DE69428410T2 - Optische Detektoren und Quellen mit integrierten holographischen optischen Elementen für optoelektronische Verbindungen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optoelektronische Vorrichtungen, z. B. auf Signalverbindungen zwischen integrierten Schaltungschips (= IC-Chips), d. h. auf optische Verbindungen von integrierten Schaltungen in Mehrchipmodulen.
• Module, die mehrere Computerchips enthalten, werden benötigt, um hochentwickelte Computer, wie z. B. hochparallele. Computersysteme, die VSLI-Computerchips (VSLI = Very Large Scale = sehr hohe Integration) der nächsten Generation verwenden, zu realisieren. Derartige Systeme benötigen sehr dichte Verbindungsnetze, die viele modulinterne Hochgeschwindigkeits-Verbindungen erhöhter Länge oder über lange Strecken (= lange Verbindungen) enthalten. Für einen erfolgreichen Systementwurf ist es wichtig, den Bereich, die Leistungsanforderungen und die Zeitverzögerung dieser modulinternen Verbindungen zu reduzieren.
• Prozessorarrays der nächsten Generation z. B. umfassen typischerweise Hunderte von Chips. Wenn angenommen wird, daß jeder Chip 512 Prozessorelemente pro Chip enthält, und daß jedes Prozessorelement zumindest eine lange Verbindung benötigt, wird ein Mehrchipmodulsystem benötigt, das in der Lage ist, ca. 512 Verbindungen pro Chip zu schaffen. Folglich benötigt ein Modul mit 64 Chips über 32.000 modulinterne lange Verbindungen. Eine derartig große Zähl von modulinternen langen Verbindungen kann leicht die Systemleistung beeinträchtigen, es sei denn, der Bereich, die Leistungsanforderungen und die Zeitverzögerung dieser modulinternen Verbindungen werden reduziert.
• Bei hochparallelen Systemen, die nur eine herkömmliche elektrische Verbindungstechnologie verwenden, sind modulinterne, elektrische, lange Verbindungen für eilen großen Teil von Verlustleistung, Zeitverzögerung und Oberflächenbereichsverbrauch jedes Systems verantwortlich. Um derartige Schwierigkeiten zu vermeiden, werden modulinterne Verbindungen, die länger als eine spezifische Länge sind, als Verbindungen erhöhter Länge oder über lange Strecken (= lange Verbindungen) charakterisiert und unter Verwendung einer optischen Technologie implementiert. Durch ein. Ersetzen von elektrischen, modulinternen langen Verbindungen durch optische Verbindungen wird ein "Flaschenhals" von Kommunikationen entschärft. Derartige optische Verbindungen erhöhen die Kommunikationsgeschwindigkeit und reduzieren das Volumen, das Übersprechen und die Verlustleistung von langen Verbindungen.
• Fig. 1 ist eine Teilschnittseitenansicht, die ein bereits bekanntes optisches Verbindungsschema zeigt. Wie gezeigt, umfaßt das Schema einen Spiegel 101 und ein einzelnes, zuaammenhängendes, großdimensionales, holographisches optisches Substrat 102, das Senderhologramme 104 und Empfängerhologramme 196 einschließt. Das Schema umfaßt ferner optische Senderchips 108 aus Galliumarsenid (GaAs) und integrierte Schaltungschips (= IC-Chips) 110 aus Silizium. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind sowohl die GaAs- als auch die Silizium-Chips auf einem tragenden Substrat eines Mehrchipmoduls 112 angebracht.
• Jeder der GaAs-Senderchips enthält Arrays von oberflächenemittierenden Lasern. Ein Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Lasern beträgt ca. 300 Mikrometer, um die Verlustleistung pro Einheitsbereich zu begrenzen, und um genügend Raum zu schaffen, um eine Kontaktanschlußfläche neben jedem Laser zu plazieren. Dies ermöglicht eine Dichte von 1.000 Lasern pro cm² auf jedem GaAs-Chip. Die integrierten Schaltungschips aus Silizium enthalten integrierte optische Detektoren.
• Wie in Fig. 1 gezeigt, sind dünne Filmverbindungen auf einer Oberfläche des Substrates in Bereichen zwischen den Chips gebildet. Transparente Umsetzerchips sind auf dem Substrat auf eine Weise angebracht, daß jeder Umsetzerchip über einem jeweiligen Chip aus Silizium oder GaAs plaziert ist. Die Umsetzerchips enthalten keine aktiven Vorrichtungen, nur leitfähige Metallpfade, die mit Kontaktanschlußflächen gekoppelt sind. Die Umsetzerchips werden verwendet, um Verbindungen von den Chips auf die Dünnfilmverbindungen auf der Substratoberfläche zu leiten. Das Schema, das in Fig. 1 dargestellt ist, gleicht einem, das in einem Artikel "Holographic Optical Interconnects for Multichip Modules" von M. Feldman, Electronic Engineering Sept. 1992, S. 49- 53, besprochen wird. Weil dieser Artikel hilfreiche Hintergrundinformationen liefert, wird er hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
• Die Laser der Sender sind optisch mit den optischen Detektoren durch Verwenden des Spiegels 101 und des einzelnen, zusammenhängenden, großdimensionalen, optischen Substrates 102 gekoppelt, in das eine Mehrzahl von Hologrammen eingebaut ist, um eine holographische Doppeldurchlaufanordnung zu bilden. Wie in Fig. 1 gezeigt, beleuchtet z. B. Licht L von einem der Laser eines der Senderhologramme 104 des großdimensionalen, holographischen optischen Substrates 102. Das Sendehologramm unterteilt das Laserlicht in eine Mehrzahl von Strahlen, so daß jeder ein jeweiliges der Empfängerhologramme passiert, nachdem er durch den Spiegel 101 reflektiert würde. Jedes Empfängerhologramm agiert wie eine · einzelne Linse und fokussiert den Lichtstrahl auf einen jeweiligen der optischen Detektoren. Folglich werden in dem bereits bekannten Schema, das in Fig. 1 dargestellt ist, der Spiegel und das großdimensionale, holographische, optische Substrat verwendet, so daß die Strahlen optischen Pfaden zwischen den Lasern und den Detektoren folgen.
