(117) 내의 제어 시스템은 광시스템(115 및/또는 117) 내의 하나 이상의 광학 요소의 위치를 조정하도록 동작할 수 있다. 블레이드들(110) 사이에서 확립된 어떠한 통신들도, 광시스템들(115,117)의 동적 동작을, 예를 들면, 정렬 데이터를 수신기 어레이(114)로부터 광시스템(117)을 위한 서보 제어 시스템으로 송신하는 것과 같이, 조정하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들면, 정렬 데이터는 저 데이터 레이트 전기적 채널 상에서 또는 블레이드들(110) 사이의 어떠한 광채널 상의 데이터의 일부로서 전달될 수 있다. 정렬 데이터의 송신은 광시스템(115)이 고정되고 광시스템(117)만 동적 정렬을 수행하는 본 발명의 실시예들에서는 불필요할 수도 있다. 그러나, 송신기측 광시스템(115)에서의 빔 제어는 오정렬시 광시스템(117)만 정정되는 경우에 요구되는 것보다 광시스템(117)에서 더 작은 (그에 따라 저비용인) 광학 요소들의 사용을 허용하는 기하학적 이점을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 다중 광통신 채널을 제공하는 시스템(200)의 개략도를 도시한다. 시스템(200)은 도 1을 참조로 설명된 것과 같이 광시스템(115)과 연관된 송신기 어레이(114) 및 광시스템(117)과 연관된 수신기 어레이(116)를 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서 광시스템(115)은 능동/동적 마운팅(230)에 붙들린 플레이트(210)와 렌즈(220)를 포함한다. 동적 마운팅(230)은 광데이터 채널들의 동작 동안 광학 요소들(210,220)을 어떻게 이동시킬 것인가를 결정하는, 송신기 제어 시스템(240)의 제어하에 있다. 수신기 광시스템(117)은 마찬가지로 능동/동적 마운팅(280)에 붙들린 플레이트(260)와 렌즈(270)를 포함하고, 수신기 제어 시스템(290)은 마운팅(280)을 제어하여 광학 요소들(260, 270)을 이동시킨다. 어레이들(114, 116)이 차례로 정렬되면, 제어 시스템(240, 290)은 고 데이터 레이트 광통신을 위한 정렬을 유지하도록 광학 요소(210, 220, 260, 270)를 이동시킬 수 있다.
광시스템들(115, 117)은 수신기 어레이(116)의 플레인에 송신기 어레이(114)의 이미지를 형성하는 텔레센트릭 렌즈로서 동작하도록 협력한다. 적절한 정렬로, 송신기 어레이(114) 내의 광원들이 수신기 어레이(116) 내의 검출기들과 일치하도록 송신기 어레이(114)가 수신기 어레이(116) 상에 투영한다. 도 2는 조합된 광시스템(115, 117)이 송신기 어레이(114)의 이미지를 반전시키기 때문에, 수신기 어레이(116)의 검출기들의 패턴이 송신기 어레이(114)의 광원들의 패턴에 대해 반전되어 있는 일례를 도시한다. 게다가, 예시적인 실시예에서, 수신기 어레이(116)의 감광성 영역들은 송신기 어레이(114)의 광원들과 동일한 피치를 갖고, 텔레센트릭 렌즈는 단위(즉, 1x) 배율을 갖는다. 대안으로는, 텔레센트릭 렌즈의 배율은 송신기 어레이(114)의 이미지의 사이즈를 수신기 어레이(116)의 사이즈에 맞추기 위해 확대하거나 축소하도록 선택될 수 있다.
