专利名称：图像-旋转棱镜和使用图像-旋转棱镜的光学互连的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及光学器件，更具体地，涉及配置成使图像反转的一组棱镜以 及涉及配置成使用棱镜组的光学互连。
背景技术：
在许多系统中，高数据速率信号传输是人们关心的。例如，当前的服务器系统经常 使用一组用户-选择的部件，这些部件需要以高数据速率相互通信。例如，在使用叶片的服 务器系统中，把诸如服务器叶片和存储器叶片之类的叶片安装在共同的外壳中，并且共享 诸如冷却风扇、电源和外壳管理之类的系统部件。为了使叶片一起工作和提供要求的数据 存储、处理和通信，服务器系统需要提供高数据速率通信信道来进行叶片之间的通信。使用电学信令的数据信道通常需要高频电信号来提供高数据传输速率，而对于在 诸如铜导线之类的导体上传输的电信号来说，高频振荡会引起阻抗和噪声问题。使用光学 信令的数据信道可以避免许多这样的问题，但是引导光学信令需要复杂的波导和/或处理 松动的光缆或带状电缆。光缆或带状电缆可能在诸如服务器之类的系统中引入空间和可靠 性问题。自由空间光学信令避免了与电信号相关联的阻抗和噪声问题，并且避免了对于波 导或光缆的需求。然而，在诸如服务器之类系统中的自由空间光学数据信道的使用通常需 要精确地对准光学发射机和光学检测器的能力以及在可能经历机械和热变化的环境中维 持对准的能力。当需要多个数据光学信道时，建立和维持自由空间光学数据信道的对准的 难题可以是多样化的。因此，需要经济地和有效地建立和维持多个自由空间光学数据信道 的系统和方法。
图1A-1B示出根据本发明的实施例配置的图像_旋转棱镜的一般表示。图2示出两种不同材料之间的界面的光学特性。图3A示出根据本发明的实施例配置的第一图像_旋转棱镜的立体图。图3B示出根据本发明的实施例配置的、在图3A中示出的第一图像_旋转棱镜的 侧视图。图4示出根据本发明的实施例的、使用在图3A中示出的图像-旋转棱镜使图像反 转的立体图。图5A示出根据本发明的实施例配置的第二图像_旋转棱镜的立体图。图5B示出根据本发明的实施例配置的、在图5A中示出的图像-旋转棱镜的侧视 图。图6示出根据本发明的实施例的、使用在图3A中示出的图像-旋转棱镜使图像反 转的立体图。图7示出根据本发明的实施例配置的第三图像_旋转棱镜的侧视图。图8示出根据本发明的实施例配置的两个图像_旋转棱镜的“长度对孔径”之比。
图9示出具有根据本发明的实施例配置的光学增益系统的图像-旋转棱镜的分解 立体图。图10示出根据本发明的实施例配置的、在图9中示出的图像-旋转棱镜的示意性表不。图11示出根据本发明的实施例的、使用光学信号的服务器系统。图12示出根据本发明的实施例的、用于提供“板对板”光学通信的系统的示意性表不。图13示出根据本发明的实施例配置的透镜系统的工作。图14示出根据本发明的实施例的、具有把光学信号引导到特定检测器的图像-旋 转棱镜的系统。
具体实施例方式本发明的实施例涉及图像_旋转棱镜组，还涉及光学互连，所述光学互连使用图 像_旋转棱镜来补偿光学信号的任意的轴向旋转和失调，并且把光学信号引导到检测器配 置中的特定检测器上。光学互连是具有潜在优点的自由空间互连，用于提供“板对板”通 信和互连布局，而这对于传统的基于导线的互连是不现实的。当与传统的基于导线的互连 相比较时，光学互连还提供高带宽、低传播损耗、抗电磁干扰以及潜在的低功耗。在具有约 120Gb/s的总带宽的“板对板”通信中，使用光学互连需要最少数量的致动器来补偿在平面 偏移方面约士 l_3mm的“板对板”失调、约士4-6mm的“板对板”间距变化以及约士3-5°的 角度偏移(纵倾/横倾)。光学互连可以是插入到各种系统架构中的模块。光学互连使用具有单位图像放大倍数的透镜和图像-旋转棱镜。设置第一透镜来 接收从排列在第一板上的许多光源输出的光学信号，而设置第二透镜把光学信号引导到排 列在第二板上的许多检测器中。把每个透镜机械地耦合到用于调节透镜的取向以补偿纵倾 和横倾失调的致动器。