• Obwohl derartige bereits bekannte optische Verbindungsschemata einige Vorteile aufweisen, bleiben dennoch einige Probleme zurück. Gemäß bereits bekannten Schemata schließt ein Aufbauen der optischen Verbindungsvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, einen kritischen Ausrichtungsschritt ein, um das einzelne, zusammenhängende, großdimensionale, holographische, optische Substrat 102 mit dem tragenden Substrat 112 des Mehrchipmoduls auszurichten. Eine derartige Ausrichtung wird unter Verwendung einer Durch-Wafer-IC-Masken- Ausrichtvorrichtung erzielt. Ausrichtungsprobleme, wie z. B. ein Ausrichtungsweglaufen, sind IC- Maskenausrichtvorrichtungen zugeordnet, die verwendet werden, um jedes holographische optische Substrat mit großen Abmessungen auszurichten, z. B. mit lateralen Abmessungen von 10 cm auf 10 cm. Allgemein wird mit zunehmender Größe derartiger Substrate das Ausrichtungsweglaufen gravierender. Eine resultierende Fehlausrichtung der optischen Pfade zwischen den Lasern zu den Detektoren behindert die Leistung der optischen Verbindungen. Ferner sind selbst die größten herkömmlichen IC-Masken-Ausrichtvorrichtungen stark in ihrer Fähigkeit eingeschränkt, Substrate zu handhaben, die über einer bestimmten Größe liegen. Da eine kritische Ausrichtung des großdimensionalen, holographischen optischen Substrats mit dem unterstützenden Substrat unter Verwendung der Durch-Wafer-IC-Masken-Ausrichtvorrichtung erreicht wird, schränkt die Fähigkeit der IC-Masken- Ausrichtvorrichtung die Größe von Substraten ein, die ausgerichtet werden können, und deshalb die Größe und Ausgereiftheit von Mehrchipmodulen, die durch ein optisches Verbinden der jeweiligen IC zusammengefügt werden können.
• Die vorliegende Erfindung möchte eine verbesserte optoelektronische Vorrichtung schaffen.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine optoelektronische Vorrichtung, wie sie in Anspruch 1 beansprucht wird, geschaffen.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele können optoelektronische Vorrichtungen zum optischen Verbinden von integrierten Schaltungen schaffen, die Schwierigkeiten bei der Ausrichtung des optischen Pfades reduzieren und die Signalqualität verbessern. Sie können frei von dem Ausrichtungsweglaufen sein, der großdimensionalen, holographischen optischen Substraten bereits bekannter optischer Verbindungsschemata zugeordnet ist. Außerdem können sie bereits bekannte Einschränkungen der Größe und der Ausgereiftheit von Mehrchipmodulen übertreffen, die durch optisches Verbinden der jeweiligen IC zusammengefügt werden können.
• Wie weiter unten detailliert beschrieben ist, verwenden bevorzugte Ausführungsbeispiele eines oder mehrere holographische, optische Elemente, die zum Leiten eines oder mehrerer modulierter Lichtstrahlen angepaßt sind. Da jedes holographische, optische Element einzeln bezüglich einer jeweiligen Photonenvorrichtung ausgerichtet ist, ist die Vorrichtung frei von einem Ausrichtungsweglaufen, der einem einzelnen, zusammenhängenden, großdimensionalen, holographischen, optischen Substrat zugeordnet ist, das in einem bereits bekannten optischen Verbindungsschema verwendet wird. Folglich kann die Ausrichtung des optischen Pfades zwischen sendenden Photonenvorrichtungen und empfangenden Photonenvorrichtungen bewahrt werden.
• Ferner kann das bevorzugte Ausführungsbeispiel Beschränkungen übertreffen, die durch das bereits bekannte optisches Verbindungsschema auferlegt werden, das das einzelne, zusammenhängende, große optische Substrat verwendet. Derartige bereits bekannte Schemata begrenzen die Größe und Ausgereiftheit von Mehrchipmodulen, weil derartige Schemata eine Durch-Wafer-IC-Maskenausrichtvorrichtung verwenden, um das großdimensionale optische Substrat auszurichten. Selbst die größten herkömmlichen IC-Maskenausrichtvorrichtungen sind stark in ihrer Fähigkeit eingeschränkt, Substrate zu handhaben, die über einer bestimmten Größe liegen. Im Gegensatz zu derartigen bereits bekannten Schemata verwendet das bevorzugte Ausführungsbeispiel ein jeweiliges holographisches optisches Element, das einzeln mit jeder Photonenvorrichtung ausgerichtet wird. Größere und ausgereiftere Mehrchipmodule können zusammengefügt werden, die die Einschränkungen übertreffen, die durch bereits bekannte Schemata auferlegt werden.
• Ein praktisches Ausführungsbeispiel schafft mittels eines optoelektronischen Senders, der optisch mit zumindest einem optoelektronischen Empfänger gekoppelt ist, eine effiziente Verbindung zwischen einer ersten integrierten Schaltung und einer zweiten integrierten Schaltung. Der Empfänger ist optisch mit dem Sender gekoppelt, um einen modulierten Lichtstrahl zu empfangen, der durch den Sender emittiert wird. Der modulierte Lichtstrahl folgt einem optischen Pfad zwischen dem Sender und dem Empfänger. Auf eine ähnliche Weise wie hierin beschrieben werden zusätzliche Sender und Empfänger wie gewünscht bereitgestellt, um verbleibende integrierte Schaltungen des Mehrchipmoduls zu verbinden.
• Die Vorrichtung kann bei Photonenvorrichtungen verwendet werden, die in optoelektronischen Sendern und Empfänger verwendet werden, um eine optische Kommunikation zwischen integrierten Schaltungen zu liefern. Der Sender kann z. B. eine erste Photonenvorrichtung zum Erzeugen des Lichtstrahls umfassen, die von dem Sender ansprechend auf ein elektrisches Antriebsignal moduliert wird, das durch den Sender der ersten integrierten Schaltung empfangen wird. Ähnlich kann der Empfänger eine zweite Photonenvorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals ansprechend auf den modulierten Lichtstrahl umfassen. Die zweite integrierte Schaltung ist mit dem Empfänger gekoppelt, um das anpsrechende elektrische Signal zu empfangen.
• Holographische optische Elemente des Typs, der hierein beschrieben wird, sind angepaßt, um den modulierten Lichtstrahl zu lenken, um den modulierten Lichtstrahl entlang des optischen Pfades zwischen dem Sender und dem Empfänger zu leiten. Ein Hologramm ist einzeln mit der zweiten Photonenvorrichtung ausgerichtet, um den Lichtstrahl in die zweite Photonenvorrichtung umzuleiten. Ein weiteres Hologramm ist einzeln mit der ersten Photonenvorrichtung ausgerichtet, um den Pfad des Lichtstrahls, der durch den Sender emittiert wird, zu leiten. Vorzugsweise wird jedes Hologramm in die jeweilige Photonenvorrichtung integriert, indem jedes Hologramm in eine jeweilige Oberfläche der jeweiligen Photonenvorrichtung geätzt wird. Alternativ ist jedes Hologramm in einer jeweiligen holographischen Platte enthalten, die einzeln an einer jeweiligen Photonenvorrichtung angebracht ist, um eine optische Ausrichtung zwischen der Platte und der Vorrichtung zu erhalten.
• Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten lediglich beispielhaft bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 ist eine Teilschnittseitenansicht eines bereits bekannten optischen Verbindungsschemas;
• Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der optoelektronischen Vorrichtung zeigt;
• Fig. 3 ist eine Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der optoelektronischen Vorrichtung;
• Fig. 4 ist eine Teilschnittseitenansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels der optoelektronischen Vorrichtung;