조합된 광시스템이 텔레센트릭하기 때문에 송신기 어레이(114)의 이미지의 사이즈 및 배율은 어레이들(114, 116) 사이의 간격에 따라 크게 변하지 않는다. 따라서, 진동 또는 열적 변화가 송신기 어레이(114) 또는 수신기 어레이(116)를 도 2의 Z 방향으로 이동시킨다면, 수신기 어레이(116) 상의 송신기 어레이(114)의 이미지의 사이즈는 변하지 않는다. 텔레센트릭 렌즈들은 또한 필드 왜곡과 같은 다양한 유형의 왜곡으로부터 자유롭다. 그 결과, 도시된 영역들의 사이즈 및 간격은 일정하게 유지되고, 이미지의 중심이 수신기 어레이(116)의 중심에 맞춰져서 유지되는 한 다수의 채널은 정렬된 채로 있을 것이고 이미지가 차례로 수신기 어레이(116)에 정렬된다. 코마 또는 다른 왜곡의 없음 및 감소는 하나의 광신호로부터 다른 광신호를 위한 검출기에 새어 들어가는 광에 의해 유발되는 크로스토크를 감소시킨다. 노이즈 또는 크로스토크를 더 감소시키기 위해 선택적으로, 이상적으로는 광시스템(115)의 포커싱 효과가 광신호를 넘어가도록 하는, 애퍼처(250)가 광시스템(115, 117) 사이에 삽입될 수 있다. 별도의 애퍼처들(도시 생략)은 또한 또는 대안으로 수신기 어레이(116)의 검출기 주변에 각각 제공될 수 있다.
마운팅들(230, 280)은 수신기 어레이(116)의 중심과 송신기 어레이(114)의 이미지의 중심을 정렬하도록 하나 이상의 광학 요소들(210, 220, 260, 270)을 이동시킨다. 예시적인 실시예에서, 마운팅(230 또는 280)은 예를 들면, 도 2의 X-Y 평면에서와 같은, 시스템의 광축에 수직인 평면에서 렌즈(220 또는 270)를 시프트시키거나 플레이트들(210, 260)을 기울일 수 있는 기계적 구조를 포함한다.
어느 한 플레이트(210 또는 260)를 기울이는 것은 X-Y 평면에서 플레이트(210 또는 260)의 두께, 플레이트(210 또는 260)의 굴절률, 및 경사도에 따른 양만큼 이미지의 위치를 시프트시킨다. 도 3A 및 3B는 광 빔의 전파 방향에 대하여 플레이트를 기울이는 것의 효과를 도시한다. 구체적으로, 도 3A에 도시된 바와 같이 플레이트(320)의 표면에 수직한 빔(310)은 플레이트(320)를 통해 휨 없이 바로 통과한다. 도 3B에 도시된 바와 같이, 플레이트가 빔(310)의 방향에 대해 기울어질 경우, 플레이트(320)가 작은 각도 θ만큼 기울고, T가 플레이트의 두께이고, n이 플레이트의 굴절률일 때, 빔은 T(1-1/n)sinθ와 거의 동일한 거리 Δ 만큼 휜다. 마운팅들(230, 280)이 플레이트(210 또는 260)를 두 수직한 축에 대해 기울이게 한다면, 송신기 어레이(114)의 이미지가 X-Y 평면에서 어떠한 방향으로든 시프트될 수 있다.