在第一透镜和第二透镜之间设置图像-旋转棱镜，并且可以调节图 像-旋转棱镜以补偿任意的轴向旋转以及光源和检测器排列方面的失调。还可以用棱镜图 像的滚动，使光学信号与安装在板上的检测器配置中的特定检测器对准。图1A-1B示出根据本发明的实施例配置的图像-旋转棱镜100的一般表示。图 像-旋转棱镜100包括第一平面102、第二平面104以及多个中间平面(未示出)。第一平面 102和第二平面104位于图像-旋转棱镜100的相反的末端上。在图1A-1B中没有示出中 间平面，因为在本发明的图像-旋转棱镜实施例中，中间平面的取向和数量从一个图像-旋 转棱镜变化到下一个图像_旋转棱镜，并且因为图像_旋转棱镜100的一般表示所需要的 只是首先描述与本发明的所有图像_旋转棱镜实施例相关联的两个基本的光学特性。下面 参考图3-7详细地描述三个特定的图像_旋转棱镜实施例。图像-旋转棱镜100的第一光学特性是入射在第一平面102上的图像在从第二 平面104中出射时发生反转。例如，如图IA所示，字母“F”的图像入射在图像-旋转棱镜 100的第一平面102上，而从第二平面104出射的是字母“F”的反转的图像。分束器100的第二光学特性是当使分束器100绕与第一和第二平面102和104 垂直的一个轴旋转时(该轴穿过图像-旋转棱镜100的中心)，入射在第一平面102上的图 像在从第二平面104中出射时发生旋转，且转了图像-旋转棱镜100的旋转角的两倍。例如，如图IB所示，虚线方框106表示处于第一位置的图像_旋转棱镜100。第一和第二平面 102和104与笛卡尔坐标系统108的ζ-轴垂直，垂直的边109-111与χ-轴平行。方框112 表示同一图像_旋转棱镜100通过绕与笛卡尔坐标系统108的ζ-轴平行的轴114旋转了 角度θ至第二位置。轴114穿过方框106和112的中间，并且与第一平面102和第二平面 104垂直。带方向的箭头116的取向沿χ-轴，并且表示入射在102上的图像的取向。根据 第一光学特性，从第二平面104出现的图像对于χ-轴旋转了角度2 θ并且发生反转。通过图像-旋转棱镜100传播的光以相对于光路的各种角度碰到中间平面。可以 使一定数目的中间平面具有一定的角度，以致沿特定光路传输的光在这些中间平面上经历 了全内反射，使许多其它中间平面具有一定的角度，以致沿特定光路传输的光被部分地内 反射。图2示出两种不同材料之间的界面的光学特性，每种材料具有不同的折射率。在图2 中，点光源202向四面八方发射光。用通过带方向的箭头标识的光线来表示通过空间或光 介质材料传播的光的列或束的方向。每根光线具有与第一材料206和第二材料208之间的 界面204相关联的入射角。入射角是光线和称之为“法线”的虚线之间的角度，所述虚线是 界面204的垂直线，并且在光线入射在界面204上的点处与界面204相交。垂直线210-212 表示与从光源202射出的三根光线相关联的法线。假定第一材料206具有比第二材料208 的折射率η2大的折射率ηι。例如，可由玻璃或丙烯酸来构成第一材料206，第二材料208可 以是空气，而界面204可以表示棱镜的平面，诸如下述棱镜。具有特定入射角θ。的光线214 产生了沿第一材料206的表面前进的折射光线216。角θ。被称为为“临界角”。在称之为 “全内反射”(“TIR”)的过程中，具有大于临界角θ。的入射角的光线图案被反射。具有小 于临界角θ。的入射角的光线被折射，并且从第一材料206进入第二材料208中，所具有的 折射角大于入射角。例如，根据反射定律，光线218具有大于临界角θ。的入射角，导致以相 同的角度Q1从界面204反射。另一方面，根据折射定律，光线222具有小于临界角Θ。的 入射角θ 2，导致从第一材料210产生折射角是θ 3的折射光线224，其中θ3> θ2。图3Α示出根据本发明的实施例配置的第一图像-旋转棱镜300的立体图。图 像-旋转棱镜300包括棱镜302和镜子304。用第一平面306、第二平面308和中间平面 309-313来配置棱镜302。把镜子304设置在至少一部分平面312上。图3Β示出根据本发 明的实施例配置的图像_旋转棱镜300的侧视图。