• Fig. 5A bis 5G sind detaillierte Teilschnittschnittansichten, bis die das Herstellen der Flip-Chip- Lötverbindungen für die gezeigte Vorrichtung zeigen;
• Fig. 6 zeigt eine detaillierte Teilschnittunteransicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels und zeigt repräsentativ ein Beispielhologramm, das, in eine Oberfläche einer der Photonenvorrichtungeri geätzt ist; und
• Fig. 7 ist eine Teilschnittseitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels und zeigt eine erste und eine zweite holographische Platte, wobei jede einzeln an jeweiligen Photonenvorrichtungen angebracht ist.
• Die beschriebene Vorrichtung schafft mittels eines optoelektronischen Senders, der mit zumindest einem optoelektronischen Empfänger gekoppelt ist, eine effiziente Verbindung zwischen integrierten Schaltungen. Auf eine ähnliche Weise wie hierin beschrieben werden zusätzliche Sender und Empfänger wie gewünscht bereitgestellt, um verbleibende integrierte Schaltungen eines Mehrchipmoduls zu verbinden. Der Empfänger ist optisch mit dem Sender gekoppelt, um so einen modulierten Lichtstrahl, der von dem Sender emittiert wird, zu empfangen. Holographische optische Elemente sind angepaßt, um den modulierten Lichtstrahl zu lenken, um den modulierten Lichtstrahl entlang eines optischen Pfades zwischen dem Sender und Empfänger zu leiten. Ein Hologramm z. B., das individuell mit dem Empfänger ausgerichtet ist, leitet den Lichtstrahl in dem Empfänger um. Ein weiteres Hologramm, das einzeln mit dem Sender ausgerichtet ist, leitet den Pfad des modulierten Lichtstrahls, der von dem Sender emittiert wird. Da jedes Hologramm einzeln ausgerichtet ist, gibt es kein Ausrichtungsweglaufen des Typs, der bereits bekannten Verfahren zugeordnet ist, die großdimensionale optische Substrate verwenden.
• Wie in dem Blockdiagramm aus Fig. 2 gezeigt, wird eine Verbindung zwischen einer ersten integrierten Schaltung 202 und einer zweiten integrierten Schaltung 204 mittels eines optoelektronischen Senders 206 geschaffen, der optisch mit einem optoelektronischen Empfänger 208 gekoppelt ist. Der optoelektronische Sender ist elektrisch mit einem Ausgangstor der ersten integrierten Schaltung zum Empfangen eines ersten elektrischen Signals gekoppelt, das einen Lichtstrahl moduliert, der von dem Sender emittiert wird. Zu Zwecken der Klarheit sind in Fig. 2 zusätzliche elektrische Verbindungen zwischen zusätzlichen integrierten Schaltungen und dem optoelektronischen Sender nicht gezeigt.
• Der Empfänger 208 ist optisch mit dem Sender zum Empfangen des modulierten Lichtstrahls und zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals ansprechend auf den modulierten Strahl gekoppelt. Ein Eingangstor der zweiten integrierten Schaltung 204 ist elektrisch mit dem Empfänger zum Empfangen des zweiten elektrischen Signals gekoppelt. Ähnlich ist die erste integrierte Schaltung 202 mit den zusätzlichen integrierten Schaltungen 210, 212, 214, 216, wie in Fig. 2 gezeigt, mittels des optoelektronischen Senders 206 verbunden, der optisch mit zusätzlichen optoelektronischen Empfängern 218, 220, 222 und 224 gekoppelt ist. Ein zweiter Empfänger 224 ist z. B. optisch mit dem Sender zum Empfangen des modulierten Lichtstrahls und zum Erzeugen eines zusätzlichen elektrischen Signals ansprechend auf das optische Signal gekoppelt. Ein Eingangstor einer dritten integrierten Schaltung 216 ist elektrisch mit dem Empfänger zum Empfangen des zusätzlichen elektrischen Signals gekoppelt. Auf eine ähnliche Weise wie besprochen ist der optoelektronische Sender optisch mit jeder integrierten Schaltung gekoppelt, bei der eine derartige Verbindung benötigt wird. Bei Mehrchipmodulen, die eine Mehrzahl von integrierten Schaltungschips aufweisen, sind modulinterne Verbindungen, die länger als eine spezifische Länge, z. B. 2 cm, sind, als Verbindungen erhöhter Länge oder über lange Strecken (= lange Verbindungen) charakterisiert. Durch Implementieren derartiger modulinterner langer Verbindungen bei optischen Verbindungen kann ein "Flaschenhals" bei Kommunikationen entschärft werden. Derartige optische Verbindungen erhöhen die Kommünikationsgeschwindigkeit und vermindern ein Übersprechen, die Verlustleistung und das physikalische Volumen von langen Verbindungen.
• Fig. 3 ist eine Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der optischen Verbindungsvorrichtung, die eine Mehrzahl von optoelektronischen Sendern 206, 226, 236, 246, 256, 266, 276, 286 und 296 umfaßt, die in einem Mehrchipmodul 301 verwendet werden. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist jeder optoelektronische Sender neben einer jeweiligen Gruppierung von integrierten Schaltungschips positioniert. In Fig. 3 ist z. B. gezeigt, daß der optoelektronische Sender 206 neben einer ersten Gruppierung von integrierten Schaltungen positioniert ist, die acht integrierte Schaltungen 202, 203, 204, 205, 212, 213, 214 und 215 aufweisen. Jeder optoelektronische Sender ist elektrisch mit Baugliedern der jeweiligen Gruppierung von integrierten Schaltungen durch jeweilige elektrische Leitereinrichtungen gekoppelt, was in Fig. 3 symbolisch durch Liniensegmente dargestellt sind, die sich zwischen den integrierten Schaltungen und dem optoelektronischen Sender erstrecken. Der optoelektronische Sender 206 ist z. B. elektrisch mit jeder der acht integrierten Schaltungen 202, 203, 204, 205, 212, 213, 214, 215 durch elektrische Leitereinrichtungen gekoppelt.
• Die Sender und die integrierten Schaltungschips sind an einer äußeren Oberfläche eines Mehrchip-Modul-Substrates 302 zum Tragen der Sender und der integrierten Schaltungschips angeordnet. Wie hierin später detaillierter beschrieben wird, sind Öffnungen in dem Mehrchip-Modul-Substrat zum Ermöglichen einer optischen Kommunikation zwischen den Sendern und den Empfängern, die an den integrierten Schaltungschips befestigt sind, geschaffen.
• Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel empfängt jeder optoelektronische Sender ein jeweiliges elektrisches Signal von jedem Bauglied der jeweiligen Gruppierung von integrierten Schaltungen. Zum Beispiel ist auf eine ähnliche Weise, wie oben bezugnehmend auf das Blockdiagramm aus Fig. 2 beschrieben wurde, der optoelektronische Sender 206, der in Fig. 3 gezeigt ist, elektrisch mit der ersten integrierten Schaltung 202 zum Empfangen des ersten elektrischen Signals gekoppelt. Wie bereits besprochen, moduliert das erste elektrische Signal den Lichtstrahl, der von dem Sender 206 emittiert wird.
• Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zumindest jeweils ein optoelektronischer Empfänger (in Fig. 3 nicht gezeigt) mechanisch mit jeder integrierten Schaltung des Mehrchipmoduls gekoppelt. Alternativ können jeweilige optoelektronische Empfänger in jede integrierte Schaltung geätzt werden. Jede integrierte Schaltung des Mehrchip- Moduls, die Verbindungen erhöhter Länge oder über lange Strecken ( = lange Verbindungen) mit vielen anderen integrierten Schaltungen benötigt, ist optisch mit einem oder mehreren optoelektronischen Sendern gekoppelt. Wie z. B. bezugnehmend auf Fig. 2 bereits erläutert wurde, ist der Empfänger, der der zweiten integrierten Schaltung 204, die in Fig. 3 gezeigt ist, zugeordnet ist, optisch mit dem Sender 206 zum Empfangen des modulierten Lichtstrahls, der von demselben emittiert wird, und zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals ansprechend auf das optische Signal gekoppelt. Wie bereits bezugnehmend auf Fig. 2 erläutert wurde, ist die zweite integrierte Schaltung 204 elektrisch mit dem Empfänger zum Empfangen des zweiten elektrischen Signals gekoppelt. Ähnlich ist die erste integrierte Schaltung 202 optisch mit zusätzlichen integrierten Schaltungen 210, 212, 214 und 216, wie in Fig. 3 gezeigt, mittels des optoelektronischen Senders 206 gekoppelt. Als weiteres Beispiel ist die dritteintegrierte Schaltung 216, die in Fig. 3 gezeigt ist, elektrisch mit dem zweiten Empfänger, der an derselben angebracht ist (in Fig. 3 nicht gezeigt) gekoppelt. Der zweite Empfänger der dritten integrierten Schaltung 216 ist optisch mit dem Sender zum Empfangen des modulierten Lichtstrahls und zum Erzeugen des zusätzlichen elektrischen Signals ansprechend auf den modulierten Strahl gekoppelt.
• Photonenvorrichtungen werden in optoelektronischen Sendern und Empfängern des beschriebenen Typs verwendet, um eine optische Kommunikation zwischen denselben zu schaffen. Derartige Photonenvorrichtungen umfassen Vorrichtungen, die elektrische Energie in optische Strahlung umzuwandeln, wie z. B. Diodenlaser, lichtemittierende Dioden (LED) und der gleichen, und umfassen ferner Vorrichtungen, wie z. B. Photodetektoren, die Licht durch elektronische Prozesse erfassen. Photonenvorrichtungen werden in den Kapiteln 12 und 13 von "Physics of Semiconductor Devices" von S. Sze, John Wiley & Sons (1981), S. 681-789 erläutert. Da diese Kapitel hilfreiche unterstützende Lehren schaffen, werden sie hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
• Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwenden die optoelektronischen Sender planare Arrays aus Gallium-Arsenid- Diodenlasern, wobei jedes Array eine emittierende Oberfläche zum Emittieren von optischen Signalen von derselben aufweist. Es wird auch bevorzugt, daß die optoelektronischen Empfänger Siliziumphotodetektoren verwenden, wobei jeder derselben eine empfangende Oberfläche zum Empfangen eines jeweiligen modulierten Lichtstrahls aufweist. Es soll angemerkt sein, daß alternative Photonenvorrichtungen ebenfalls bei den optoelektronischen Sendern und Empfängern, die hier besprochen werden, mit positiven Ergebnissen verwendet werden können. Indium-Gallium-Arsenid- Photodetektören können z. B. an Stelle von Silizium- Photodetektoren verwendet werden.
• Fig. 4 ist eine Teilschnittseitenansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels der optoelektronischen Vorrichtung. Fig. 4 zeigt eine erste Photonenvorrichtung 406, die bei einem optoelektronischen Sender verwendet wird. Die erste Photonenvorrichtung, die bei dem optoelektronischen Empfänger verwendet wird, ist optisch mit einer zweiten Photonenvorrichtung 408 gekoppelt. Holographische optische Elemente sind angepaßt, um den modulierten Lichtstrahl zu lenken, um den modulierten Lichtstrahl entlang eines optischen Pfades zwischen dem Sender und dem Empfänger zu leiten. Insbesondere leitet ein Hologramm, das einzeln mit der zweiten Photonenvorrichtung 408 ausgerichtet ist, die in dem Empfänger verwendet wird, den modulierten Lichtstrahl in die zweite Photonenvorrichtung um. Ein weiteres Hologramm, das einzeln mit der ersten Photonenvorrichtung 406 ausgerichtet ist, die bei dem Empfänger verwendet wird, leitet den Pfad des modulierten Lichtstrahls, der von der ersten Photonenvorrichtung emittiert wird.
• Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 ist jedes Hologramm in die jeweilige Photonenvorrichtung integriert, vorzugsweise durch Ätzen jedes Hologramms in eine jeweilige Oberfläche der jeweiligen Photonenvorrichtung. Folglich ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Hologramm, das einzeln mit der zweiten Photonenvorrichtung 408 ausgerichtet ist, in eine Empfangsoberfläche 409 der zweiten Photonenvorrichtung integriert. Ähnlich ist das Hologramm, das einzeln mit der ersten Photonenvorrichtung 406 ausgerichtet ist, in eine emittierende Oberfläche 407 der ersten Photonenvorrichtung integriert. Das Hologramm, das in die erste Photonenvorrichtung 406 integriert ist, leitet jeden optischen Pfad, dem der modulierte Lichtstrahl folgt, wenn dieser von der emittierenden Oberfläche 407 der ersten Photonenvorrichtung weiter läuft. Merkmale des in die erste Photonenvorrichtung integrierten Hologramms werden in die emittierende Oberfläche geätzt und zum Leiten des Pfades des Lichtstrahls mit einem schrägen Winkel bezüglich der Sendefläche, wie in Fig. 4 gezeigt, angeordnet. Die Empfangsoberfläche 409 der zweiten Photonenvorrichtung ist zum Empfangen des modulierten Lichtstrahls mit einem schrägen Einfall auf die Empfangsoberfläche ausgerichtet. Das Hologramm, das in die Empfangsoberfläche integriert ist, umfaßt Merkmale, die in die Empfangsoberfläche geätzt und angeordnet sind, um den Pfad des schräg einfallenden Lichtstrahls in die zweite Photonenvorrichtung umzuleiten. Weil jedes Hologramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels in die jeweilige Photonenvorrichtung integriert ist, ist jedes Hologramm einzeln mit der jeweiligen Vorrichtung ausgerichtet und frei von einem Ausrichtungsweglaufen, der bereits bekannten Verbindungsverfahren zugeordnet ist, die großdimensionale optische Substrate verwenden.
