容许对准偏差的自由空间光收发器制造技术

根据本发明专利技术的一个方面，系统具有发射器和接收器，其中发射器包括光束源（２１０）和光学元件（２２０）。光束源（２１０）产生代表信息的光束（２１２），并且光学元件（２２０）改变光束（２１２），使得光束（２２２）在横截面上具有均匀的强度。光束（２２２）传播通过的自由空间将接收器与发射器分隔开，并且接收器包括被布置以接收光束（２２２）的一部分的有源区，光束（２２２）的该部分被接收器转换成接收信号。为了容纳可能的对准偏差，光束（２２２）的横截面积比所述有源区大出容纳接收器与发射器的对准偏差范围的量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】容许对准偏差的自由空间光收发器
技术介绍
高数据速率信号传输是在很多系统中被关注的问题。例如，当前的 服务器系统常常使用一组机架安装的部件或用户选择的刀片，它们一起 工作以提供数据存储、处理和通信，并且各个部件经常需要以高数据速 率相互通信以提供要求的系统性能。在使用刀片的服务器系统中，刀片， 例如服务器刀片和存储刀片，安装在公用机箱中，并且共用诸如冷却风 扇、电源和机箱管理的部件。通常，在刀片之间传输的数据信号必须一 起提供高数据速率传输，并且使用当前的技术，每个数据信号可以具有约10Gbit/s或者更多的带宽。电信号通常以高频率振荡以便提供高数据传送速率，并且对于在铜 线上传输的电信号，该高频振荡会表现出阻抗和噪声问题。光信号传送 可以避免很多这类问题，但是光信号传送可能还需要复杂的波导系统， 或者需要处理松散的光缆或光带。光信号传送还需要用于光信号和电信 号之间转换的电路，并且对这种电路的需求是具有挑战性的。例如，由 于电信号的高频率，将高数据速率光信号转换成用于电子部件的电信号 的接收器通常需要小面积光电二极管，并且，将光信号引导到光电二极 管的小面积上通常需要使用精确而可靠的对准系统。人们在寻求可避免 与导线以及光纤或波导相关的问题的用于传输高数据速率信号的其它 方法和系统。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，系统具有发射器和接收器，其中发射器包 括光束源和光学元件。光束源产生代表信息的光束，并且光学元件改变 该光束，使得该光束在横截面上具有均匀的强度。光束传播通过的自由 空间将接收器与发射器分隔开，并且接收器包括被放置用于接收光束的 一部分的有源区，光束的该部分被接收器转换成接收信号。为了容纳可 能的对准偏差，光束的横截面积比接收器的有源区大出容纳接收器与发 射器的对准偏差范围的量。附图说明图1示出了根据本专利技术一实施例的服务器系统，其采用了用于系统 平面或刀片之间通信的容许对准偏差的自由空间数据通道。图2示出了根据本专利技术一实施例的自由空间数据通道，其采用光学 元件来产生在容许对准偏差传输所需要的宽度上具有空间均匀强度的 光束。图3示出了根据本专利技术一实施例的自由空间数据通道，其采用光电 二极管和光栅系统来增加收集的光信号强度。图4是根据本专利技术一实施例的系统的横截面视图，该系统使用了用 于容许对准偏差的光信号的扇出的反射器。在不同的图中使用的相同附图标记表示相似或相同的项。具体实施例方式根据本专利技术的一个方面，用于高数据速率信号的光发射器可以使用 诸如散射器的光学元件，以在足以补偿发射器和目标接收器之间预期对 准偏差的面积上均匀散布自由空间光束的强度。光束的面积相对于接收 器中光电二极管的尺寸一般会是大的。因此，即使发射器和接收器由于 机械振动或由热膨胀或收缩导致的位移而没有对准或者相对于彼此移 动，光电二极管也将接收到一致的功率。在一特定实施例中，大致上彼 此平行安装的分立部件，比如服务器中的电路板或刀片，可以利用自由 空间光信号以高数据速率进行通信。图1示出了根据本专利技术一实施例的服务器系统100。系统100包括 一组安装在共用背板120上的刀片110。诸如电源变压器和冷却风扇的 附加部件130也可以连接到背板120上，并且整个组件一般包含在共用 机箱(未示出)中。可以通过该共用机箱来提供用于与服务器系统100 进行外部连接的用户接口和插槽。系统110中的一些或全部刀片IIO可以基本相同，或者可以具有不 同的设计以执行不同的功能。例如， 一些刀片IIO可以是服务器刀片或 存储刀片。各刀片IIO包括实现刀片110的特定功能的一个或多个子系 统112。