虚线314表示与平面312垂直地设置的 和把棱镜302 —分为二的对称平面的侧视图。理想地，第一和第二平面306和308与平面 314平行，还理想地配置平面309和310使之对于平面314具有相同的角度Φ，以及理想地 配置平面311和313使之对于平面314具有相同的角度Ψ。当通过对称平面314形成棱 镜302的镜像时，理想地，在物理上，所产生的棱镜302的取向不可与棱镜302的初始取向 区分。如图3Β所示，通过三根不同的虚线标识的三根不同的光线321-323追踪大致与 第一平面306垂直的、进入棱镜302的部分光束的光路。平面309有一个角度，以致光 线321-323在平面309处经历TIR，并且以小于与平面312相关联的临界角的入射角向平 面312反射。镜子304把光线321-323反射到平面310，该平面310有一个角度，以致光 线321-323经历TIR，并且从大致与第二平面308垂直的棱镜302射出。注意，因为光线 321-323经历奇数次的内反射，所以从棱镜302射出的光线321-323相对于光线321-323的 入射取向发生了反转。
图4示出根据本发明的实施例的、使用图像-旋转棱镜300使图像反转的立体图。 字母“F”402通过第一平面306进入棱镜302，并且在从棱镜302射出之前进行了三次内反 射成为字母“F”经反转的图像404。在平面309和310处的内反射是由于TIR引起的，在平 面312处的内反射是由于镜子304引起的。图5A示出根据本发明的实施例配置的第二图像-旋转棱镜500的立体图。图 像_旋转棱镜500包括棱镜502、第一镜子504以及第二镜子506。配置棱镜502使之具有 第一平面508、第二平面510和中间平面511-516。在平面514上设置第一镜子504，并且在 平面516上设置第二镜子506。图5B示出根据本发明的实施例配置的图像_旋转棱镜500 的侧视图。虚线518表示与平面512垂直地设置的和把棱镜502 —分为二的对称平面的侧 视图。理想地，第一和第二平面508和510与平面518平行，还理想地配置平面511和513 使之对于平面518具有相同的角度β，以及理想地配置平面514和516使之对于平面518 具有相同的角度α。如图5Β所示，通过三根不同的虚线标识的三根不同的光线525-527追踪大致与 第一平面508垂直的、进入棱镜502的部分光束的光路。平面511有一个角度，以致光线 525-527在平面511处经历TIR。光线525-527用小于与平面514相关联的临界角的入射角 向平面514反射。镜子504把光线525-527反射到平面512，平面512有一个角度，以致光 线525-527经历TIR，并且用小于与平面516相关联的临界角的入射角向平面516反射。镜 子506把光线525-527反射到平面513，平面513有一个角度，以致光线525-527经历TIR， 并且大致与第二平面510垂直地从棱镜502射出。注意，因为光线525-527经历五次内反 射，所以从棱镜502射出的光线525-527相对于光线525-527的入射取向发生了反转。图6示出根据本发明的实施例的、图像-旋转棱镜500使图像反转的立体图。字 母“F”602通过第一平面508进入棱镜，并且在从棱镜500射出之前进行了五次内反射成 为字母“F”经反转的图像604。在平面511-513处的内反射是由于TIR引起的，在平面514 和516处的内反射是由于镜子504和506引起的。图像-旋转棱镜的组不局限于上述图像-旋转棱镜300和图像-旋转棱镜500。 在图像旋转棱镜的组中包括具有更多奇数次内反射的其它图像-旋转棱镜配置。例如，图 7示出根据本发明的实施例配置的第三图像-旋转棱镜700的侧视图。图像-旋转棱镜包 括用第一平面702、第二平面704和八个中间平面705-711配置的棱镜。图像-旋转棱镜 700还包括附加到平面701-711上的7个镜子712-718。许多镜子712-718可以是任选的， 这取决于哪些平面具有使通过棱镜传输的光发生内反射的角度。