• Wie in Fig. 4 gezeigt ist, weist das Mehrchip-Modul- Substrat 302 Öffnungen 304, 306 und 308 auf, die sich durch dasselbe zum Ermöglichen einer optischen Kommunikation zwischen dem optoelektronischen Sender und den optoelektronischen Empfängern erstrecken. Das Hologramm z. B., das in die emittierende Oberfläche 407 integriert ist, leitet jeden der Pfade des modulierten Lichtstrahls wie oben besprochen. Insbesondere zeigt Fig. 4 das Hologramm, das in die emittierende Oberfläche integriert ist, wie es einen ersten optischen Signalpfad S und einen zweiten optischen Signalpfad JR durch eine erste Öffnung 304 in dem Mehrchip-Modul- Substrat leitet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel trifft Licht, das jedem optischen Pfad folgt, auf eine Reflexionseinrichtung zum Reflektieren des Lichtes jedes optischen Signalpfades zu einer Empfangsoberfläche einer jeweiligen der Photonenvorrichtungen. Wie z. B. in Fig. 4 gezeigt, folgt der modulierte Lichtstrahl dem ersten optischen Pfad. S. durch eine zweite Öffnung 306 in dem Mehrchip-Mödul-Substrat, um von der Empfangsoberfläche 409 der zweiten Photonenvorrichtung 408 empfangen zu werden, die mit der zweiten integrierten Schaltung 204 gekoppelt ist. Ähnlich folgt der modulierte Lichtstrahl dem zweiten Signalpfad R, durch eine dritte Öffnung 308 in dem Mehrchip- Modul-Substrat, um von einer Empfangsoberfläche 425 einer dritten Photonenvorrichtung 424 empfangen zu werden, die mit der dritten integrierten Schaltung 216 gekoppelt ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Reflexionseinrichtung des bevorzugten Ausführungsbeispiels eine oder mehrere reflektierende Metallschichten 427, die auf einem transparenten dielektrischen Substrat 428 aufgebracht sind. Die reflektierende Metallschicht ist optisch mit der emittierenden Oberfläche der ersten Photonenvorrichtung gekoppelt, so daß Licht, das jedem der optischen Signalpfade folgt, wie in Fig. 4 gezeigt reflektiert wird. Derartige Faktoren, wie z. B. ein Brechungsindex der dielektrischen Schicht, eine Dicke der dielektrischen Schicht, ein Positionieren der dielektrischen Schicht relativ zu den Photonenvorrichtungen und ein relatives Positionieren der optisch verbundenen Photonenvorrichtungen, werden alle beim Ätzen der Hologramme, die verwendet werden, berücksichtigt, so daß die optischen Signalpfade auf der dielektrischen Schicht mit ordnungsgemäßen Winkeln auftreffen, um die optische Kommunikation zwischen dem Sender und dem Empfänger zu unterstützen. Anstelle des Verwendens der dielektrischen Schicht, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, können alternativ weitere Führungsverfahren des optischen Signals, wie z. B. optische Wellenführungsverfahren, mit positiven Ergebnissen verwendet werden.
• Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 sind ein elektrisches Verbindungssubstrat 429 und die integrierten Schaltungschips 202, 204 und 216 an dem Mehrchip-Modul- Substrat 302 unter Verwendung von leitfähigen Flip-Chip- Lötverbindungen befestigt. Die erste Photonenvorrichtung 407 ist mechanisch unter Verwendung zusätzlicher Flip-Chip- Lötverbindungen mit dem elektrischen Verbindungssubstrat 429 gekoppelt. Die zweite Photonenvorrichtung 409 ist mechanisch unter Verwendung weiterer zusätzlicher Flip-Chip- Lötverbindungen mit der zweiten integrierten Schaltung 204 gekoppelt.
• Wie vorher bezugnehmend auf Fig. 3 besprochen, ist jeder optoelektronische Sender elektrisch mit Baugliedern der jeweiligen Gruppierung von integrierten Schaltungen durch jeweilige elektrische Leiter gekoppelt. Wie z. B. in Fig. 4 gezeigt, leitet ein erster Leiter, der das Ausgangstor der ersten integrierten Schaltung elektrisch mit dem Sender koppelt, das erste elektrische Signal zwischen denselben. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der erste Leiter einen ersten Satz von leitfähigen Metallwegen auf, die in Fig. 4 repräsentativ als dunkle Linien dargestellt sind. Der erste Satz von leitfähigen Wegen ist auf dem Mehrchip-Modul-Substrat und dem elektrischen Verbindungssubstrat 429 aufgebracht. Alternative leitfähige Wege, wie z. B. leitfähige Polysiliziumwege, können mit positiven Ergebnissen verwendet werden. Photolithographische Verfahren oder weitere geeignete Verfahren können zum Aufbringen der leitfähigen Wege verwendet werden. Auf eine ähnliche Weise, wie oben bezugnehmend auf den ersten Satz von leitfähigen Wegen beschrieben, werden zusätzliche Sätze von leitfähigen Wegen, die auf dem Mehrchip-Modul-Substrat und dem elektrischen Verbindungssubstrat aufgebracht sind, verwendet, um jedes Bauglied der ersten Gruppierung von integrierten Schaltungen elektrisch mit dem optoelektronischen Sender zu koppeln. Ähnlich werden weitere Sätze von leitfähigen Metallwegen, die auf das Mehrchip-Modul-Substrat und auf zusätzliche elektrische Verbindungssubstrate aufgebracht sind, verwendet, um jeden optoelektronischen Sender des Mehrchip-Moduls mit der jeweiligen Gruppierung von integrierten Schaltungen elektrisch zu koppeln.
• Jeder Leiter, der elektrisch mit dem jeweiligen Sender gekoppelt ist, umfaßt ferner eine oder mehrere leitfähige Flip-Chip-Lötverbindungen, die einen elektrischen Kontakt zwischen jedem Leiter und dem jeweiligen Sender schaffen. Weil die Flip-Chip-Lötverbindungen reduzierte unerwünschte Reaktanzen liefern, kommen elektrische Signale an den optoelektronischen Sender mit verbesserten Bandbreitencharakteristika an. Wie z. B. in Fig. 4 gezeigt, liefern leitfähige Flip-Chip-Lötverbindungen 433 einen elektrischen Kontakt zwischen der ersten Leitereinrichtung und der ersten Photonenvorrichtung 407, die in dem Sender verwendet wird. Weil die Flip-Chip-Lötverbindungen eine reduzierte unerwünschte Induktivität und Kapazität des elektrischen Kontaktes liefern, weist das erste elektronische Signal eine verbesserte Bandbreite auf.
• Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die integrierten Schaltungen Ausgangstore, die mit Lötmittel benetzbare, metallisierte Anschlußflächen aufweisen. Die mit Lötmittel benetzbaren Anschlußflächen der integrierten Schaltungen sind in leitfähige Flip-Chip-Lötverbindungen integriert. Wie z. B. in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die erste Leitereinrichtung ferner leitfähige Flip-Chip-Lötverbindungen 435, die einen elektrischen Kontakt zwischen der ersten Leitereinrichtung und dem Ausgangstor der ersten integrierten Schaltung liefern.