子系统112可以以印刷电鴻4反上部件的方式安装在各刀片110 的一侧或两侧上，或者刀片IIO可以包括机箱，其中子系统112在刀片 110内部。这些子系统112的典型实例包括硬盘驱动器或其它数据存储器，以及含有诸如微处理器、内存插槽和集成电路内存的常规计算机部件的处理器子系统。子系统112和刀片120的一般特征可以具有对于使 用刀片结构的服务器系统所知道的常规类型，刀片结构比如可从 Hewlett-Packard公司购买的服务器系统的c类结构。各刀片110还包括一个或多个光收发器114或116。每个收发器114 在刀片110上放置为，当各刀片110在背板120上正确地安装时该收发 器114与相邻刀片IIO上对应的收发器116标称对准。或者，收发器114 和116可以是基本相同的。在用于服务器系统100的典型配置中，在相 对应的收发器114和116之间可以有约5 cm的自由空间，并且由于各 刀片IIO的机械安装的变化，每一对对准的收发器114和116可能经受 大约500到1000 ym的量级的对准偏差。另外，由于温度变化和/或例 如来自冷却风扇操作的机械振动，收发器114和116的对准可能经受40 到50|um的量级的变化。各收发器114或116的接收器部分通常包括光电二极管，该光电二 极管具有根据发送信号的数据速率来选定其尺寸的光敏区。对于10Gb/s 或更大的数据速率，光敏区的宽度通常需要横穿上小于约40ym。通过 使用在不论对准偏差如何都足以向光电二极管提供一致功率的面积上 具有均勻强度的光束118,使一对收发器114和116之间的光通信通道 可容许对准偏差。例如，如果发射器处的功率约为1mW并且接收器灵 敏度约为10pW,则发射光束可以扩大到1 mm2，并且接收器只需要捕 获O.l mm2的发射光束来接收IOmW的功率。 一般来说，10-Gbps的光 探测器具有约40微米的接收孔径，但是，接收侧上的诸如透镜的小型 光学元件可以将来自0.1 mr^面积的接收功率收集并聚焦到接收器中的 光探测器的有源区中。在该实例中，光束的扩大将所需要的收发器114 和116的对准精度从几微米(由于光束必须被聚集到光探测器上的小点 上以避免慢的尾部)放宽到几百微米。图2示出了根据本专利技术一实施例的实现容许对准偏差的光通信通道 的系统200。系统200包括光束源210和光学元件220,它们可以在光 发射器或诸如图1的收发器114或116的光收发器的发射部分中。系统 200还包括光电二极管230,其可以在光接收器或诸如图1的收发器116 或114的光收发器的接收器部分中。光束源210产生光束212,该光束212被调制以编码要传输的数据。在示范性实施例中，光束源210包括诸如VCSEL的激光二极管和驱动 电路，该驱动电路根据需要改变加到激光二极管上的驱动功率以产生光 束212的幅度调制。或者，声光调制器或其它器件可以被布置以将数据 编码到来自激光二极管的恒定功率光束中。光束212通常具有不均匀的 强度分布，这是光束源210的特点。例如，来自激光二极管的典型光束 212可以具有能量或强度分布214,其具有与到光束212中心的径向距 离的近似高斯关系。另外，来自VCSEL的光束的典型数值孔径约为0.3。 光学元件220用作散射器，以准直并在具有宽度A1的面积上均匀 散布光束222中的能量。用作适合于产生光束222的均匀强度分布224 的设计的散射器的衍射光学元件可以通过诸如Thorlabs有限公司和Suss MicrOpitcs的供货商来购买。然而，作为替代，光学元件22本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：　发射器，其包括：　光束源（２１０），其产生代表信息的光束（２１２）；以及　所述光束（２１２）的光路中的光学元件（２２０），其中所述光学元件（２２０）改变所述光束（２１２），使得所述光束（２２２）在横截面上具有均匀强度 ；以及　接收器，由所述光束（２２２）传播通过的自由空间与所述发射器分隔开，所述接收器包括被布置以接收所述光束（２２２）的一部分的有源区，所述光束（２２２）的该部分被所述接收器转换成代表所述信息的接收信号，其中所述光束（２２２）的横截面积比 所述有源区大出容纳所述接收器与所述发射器的对准偏差范围的量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M谭，D法塔尔，T莫里斯，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]