렌즈(220, 270) 중 하나 또는 모두를 시프트시키거나 기울이는 것은 또한 송신기 어레이(114)의 이미지를 시프트시킬 수 있다. 도 4A, 4B, 4C, 4D는 컴포넌트 렌즈를 시프트시켜 이미지의 위치를 시프트시키는 방법을 도시한다. 구체적으로, 도 4A는 두 렌즈(410, 420)가 물체(430)의 중심을 통해 지나가는 공유된 광축을 가지는 구성을 도시한다. 렌즈(410, 420)의 조합으로 형성된 이미지(440)는 또한 렌즈들(410, 420)의 공유된 광축 상에 중심이 맞춰져 있다. 하나 이상의 렌즈가 그것의 광축에 수직으로 평행 이동된다면, 이미지는 렌즈들 사이의 간격에 수직으로 평행 이동된다. 예를 들어, 도 4B에서, 두 렌즈들(410, 420)은 동일한 정도로 아래 방향으로 시프트되어 그 광축들은 정렬된 채 유지되고 물체(430)의 바닥 끝 부분을 따라 지나간다. 결과 이미지(442)는 도 4A의 이미지(440)에 대하여 아래 방향으로 시프트된다. 더 구체적으로, 물체(430)가 렌즈(410, 420)의 광축으로부터 Δo 만큼 오프셋된다면, 이미지(440)는 대응하는 거리 Δi=M Δo 만큼 시프트된다(여기서, M은 렌즈(410, 420)를 포함하는 광시스템의 배율). 많은 렌즈 시스템에서, 시프트가 이미지의 왜곡과 코마를 유발할 수 있지만, 도 4B의 시스템에서는 텔레센트릭 시스템에서 물체(430)로부터의 주도 광선이 이미지 평면에 수직으로 닿기 때문에 이미지 왜곡이나 코마가 없다.
도 4C는 한 컴포넌트 렌즈(420)가 예를 들면, 다른 렌즈(410)로부터 축이 떨어져 있는 것의 영향을 도시한다. 컴포넌트 렌즈(410 또는 420)의 상대적인 오프셋은 도시된 바와 같이 X-Y 평면에서 물체(430)에 대하여 이미지(444)를 시프트시킨다. 이러한 영향은 수신기 어레이의 위치와의 이미지의 정렬을 정정하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 송신기 및 수신기의 각도적 오정렬과 같은 일부 영향이 이미지(440)(도 4A)가 수신기 어레이로부터 오프셋되게 한다면, 렌즈(420)(또는 렌즈(410))는 이미지(442)를 정렬된 위치로 시프트시키도록 수신기 어레이에 대하여 시프트될 수 있다. 그러나, 상대적 오프셋은 이미지(442)를 렌즈(420)의 광축 상에 중심을 잡도록 한다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 송신기 어레이가 렌즈(410) 상에 중심을 잡고 수신기 어레이가 렌즈(420) 상에 중심을 잡는다면, 렌즈들의 광축들이 정렬되어 있지 않더라도, 송신기 어레이의 이미지는 수신기 어레이 상에 유지될 것이다. 따라서, 광시스템은 송신기 보드와 수신기 보드 사이의 평행 이동 오프셋들에 강한 내성을 가진다. 추가적으로, 코마 및 이미지 왜곡을 고도로 피하도록, 모든 렌즈 시스템은 대략 텔레센트릭하게 유지된다.
도 4D는 한 렌즈(420)가 다른 렌즈(410)에 대하여 기울어져 있는 영향을 도시한다. 예를 들어, 블레이드들(110)의 장착시에 고정된 차이 또는 블레이드들(110)의 시변 진동 때문에, 예를 들어, 블레이드들(110)이 서로 평행하지 않을 때, 도 1의 서버 시스템(100)에서 기울림이 일어난다. 도 4D에서 도시된 바와 같이, 기울림은 기울어진 렌즈(420)의 광축에 대하여 이미지(446)의 위치를 시프트시킨다. 예를 들어, 도 4D에 도시된 기울기에서, 이미지(446)는 약 f·sinθ의 거리 만큼 렌즈(420)의 광축에 대하여 위쪽 방향으로 시프트된다(여기서, f는 초점 거리이고 θ는 렌즈(420)의 기울기 각도임). 본 발명의 다른 형태에 따라, 송신기 또는 수신기 어레이에 대한 렌즈의 시프트는 상대적 기울기로 인한 오프셋을 보상하고 이미지를 수신기 어레이 상의 정렬된 위치로, 예를 들면, 이미지를 광축 상에 중심을 맞추도록 이동시킬 수 있다. 광플레이트는 이러한 목적을 위해 대안적으로 사용될 수 있다.