• Ferner ist jede integrierte Schaltung elektrisch mit zumindest einem optoelektronischen Empfänger durch jeweilige elektrische Leiter gekoppelt. Fig. 4 zeigt z. B. einen zweiten Leiter zum elektrischen Koppeln des Empfängers mit dem Eingangstor der zweiten integrierten Schaltung und zum Leiten des zweiten elektrischen Signals zwischen denselben. Der zweite Leiter umfaßt leitfähige Flip-Chip- Lötverbindungen 437, die sich nach außen von der Oberfläche der zweiten integrierten Schaltung zum Schaffen eines elektrischen Kontaktes zwischen der zweiten Leitereinrichtung und dem Empfänger erstrecken. Die zweite integrierte Schaltung umfaßt Eingangstore, die mit Lötmittel benetzbare, metallisierte Anschlußflächen aufweisen, die in die Flip- Chip-Lötverbindungen 437 integriert sind, die sich von den integrierten Schaltungen erstrecken. Weil die leitfähigen Flip-Chip-Lötverbindungen reduzierte unerwünschte Reaktanzen liefern, werden reduzierte minimale Optisches-Signal- Pegel benötigt, um die elektrischen Signale zu erzeugen, die von den integrierten Schaltungen empfangen werden. Durch Liefern einer reduzierten unerwünschten Induktivität und Kapazität des elektrischen Kontaktes zwischen dem zweiten elektrischen Leiter und dem optoelektronischen Empfänger wird z. B. ein reduzierter minimaler Optisches-Signal- Pegel benötigt, um das zweite elektrische Signal zu erzeugen, das von der zweiten integrierten Schaltung empfangen wird.
• In den Fig. 5A-5G sind allgemeine Schritte zum Herstellen der Flip-Chip-Lötverbindungen, die verwendet werden, insbesondere für eine der Flip-Chip-Lötverbindungen 433 gezeigt. Die Konzepte, die so gezeigt sind, sind im allgemeinen anwendbar, um alle Flip-Chip-Lötverbindungen herzustellen, die in der Vorrichtung verwendet werden. Unter Verwendung von photolithographischen Verfahren wird eine erste mit Lötmittel benetzbare Anschlußfläche 501 auf das elektrische Verbindungssubstrat 429 aufgebracht, was in der detaillierten Teilschnittquerschnittsansicht in Fig. 5A gezeigt ist. Ähnlich, wie in Fig. 5G gezeigt, ist eine passende mit Lötmittel benetzbare Anschlußfläche 503 auf der ersten Photonenvorrichtung 406 aufgebracht. Wie in Fig. 5C gezeigt, wird dann ein gesteuertes Volumen von Lötmittel 505 über der passenden mit Lötmittel benetzbaren Anschlußfläche 503 unter Verwendung einer Vakuumaufbringung aufgebracht. Wie in Fig. 5D gezeigt, wird das Lötmittel über seinen Schmelzpunkt erwärmt, um in einen Geschmolzenes-Lötmittel-Höcker (Bump) 507 zu fließen, und dann gekühlt. Wie in Fig. 5E gezeigt, wird das elektrische Verbindungssubstrat 429 in eine ungefähre Ausrichtung mit der ersten Photonenvorrichtung gebracht. Beim Erwärmen wird das Lötmittel noch einmal geschmolzen. Wie in Fig. 5F gezeigt, wirkt eine hohe Oberflächenspannung des geschmolzenen Lötmittels, um das elektrische Verbindungssubstrat 429 in Richtung einer Ausrichtung mit der ersten Photonenvorrichtung zu ziehen. Wie in Fig. 5 G gezeigt, wird das Lötmittel, nachdem das Substrat und die Vorrichtung präzise durch die Oberflächenspannung ausgerichtet sind, gekühlt, um die Flip-Chip-Lötverbindung 433 zu bilden.
• Für die holographischen optischen Elemente wird es bevorzugt, daß die Hologramme computererzeugt sind. Derartige computererzeugte Hologramme bieten eine große Flexibilität beim Lenken des modulierten Lichtstrahls und sorgen weiter für ein Teilen des modulierten Strahls, um mehr als einem optischen 'Pfad zu folgen, wie hierin vorher besprochen wurde. Computererzeugte Hologramme sind z. B. unter Verwendung von Elektronenstrahl-Lithographie-Verfahren aufgebaut, bei denen ein Computer einen Elektronenstrahl steuert, der ein Ätzen von Hologramm-Merkmalen bestimmt. Photolithographisehe oder andere Verfahren können alternativ mit positiven Ergebnissen verwendet werden. Allgemein, werden computererzeugte Hologramme mit einer ersten Zahl, N, unterschiedlicher Phasenpegel, unter Verwendung einer kleineren Zahl, Log N, von Ätzschritten, erzeugt. Computererzeugte Hologramme werden in "Computer generated holographic optical elements for optical interconnection of very large scale integrated circuits" von Feldman u. a., Applied Optics, Bd. 26, Nr. 20, 15. Oktober 1987, S. 4.377-4.384 erläutert. Weil dieser Artikel einige hilfreiche stützende Lehren bezüglich computererzeugter Hologramme einschließt, wird er hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
• Allgemein zeigt Fig. 4 eine detaillierte Teilschnittunteransicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels und zeigt ein Beispielhologramm, das in eine Oberfläche einer der Photonenvorrichtungen geätzt ist. Insbesondere zeigt das Beispiel aus Fig. 6 das Hologramm 601, das in die Empfangsoberfläche 409 der zweiten Photonenvorrichtung zum Umleiten des modulierten Lichtstrahls in die zweite Photonenvorrichtung geätzt ist. Wie dargestellt, weist das Hologramm 601 ein Array von 100 mal 100 Pixeln auf, wobei jedes ca. 1 mal 1 Mikrometer groß ist. Jedes Pixel wird bei einer jeweiligen Tiefe relativ zu benachbarten Pixeln geätzt, um eine Phasenverschiebung bei einer auftreffenden Wellenfront des modulierten Lichtstrahls zu erzeugen. Die relative Phasenverschiebung ist ein ganzzahliges Vielfaches von 2π/8, das ausgewählt wird, um eine gewünschte Wellenfront zu erzeugen, wodurch der modulierte Lichtstrahl gelenkt wird. Die benötigte Phasenverschiebung jedes Pixels ist der Unterschied zwischen der Phase der auftreffenden Wellenfront und der Phase der gewünschten Wellenfront, was unter Verwendung folgender Gleichung berechnet wird:
• wobei λ eine Wellenlänge des modulierten Lichtstrahls ist, x1 und yi kartesische Koordinaten des iten Pixels in einer Ebene der Empfangsoberfläche sind, 21 eine kartesische Koordinate des iten Pixels senkrecht zu der Ebene der Empfangsoberfläche ist, xo, yo und 20 entsprechende kartesische Koordinaten eines gewünschten Strahlziels sind und φi die Phase der auftreffenden Wellenfront bei dem iten Pixel ist. Die resultierende Phasenverschiebung wird auf eine von acht einheitlich beabstandeten Phasen von 0 bis 2a quantisiert. Die quantisierte Phase wird dann dem bestimmten Pixel zugeteilt. Bei dem Beispiel, das in Fig. 6 gezeigt ist, ist das Hologramm 601 entworfen, um einen modulierten Lichtstrahl umzuleiten, der auf die Empfangsoberfläche 409 aus einer Zwei-Uhr-Richtung mit 80º bezüglich der Oberfläche auftrifft.