众知的达夫(Dove)棱镜也使图像反转，并且当达夫棱镜围绕中心长度轴旋转时， 图像以达夫棱镜旋转速率两倍的速率旋转。然而，本发明的图像-旋转棱镜的组具有许多 比达夫棱镜优越之处。首先，本发明的图像-旋转棱镜的总的“长度对孔径”之比要小于尺 寸上可相比的达夫棱镜的“长度对孔径”之比，并且“长度对孔径”之比是可以调节的。图8 示出根据本发明的实施例的、达夫棱镜800、第一图像-旋转棱镜300和第二图像-旋转棱 镜500的“长度对孔径”之比。其次，可以由玻璃、丙烯酸或另外合适的透明电介质材料来 构成图像-旋转棱镜的棱镜部分。第三，可以选择设置在中间平面(这些中间平面不具有 导致TIR的角度)上的镜子的大小、形状和位置，以控制从棱镜射出的光束的大小。进入图像-旋转棱镜的光束的强度有可能减小或发生散射。可以配置本发明的图像-旋转棱镜实施例，通过用光学增益系统来代替附加到中间平面的至少一个镜子来纠正 这个问题。图9示出具有根据本发明的实施例配置的光学增益系统902的图像-旋转棱镜 900的分解立体图。除了光学增益系统902代替镜子304之外，图像-旋转棱镜900与图 像_旋转棱镜300相同。光学增益系统902包括设置在平面312上的导电传输层904、设置 在导电传输层904上的增益介质906以及设置在增益介质906上的布拉格反射镜908。在某些实施例中，导电传输层可以是导电金属层，诸如铜(“Cu”)、铝(“Al”)、银 (“Ag”)和钢，具有允许光从平面309反射而穿透增益介质906和布拉格反射镜908的至 少一个孔。在其它实施例中，可以由氧化锡铟(“ΙΤ0”)来构成导电传输层，所述氧化锡铟 具有导电性和透明度的组合特征。增益介质906可以是半导体层、p-n结或p-i-n结，并且可以由间接单质半导体 (诸如硅(“Si”)和锗(“Ge”)的合金、具有直接过渡的SiGe合金或诸如III-V直接带隙 半导体之类的化合物半导体构成，其中罗马数字III和V表示元素周期表的列IIIa和Va中 的元素。可以由列IIIa元素(诸如铝(“Al”)、镓(“Ga”)以及铟(“In”))与列Va元 素(诸如氮(“N”)、磷(“P”)、砷(“As”)和锑(“Sb”)的组合构成化合物半导体。可以 根据III和V元素的相对量对化合物半导体进行分类。例如，二元半导体化合物包括GaAs、 InP.InAs以及GaP ；三元化合物半导体包括GaAsyP^，其中y的范围在0和1之间；以及四 元化合物半导体包括InxGahAsyPh，其中χ和y两者的范围分别在0和1之间。其他类型 的合适化合物半导体包括II-VI材料，其中II和VI表示周期表的列IIb和VIa中的元素。 例如，CdSe, ZnSe, ZnS以及ZnO是二元II-VI化合物半导体的例子。可 以由低折射率和相对较高折射率的半导体材料的层交替地构成布拉格反射镜 908。例如，可以由折射率比屏蔽层相对较高的半导体材料构成未屏蔽层。尤其，可以由 AlGaAs构成屏蔽层，该屏蔽层分开由GaAs构成的较高有效折射率未屏蔽层。可以选择形成 布拉格反射镜908的层的厚度以反射通过棱镜302透射和从增益介质906发射的特定波长 的光。这可以根据下式选择层的厚度来完成厚度=λ/4neff其中λ是选中的通过棱镜302透射和从增益介质906发射的光的波长，而neff是 这些层的有效折射率。配置布拉格反射镜908使之如同滤光镜那样地工作，该滤光镜在以 波长λ为中心的一个波长范围上反射光。图10示出根据本发明的实施例配置的图像-旋转棱镜900的示意性表示。通过施 加来自电压源1002的适当的电压偏置而使光学增益系统902工作。电子从电压源1002注 入到增益介质906的导带中，而空穴注入到增益介质906的价带中。结果，在增益介质906 的导带中存在高密度的电子，而在增益介质906的价带中存在相应的高密度空穴。只要有 适当的电压施加于增益介质906，就在增益介质906中维持高密度的电子和空穴，并且电子 和空穴可以在增益介质906中自然地复合，产生具有满足条件hc/λ DEg的波长λ的光 子，其中Eg是增益介质906的电子带隙。