도 2의 시스템(200)은 수신기 어레이(116)와의 정렬을 위해 송신기 어레이(114)의 이미지를 시프트시키기 위한 많은 메커니즘을 제공한다. 구체적으로, 어느 하나의 플레이트(210 또는 260)가 기울어질 수 있거나, 어느 하나의 렌즈(220 또는 270)가 시프트될 수 있고, 또는 이러한 움직임들의 어떠한 조합도 정렬을 달성하거나 유지시키기 위해 이미지를 이동시키는 데에 사용될 수 있다. 이것은 마운팅들(230, 280) 내의 서보 시스템들의 설계에 유연성을 허용한다. 예를 들어, 큰 렌즈들(220, 270)은 더 나은 광학 품질 및 더 쉬운 제작 및 조립을 위해 사용될 수 있다. 크고 무거운 렌즈들(220, 270)의 이동은 더 크고 더 낮은 주파수 오정렬을 보상하는 데에 사용될 수 있고, 반면에 플레이트들(210, 260)은 가벼운 무게일 수 있고 더 작고 높은 주파수 오정렬을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 송신기 측 플레이트(210)와 렌즈(220)는 한 축을 따라 오정렬을 보상하기 위해 사용될 수 있고, 수신기 측 플레이트(260)와 렌즈(270)는 수직 축을 따라 오정렬을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 구성에서는, 모든 정렬 정정이 한 측, 예를 들면, 송신기 측에서 수행될 수 있다. 그 외 구성에서는, 렌즈들(220, 260)의 이동이 정렬을 제어하는 반면에, 플레이트들(210, 270)은 전체적으로 제거될 수 있다. 이러한 설계 유연성은 마운팅들(230, 280) 내의 기계적 서보 시스템들의 복잡성을 감소시키도록 돕는다.
본 발명의 특정 실시예에서 어떠한 서보 메커니즘들이 사용되든지, 마운팅들(230, 280), 제어 시스템들(240, 290)은 전기적으로 오정렬을 측정하고 정정하기 위한 폐쇄 루프 서보 제어를 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 통신 채널들에서 또는 별도의 정렬 채널들에서 수신된 광전력을 감시하여 시스템이 오정렬되었는지를 결정하고 정정이 요구되는지를 결정할 수 있다.
도 5는 서보 제어를 위한 아날로그 채널들을 구비한 수신기 어레이(500)의 평면도이다. 수신기 어레이(500)는 고 데이터 레이트 디지털 채널들의 광신호들을 수신하기 위한 감광성 영역(510)을 갖는 포토다이오드들을 포함하는 집적 회로 다이 상에 집적될 수 있다. 게다가, 수신기 어레이(500)는 시스템 정렬을 위한 두 지향성 검출기들(520, 530)을 포함한다. 지향성 검출기(520)는 감광성 영역을 갖는 네 개의 포토다이오드들 또는 쿼드런트(521, 522, 523, 524)를 포함하고, 지향성 검출기(530)는 마찬가지로 감광성 영역을 갖는 네 개의 포토다이오드들 또는 쿼드런트(531, 532, 533, 534)를 포함한다. 정렬 프로세스에서, 수신기 어레이(500)와 한 쌍인 송신기 어레이는 검출기(520, 530)에 각각 중심을 맞추도록 의도된 두 개의 상대적으로 넓은 크로스-섹션 빔들을 방사한다. 수신기 어레이(500)와 송신기 어레이의 오정렬은 검출기(520)의 쿼드런트(521, 522, 523, 524)와 검출기(530)의 쿼드런트(531, 532, 533, 534)에서 수신되는 광전력 또는 세기의 비율로부터 결정될 수 있다. 