• Die allgemeinen Prinzipien, die hierin bezugnehmend auf das Hologramm 601 besprochen werden, das in die Empfangsoberfläche 409 geätzt ist, sind gleichfalls auf das Hologramm anwendbar, das in die emittierende Oberfläche 407 der ersten Photonenvorrichtung 406 zum Leiten des Pfades des Lichtstrahls, der von dem Sender emittiert wird, geätzt ist. Es soll angemerkt werden, daß, während das Hologramm 601, das repräsentativ in Fig. 6 dargestellt ist, ein Array von 100 mal 100 Pixeln aufweist, wobei jedes ca. 1 mal 1 Mikrometer groß ist und eine relative Phasenverschiebung von ganzzahligen Vielfachen von 2u/8 erzeugt, die Hologramme nicht streng auf eine bestimmte Arraygröße, Pixelgröße oder Relative-Phasenverschiebung-Größe beschränkt sind. Alternative Hologramme, die geeignete Merkmale aufweisen, die mit den hier genannten Lehren übereinstimmen, können ebenfalls mit positiven Ergebnissen verwendet werden.
• Fig. 7 ist eine Teilschnittseitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels, das eine erste und eine zweite holographische Platte zeigt, wobei jede einzeln an jeweiligen Photonenvorrichtungen angebracht ist. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die erste Photonenvorrichtung 406, die bei dem optoelektronischen Sender verwendet wird, optisch mit der zweiten Photonenvorrichtung 408 gekoppelt, die bei dem optoelektronischen Empfänger verwendet wird. Das alternative Ausführungsbeispiel, das in Fig. 7 gezeigt ist, ähnelt im wesentlichen dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das hierin vorher bezugnehmend auf die Teilschnittseitenansicht aus Fig. 4 besprochen wurde. Das alternative Ausführungsbeispiel unterscheidet sich dahingehend von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, als daß das alternative Ausführungsbeispiel holographische Platten 701, 702 verwendet, die darin eingebaute Hologramme aufweisen, und keine Hologramme, die direkt in die Oberflächen der Photonenvorrichtungen geätzt sind, wie dies bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Die Hologramme und die holographischen Platten des alternativen Ausführungsbeispiels können durch optische Einrichtungen in Materialien, wie z. B. dichromatischer Gelatine, Photopolymeren oder Silber-Halogenid- Emulsionen, oder durch computererzeugte, binäre und Mehrphasen-Schritt-Verfahren hergestellt werden.
• Jede holographische optische Platte ist mechanisch mit einer jeweiligen Photonenvorrichtung durch Van-der-Waals- Bindungen gekoppelt. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist ein erstes Hologramm in einer ersten holographischen Platte 701 enthalten, die einzeln an einer Oberfläche 407 der ersten Photonenvorrichtung unter Verwendung der Van-der-Waals-Bindung angebracht ist. wodurch eine optimale Ausrichtung zwischen der ersten Platte 701 und der ersten Photonenvorrichtung 406 erhalten wird. Ähnlich ist ein zweites Hologramm in einer zweiten holographischen Platte 704 enthalten, die einzeln an einer Oberfläche 409 der zweiten Photorienvorrichtung unter Verwendung der Van-der-Waals-Bindung angebracht ist, wodurch eine optische Ausrichtung zwischen der zweiten Platte 701 und der ersten Photonenvorrichtung 406 beibehalten wird. Ähnlich ist ein zweites Hologramm in einer zweiten holographischen Platte 704 enthalten, die einzeln an einer Oberfläche 409 der zweiten Photonenvorrichtung unter Verwendung der Van-der-Waals-Bindung angebracht ist, wodurch eine optische Ausrichtung zwischen der zweiten Platte 701 und der ersten Photonenvorrichtung 406 beibehalten wird. Jede holographische Platte ist einzeln mit der jeweiligen Photonenvorrichtung unter Verwendung einer doppelseitigen Maskenausrichtvorrichtung ausgerichtet. Entsprechend ist das alternative Ausführungsbeispiel frei von einem Ausrichtungsweglaufen, der bereits bekannten Verfahren zugeordnet wird, die großdimensionale optische Substrate verwenden.
• Das alternative Ausführungsbeispiel unterscheidet sich ferner von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, weil bei dem alternativen Ausführungsbeispiel die Photonenvorrichtung 407 des Senders an der ersten integrierten Schaltung 202, wie in Fig. 7 gezeigt, angebracht ist. Dies steht im Gegensatz zu dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das vorher beschrieben wurde, bei dem die Photonenvorrichtung des Senders an dem optischen Verbindungssubstrat angebracht ist.
• Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel ist die erste integrierte Schaltung 202 elektrisch mit der ersten Photonenvorrichtung des Senders, wie in Fig. 7 gezeigt, verbunden. Die erste Photonenvorrichtung ist wiederum optisch mit der zweiten Photonenvorrichtung 408 gekoppelt, die bei dem optoelektronischen Empfänger verwendet wird. Holographische optische Platten des alternativen Ausführungsbeispiels sind angepaßt, um den modulierten Lichtstrahl zu lenke, um den modulierten Lichtstrahl entlang eines optischen Pfads zwischen dem Sender und dem Empfänger umzuleiten.
• Insbesondere leitet die holographische Platte, wie in Fig. 7 gezeigt, die einzeln mit der ersten Photonenvorrichtung 406 ausgerichtet ist, die bei dem Sender verwendet wird, den Pfad des modulierten Lichtstrahls, der von der ersten Photonenvorrichtung emittiert wird. Merkmale des Hologramms der ersten holographischen Platte sind zum Leiten des Pfads des Lichtstrahls mit einem schrägen Winkel relativ zu der emittierenden Oberfläche, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, angeordnet.
• Die holographische Platte, die einzeln mit der zweiten Photonenvorrichtung 408 ausgerichtet ist, die bei dem Empfänger verwendet wird, lenkt den modulierten Lichtstrahl in die zweite Photonenvorrichtung um. Die zweite holographische Platte ist zum Empfangen des modulierten Lichtstrahls mit einem schrägen Einfall auf die Platte ausgerichtet. Wie in Fig. 7 gezeigt, umfaßt das Hologramm der zweiten holographischen Platte Merkmale, die angeordnet sind, um den Pfad des schräg einfallenden Lichtstrahls in die zweite Photonenvorrichtung umzuleiten. Die zweite Photonenvorrichtung 408 des Empfängers ist elektrisch mit der zweiten integrierten Schaltung 204 gekoppelt.
• Wie ersichtlich ist, verwendet das bevorzugte Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Hologrammen, wobei jedes Hologramm einzeln mit einer jeweiligen Photonenvorrichtung ausgerichtet ist, wodurch Probleme eines Ausrichtungsweglaufens vermieden werden, der bereits bekannten Verfahren zugeordnet wird, die großdimensionale optische Substrate verwenden.