可以选择增益介质906，以致从电子-空穴对复合 而发射的光波长λ大致与通过图像-旋转棱镜发射的光束的波长匹配。除了已经自然地 发射的光之外，进入棱镜的光束的光子还可以激发而从增益介质906产生更多的光。可以 通过穿过增益介质来放大信号光束，并且增加信号电平以克服任何光学插入损耗。如上所 述，可以用适当的层厚度来制造布拉格反射镜908，以使从增益介质906发射的光反射到棱镜302中。图11示出根据本发明的实施例的、使用光学通信信道的服务器系统1100。服务器 系统1100包括安装在共享的后板1104上的叶片1102。还可以把诸如电源变压器和冷却风 扇之类的附加部件1106连接到后板1104，并且可以使整个组件包含在共享的外壳内(未示 出)。可以通过共享外壳提供用于到服务器系统1100的外部连接的用户接口和插座。一些或所有叶片1102可以大致是相同的，或通过不同的设计以执行不同的功能。 例如，叶片1102可以是服务器叶片或存储器叶片。每个叶片包括实现叶片的特定功能的一 个或多个子系统(未示出)。可以按印刷电路板上部件的方式把子系统安装在每个叶片的 一侧或两侧，或叶片1102可以包括有子系统安装在内部的外壳。子系统的典型例子包括硬 驱动器或其它数据存储器和包含传统计算机部件(诸如微处理器、存储器插座以及集成电 路存储器)的处理器子系统。子系统以及叶片1102的一般特征可以是传统类型的，这些传 统类型对于使用叶片架构的服务器系统为已知的。叶片1102的每一个可以附加地包括一个或多个发射机配置1108以及一个或多个 检测器配置1110。在叶片1102上设置每个发射机配置1108，当在后板1104上正确地安装 叶片1102时，每个发射机配置1108大致与相邻叶片1102上的相应的检测器配置1110对 准。在服务器系统1100的典型配置中，在发射机配置1108和相应的检测器配置1110之间 有约5厘米的自由空间。由于叶片1102的机械安装的变化，每个检测器配置1110可能相 对于相应的发射机配置1108经受数量级约为500-1000微米的平移失调以及约1. 5°的角 度失调。此外，由于制造容差、温度变化和/或机械振动(例如，来自冷却风扇或硬驱动器 的工作)，相应发射机配置1114和检测器配置1110的对准可能经受数量级为40到50微米 和多达士 1-3°的变化。发射机配置1108中的发射机是光源，诸如可以集成在集成电路管芯中或上的垂 直腔面发射激光器(“VCSEL”)或发光二极管(“LED”)。每个光源发射光束1112，可以独 立地调制该光束1112以对数据进行编码而以高达约lOGb/s的数据速率进行传输。把从发 射机配置1108中的光源发射的经数据编码的光束称为“光学信号”。检测器配置1110中的检测器可以是光电二极管。例如，检测器可以是具有光敏区 域的光电二极管，可以根据在光电二极管处接收到的光学信号的数据速率选择所述光敏区 域的大小。对于lOGb/s或更大的数据速率，一般需要光敏区域的宽度小于约40微米。与每个发射机配置1108相邻的光发射机系统1114以及与每个检测器配置1110 相邻的相应的光接收机系统1116构成用于提供“板对板”通信光学系统。如下参考图12进 一步描述，光发射机系统1114和光接收机系统1116的元件形成光学系统的一部分，所述光 学系统形成检测器配置1110上发射机配置1108的图像。结果，在检测器配置1110中的检 测器接收来自发射机配置1108中各个发射机的相应光学信号。成对的系统1114和1116提 供的远心使得发射机配置1108和检测器配置1110之间的光通信信道允许发射机配置1108 和检测器配置1110之间的间隔变化。例如，在一个实施例中，可以动态地调节系统1114和1116。光发射机系统1114包 括在机械耦合到能够移动光学元件的致动器的安装座上的一个或多个光学元件，以致控制 系统(未示出)可以调节从发射机配置1108的发射机输出的光学信号的方向或位置。光 接收机系统1116还包括在机械耦合到能够移动光学元件的致动器的安装座上的一个或多个光学元件，以致控制系统(未示出)可以调节光学元件的方向或位置以便把光学信号引 导到检测器配置1110的检测器中。