예를 들면, 이상적 정렬은 검출기(520)의 네 개의 쿼드런트(521, 522, 523, 524)의 각각이 동일한 전력량을 수신하고 검출기(530)의 네 개의 쿼드런트(531, 532, 533, 534)의 각각이 동일한 전력량을 수신하는 구성에 대응할 수 있다. 서보 제어 시스템은 검출기(520)의 쿼드런트(521, 522, 523, 524)에 수신된 전력 대 검출기(530)의 쿼드런트(531, 532, 533, 534)에 각각 수신된 전력의 비율이 동일할 때 수신기 어레이(500)가 회전식 정렬인 것을 검출할 수 있고, 검출기(520 또는 530)의 네 개의 쿼드런트에 수신된 전력이 동일하지 않을 때 송신기 어레이의 이미지가 시프트될 필요가 있는 것을 검출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 특정 실시예에 따라 서버 시스템을 도시한다. 도 6에서, 제1 블레이드(600)는 마더보드(620)를 포함하는 케이스(610)를 포함한다. 케이스(610)는 금속일 수 있고 통상적으로 현재의 서버 시스템에서 약 50㎜의 폭을 가진다. 마더보드(620)는 블레이드(600)의 기능을 구현하는 전자 장치들을 통합한다. 마더보드(620) 상에 장착된 도터보드(daughter board)(630)는 인접한 블레이드(600') 및 다른 블레이드들(도시 생략)과 자유-공간 광통신 채널들을 구현한다. 블레이드들(600, 600') 사이의 통상적 간격은 약 50㎜ 이상, 예를 들어, 블레이드에 바로 인접한 슬롯이 사용되지 않는다면 두 배 또는 100㎜일 수 있다.
송신기 어레이들(640)과 수신기 어레이들(650)이 도터보드(630) 상에 장착되고 고 대역폭 보드-투-보드(board-to-board) 헤더를 통해 마더보드(620)와 통신할 수 있다. 송신기 어레이(640)와 수신기 어레이(650)는, 예를 들어, 도 5의 수신기 어레이(500)의 패턴으로 놓일 수 있고, 14개의 고 대역폭(예를 들면, 10 Gb/s) 디지털 데이터 채널들과 또한 서보 제어 시스템들에 의해 사용되는 광채널들을 제공할 수 있다. 도터보드(630)에 부착된 장착 구조체들(660, 665)은 각각 송신기 어레이(640)와 수신기 어레이(650)에 인접한 렌즈들(670, 675)을 각각 유지한다. 렌즈들(670, 675)은 에드문드 옵틱스(Edmund Optics)로부터 입수가능한 NT46-373과 같은 플라스틱 렌즈들일 수 있고, 같이 쌍을 이룰 때 텔레센트릭 광시스템을 위한 렌즈들(670, 675)이 예를 들어, 서보 채널들 및 14개의 별도의 고 대역 데이터 채널들과 같은, 다중 광채널들에 의해 공유된다. 각 장착 구조체(660 또는 665)는 도터보드(630)에 평행한 축을 따라 부착된 렌즈(670, 675)를 시프트시키도록 부착된 피에조 또는 열적 바이모프(bimorph)와 같은 하나 이상의 액추에이터들 및 플렉셔들(flexures)을 포함한다. 도 6의 실시예에서, 장착 구조체들(660)은, 도 6의 페이지를 따른 방향으로, 송신기들(640)과 연관된 렌즈(670)들을 이동시킬 수 있고, 장착 구조체들(665)은, 도 6의 페이지에 수직한 방향으로, 수신기 어레이(650)와 연관된 렌즈(675)들을 이동시킬 수 있다. 따라서, 송신기 측과 수신기 측 상의 이동들의 조합은 블레이드들(600, 600') 사이의 간격에 수직한 어떠한 방향으로든 이미지를 시프트시킬 수 있다.