Claims (10)

1. Eine optisch verbundene Schaltungsanordnung, die folgende Merkmale aufweist:

ein Substrat (302), das eine erste Hauptoberfläche aufweist, die einer zweiten Oberfläche gegenüberliegt, und das eine erste Öffnung (304) und eine zweite Öffnung (306) umfaßt, die in demselben definiert sind;

einen Reflektor (427 + 428), der ein lichtdurchlässiges Substrat (427) und eine reflektierende Oberfläche (428) umfaßt, die von dem lichtdurchlässigen Substrat getragen wird, wobei das lichtdurchlässige Substrat eine Hauptoberfläche umfaßt, die der reflektierenden Oberfläche gegenüberliegt, und dadurch an der ersten Hauptoberfläche des Substrats angebracht ist;

eine erste integrierte Schaltung (202), die an der zweiten Hauptoberfläche des Substrats angebracht ist, wobei die erste integrierte Schaltung ein elektrisches Antriebssignal erzeugt;

einen optoelektronischen Sender (206), der in der ersten Öffnung angebracht ist und elektrisch mit der ersten integrierten Schaltung verbunden ist, zum Modulieren eines Lichtstrahls ansprechend auf das elektrische Antriebssignal, um einen modulierten Lichtstrahl in einer Richtung entlang eines optischen Pfads zu emittieren, wobei der optoelektronische Sender eine erste Photonenvorrichtung (406) zum Erzeugen des Lichtstrahls umfaßt;

eine zweite integrierte Schaltung, die an der zweiten Hauptoberfläche des Substrats angebracht ist, das die zweite Öffnung bedeckt; und

einen optoelektronischen Empfänger (208), der an der zweiten integrierten Schaltung angebracht ist und sich in der zweiten Öffnung befindet, zum Empfangen des modulierten Lichtstrahls, wobei der optoelektronische Empfänger folgende Merkmale aufweist:

eine zweite Photonenvorrichtung (408), die elektrisch mit der zweiten integrierten Schaltung verbunden ist, zum Erzeugen eines elektrischen Signals ansprechend auf den modulierten Lichtstrahl und zum Zuführen des elektrischen Signals zu der zweiten integrierten Schaltung, wobei die zweite Photonenvorrichtung eine lichtempfangende Oberfläche (409) umfaßt, und

eine holographische Strahllenkungseinrichtung (601, 704) zum Umleiten des Pfades des modulierten Lichtstrahls in die zweite Photonenvorrichtung, wobei die holographische Strahllenkungseinrichtung in die lichtempfangende Oberfläche (409) der zweiten Photonenvorrichtung (408) integriert ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der:

die Empfangsoberfläche (409) zum Empfangen des modulierten Lichtes mit einem schrägen Einfallswinkel auf der Empfangsoberfläche ausgerichtet ist; und

die holographische Strahllenkungseinrichtung (601) Merkmale umfaßt, die in die Empfangsoberfläche geätzt sind und angeordnet sind, um das schräg einfallende Licht umzuleiten.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der: die holographische Strahllenkungseinrichtung eine holographische optische Platte (704) auf der Empfangsoberfläche der zweiten Photonenvorrichtung umfaßt.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der:

der Sender (206) wirksam ist, um den modulierten Lichtstrahl entlang einer Mehrzahl von Pfaden zu emittieren, wobei jeder Pfad eine jeweilige Richtung aufweist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:

eine Mehrzahl von optoelektronischen Empfängern,(218; 220, 208, 222, 224), die optisch mit dem Sender gekoppelt sind, zum Empfangen des modulierten Lichtstrahls, wobei jeder Empfänger eine jeweilige Photonenvorrichtung (408; 424) zum Erzeugen eines jeweiligen elektrischen Signals ansprechend auf den modulierten Lichtstrahl und eine jeweilige holographische Strahllenkungseinrichtung (601, 704) zum Umleiten eines jeweiligen der Pfade des Lichtstrahls in die jeweilige Photonenvorrichtung umfaßt, wobei:

jede der holographischen Strahllenkungseinrichtungen in jede lichtempfangende Oberfläche (409, 425) der jeweiligen Photonenvorrichtung integriert ist; und

eine Mehrzahl von Leitern, wobei jeder mit einem jeweiligen der Empfänger gekoppelt ist, zum Leiten des jeweiligen der jeweiligen elektrischen Signale zu einer jeweiligen empfangenden integrierten Schaltung.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der:

jede Empfangsoberfläche (409, 425) zum Empfangen von moduliertem Licht mit einem schrägen Einfallswinkel auf der Empfangsoberfläche ausgerichtet ist; und

jede holographische Strahllenkungseinrichtung (601) Merkmale umfaßt, die in die lichtempfangende Oberfläche geätzt sind und angeordnet sind, um das schräg einfallende Licht umzuleiten.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der: jede der holographischen Strahllenkungseinrichtungen eine jeweilige holographische optische Platte (704) auf der jeweiligen Empfangsoberfläche umfaßt.

7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der optoelektronische Sender eine zweite holographische Strahllenkungseinrichtung (601, 701), die in die erste Photonenvorrichtung integriert ist, zum Leiten des Pfades des Lichtstrahls, der von dem Sender emittiert wird, umfaßt.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der:

die erste Photonenvorrichtung eine emittierende Oberfläche (407) zum Emittieren des Lichtstrahls umfaßt; und

die zweite holographische Strahllenkungseinrichtung ein Hologramm, das in die emittierende Oberfläche der ersten Photonenvorrichtung integriert ist, zum Umleiten des Pfades des Lichtstrahls, der von der emittierenden Oberfläche emittiert wird, umfaßt.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der: das Hologramm, das in die emittierende Oberfläche integriert ist, Merkmale umfaßt, die in die emittierende Oberfläche geätzt sind und angeordnet sind, um den Pfad des Lichtstrahls mit einem schrägen Winkel bezüglich der emittierenden Oberfläche zu leiten.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der: die zweite holographische Strahllenkungseinrichtung eine holographische optische Platte (704) auf der emittierenden Oberfläche (407) der ersten Photonenvorrichtung (406) umfaßt.