본 발명을 특정한 실시예들을 참조하여 설명하였으나, 그러한 설명은 단지 본 발명의 응용의 예시들을 제공하는 것이며 제한적으로 받아들여서는 안 된다. 예를 들어, 단일 렌즈 요소들을 포함하는 것으로 예시된 실시예들은 유사한 기능들을 수행하기 위해 복합 렌즈들 또는 그 외 다중 요소 구조체들을 사용할 수 있다. 게다가, 예시된 예들이 본 발명의 실시예들의 응용들을 서버들 특히 서버 블레이드들 사이의 서버들로 강조하지만, 본 발명의 실시예들은 다른 시스템들 특히 회로 보드들 사이에서 광통신을 같는 것으로 이점을 가지는 다중 회로 보드들을 사용하는 어떠한 시스템에서도 사용될 수 있다. 개시된 실시예들의 특징들의 다양한 그 외 개조 및 조합이 다음의 특허청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims (17)

  1. 제1 서브시스템에 연결된 제1 어레이 - 상기 제1 어레이는 자유 공간을 통해 제2 서브시스템에 송신되는 광신호들을 각각 생성하는 송신기들을 포함함 - 와,
    상기 복수의 광신호들이 통과하는 제1 렌즈와,
    상기 제1 렌즈를 상기 제1 서브시스템에 부착하는 제1 장착 시스템과,
    제2 서브시스템에 연결된 제2 어레이 - 상기 제2 어레이는 상기 광신호들에 각각 대응하는 수신기들을 포함함 - 와,
    상기 복수의 광신호들이 통과하는 제2 렌즈 - 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는 함께 상기 제2 어레이 상에 상기 제1 어레이의 이미지를 형성하는 텔레센트릭 렌즈를 구성함 - 와,
    상기 제2 렌즈를 상기 제2 서브시스템에 부착하는 제2 장착 시스템 - 상기 제1 장착 시스템과 상기 제2 장착 시스템 중 적어도 하나는 상기 제2 어레이 상의 정렬된 위치에 상기 제1 어레이의 이미지를 유지하도록 상기 부착된 렌즈를 동적으로 이동시킴 -
    을 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 서버를 포함하고, 상기 제1 서브시스템은 제1 서버 블레이드를 포함하고, 상기 제2 서브시스템은 제2 서버 블레이드를 포함하고, 상기 광신호들은 상기 제1 서버 블레이드와 상기 제2 서버 블레이드 사이에서 자유 공간을 통해 송신되는 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 장착 시스템에 의해 상기 제1 서브시스템에 부착된 플레이트를 더 포함하고, 상기 제1 장착 시스템은 상기 이미지의 위치를 정할 수 있도록 상기 플레이트를 동적으로 기울이는 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 장착 시스템에 의해 상기 제2 서브시스템에 부착된 플레이트를 더 포함하고, 상기 제2 장착 시스템은 상기 이미지의 위치를 정할 수 있도록 상기 플레이트를 동적으로 기울이는 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부착된 렌즈를 동적으로 이동시키고 상기 제2 어레이 상의 정렬된 위치에 상기 제1 어레이의 상기 이미지를 유지하도록 상기 제1 장착 시스템과 상기 제2 장착 시스템 중 적어도 하나를 동작시키는 폐쇄-루프 제어 시스템을 더 포함하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 어레이는 상기 폐쇄-루프 제어 시스템에서 사용되는 지향성 검출기를 더 포함하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어레이는 집적 회로 다이를 포함하고, 상기 송신기들은 상기 집적 회로 다이에 제조된 각각의 VCSEL들을 포함하는 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 어레이는 집적 회로 다이를 포함하고, 상기 수신기들은 상기 집적 회로 다이에 포함된 각각의 포토다이오드들을 포함하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 어레이는 상기 집적 회로 다이에 포함된 지향성 검출기를 더 포함하는 시스템.
  10. 제1 서브시스템으로부터 제2 서브시스템으로 데이터를 송신하는 방법으로서,
    상기 제1 서브시스템 내의 제1 어레이를 사용하여 복수의 광신호들을 변조하는 단계와,
    상기 제1 서브시스템 내의 제1 광시스템, 상기 제1 및 제2 서브시스템 사이의 자유 공간, 그리고 상기 제2 서브시스템 내의 제2 광시스템을 통해 상기 제2 서브시스템 내의 제2 어레이로 상기 광신호들을 송신하는 단계 - 상기 제1 광시스템은 상기 광신호들이 모두 통과하는 제1 렌즈를 포함하고, 상기 제2 광시스템은 상기 광신호들이 모두 통과하는 제2 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는 함께 상기 제2 어레이 상에 상기 제1 어레이의 이미지를 형성하는 텔레센트릭 렌즈를 형성함 - 와,
    데이터 송신을 위해 상기 이미지를 상기 제2 어레이와 정렬하도록 상기 제1 광시스템과 상기 제2 광시스템 중 적어도 하나 내의 적어도 하나의 광학 요소를 이동시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 서브시스템은 서버 내의 제1 서버 블레이드를 포함하고, 상기 제2 서브시스템은 상기 서버 내의 제2 서버 블레이드를 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    적어도 하나의 광학 요소를 이동시키는 단계는 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 중 적어도 하나를 광축에 수직한 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    적어도 하나의 광학 요소를 이동시키는 단계는 상기 광신호들이 모두 통과하는 플레이트를 기울이는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제1 회로 보드와,
    상기 제1 회로 보드 상에 장착된 제1 어레이 - 상기 제1 어레이는 상기 제1 회로 보드로부터 자유 공간을 통해 송신되는 제1 광신호들을 각각 생성하는 송신기들을 포함함 - 와,
    상기 제1 광신호들이 통과하는 제1 렌즈와,
    상기 제1 렌즈를 상기 제1 회로 보드에 부착하는 제1 장착 시스템
    을 포함하고,
    상기 제1 장착 시스템은,
    상기 제1 렌즈를 유지하고 상기 제1 렌즈가 상기 제1 렌즈의 광축에 수직한 제1 방향으로 이동하는 것을 허용하는 제1 플렉셔들과,
    상기 제1 렌즈를 상기 제1 방향으로 이동시키도록 동작가능한 제1 액추에이터
    를 포함하는 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    제2 회로 보드와,
    상기 제2 회로 보드 상에 장착된 제2 어레이 - 상기 제2 어레이는 제1 광신호들에 각각 대응하는 수신기들을 포함함 - 와,
    상기 제1 광신호들이 통과하는 제2 렌즈 - 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는 함께 상기 제2 어레이 상에 상기 제1 어레이의 이미지를 형성하는 텔레센트릭 렌즈를 구성함 - 와,
    상기 제2 렌즈를 상기 제2 회로 보드에 부착하는 제2 장착 시스템
    을 더 포함하고,
    상기 제2 장착 시스템은,
    상기 제2 렌즈를 유지하고 상기 제2 렌즈가 상기 제1 방향 및 제2 렌즈의 광축에 수직한 제2 방향으로 이동하는 것을 허용하는 제2 플렉셔들과,
    상기 제2 렌즈를 상기 제2 방향으로 이동시키도록 동작가능한 제2 액추에이터
    를 포함하는 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 회로 보드 상에 장착된 제2 어레이 - 상기 제2 어레이는 상기 제1 회로 보드에 도달하는 복수의 제2 광신호들에 각각 대응하는 수신기들을 포함함 - 와,
    상기 제2 광신호들이 통과하는 제2 렌즈와,
    상기 제2 렌즈를 상기 회로 보드에 부착하는 제2 장착 시스템
    을 더 포함하고,
    상기 제2 장착 시스템은,
    상기 제2 렌즈를 유지하고 상기 제2 렌즈가 상기 제1 방향 및 상기 제2 렌즈의 광축에 수직한 제2 방향으로 이동하는 것을 허용하는 제2 플렉셔들과,
    상기 제2 렌즈를 상기 제2 방향으로 이동시키도록 동작가능한 제2 액추에이터
    를 포함하는 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 액추에이터는 바이모프를 포함하는 시스템.
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