在某些实施例中，在工作期间可以固定光发射机系统 1114，而在发送光学信号期间动态地调节光接收机系统1116以维持发射机_检测器对准。 在其它实施例中，在工作期间可以固定光接收机系统1116，而在发送光学信号期间动态地 调节光发射机系统1114以维持发射机_检测器对准。可以使用在叶片1102之间建立的通信来协调光学系统1114和1116的动态工作。 可以把对准数据承载在较低数据速率电信道上，或把对准数据作为叶片1102之间传输的 任何光学信号上的一部分数据。在固定光发射机系统1114和只有光接收机系统1116执行 动态对准的一些实施例中，可能不需要对准数据的传输。然而，来自光发射机系统1114的 光束控制可以提供几何形状方面的优点，这个优点允许在光接收机系统1116中使用比单 独校正光接收机系统1116的失调时所要求的几何形状要小的(因此是较不昂贵的)光学 元件。图12示出根据本发明的实施例的、用于提供“板对板”光学通信的光学系统1200 的示意性表示。光学系统1200可以具有单位图像放大倍数，并且由第一透镜1202、第二透 镜1204以及设置在第一透镜1202和第二透镜1204之间的图像-旋转棱镜1206构成。如 图12所示，第一和第二透镜1202和1204是平凸透镜，设置成透镜的凸出部分是相互面对 的。光学系统1200包括把第一透镜1202附加到第一板1210的第一安装系统1208。第一 透镜1202的平面面对电耦合到和设置在第一板1210上的发射机配置1212。光学系统1200 还包括把第二透镜1204和图像-旋转棱镜1206附加到第二板1216的第二安装系统1214。 第二透镜1204的平面面对电耦合到和设置在第二板1218上的检测器配置1216。第二安装 系统1214还把图像-旋转棱镜1206设置在从第一透镜1202和第二透镜1204之间的发射 机配置12发射的光学信号的光路中。使第一安装系统1208机械耦合到第一致动器(未示 出)，并且使安装系统1210机械耦合到第二致动器(未示出)，其中第一和第二致动器调节 透镜的位置和/或取向以补偿倾斜失调。第二安装系统1214可以包括经由第二安装系统 1214调节图像-旋转棱镜1206的取向以补偿从发射机配置1212输出到检测器配置1216 的光学信号的任意轴向旋转和失调的第三致动器。在其它实施例中，不是使用第二安装系 统1214来支持和控制图像-旋转棱镜1206的位置，而是系统可以包括支持和设置图像-旋 转棱镜1206的第三安装系统。在另外的实施例中，仅用把光学信号引导到图像-旋转棱镜1206的一个平凸透镜 就可以构成第二光学系统。可以通过单个安装系统控制整个第二光学系统，或可以经由两 个安装系统来完成平凸透镜和棱镜的聚焦，其中每个安装系统设置在不同的板上。图13示出根据本发明的实施例配置的光学系统1300的工作。在发射机阵列1304 中安排发射机，并且在检测器阵列1306中安排相应的检测器。发射机阵列1304和检测器 阵列1306是放置在xy-平面中的。发射机阵列1304中的发射机输出与z_轴几乎平行的 光学信号。光学系统1300把从这些发射机输出的光学信号引导到检测器阵列1306的相应 检测器。光学信号在到达检测器阵列1306的相应的检测器之前，通过光学系统传送光学信 号。用数字1-9标记在发射机阵列1304中的各个发射机以及在检测器阵列1306中的各个 检测器，以标识相应的发射机和检测器。例如，在光学系统1200的情况下，从发射机2和7 输出的光学信号通过透镜1202和1204以及图像-旋转棱镜1206，并且分别入射在相应的检测器2和7上。在其它实施例中，可以旋转图像-旋转棱镜而把光学信号引导到检测器配置的特 定检测器子集中。图14示出根据本发明的实施例的、具有把光学信号引导到特定检测器的 图像_旋转棱镜的光学系统1400的一部分。在发射机配置1402、检测器配置1404之间设 置光学系统1400的透镜和图像-旋转棱镜。由第一平凸透镜1406、图像-旋转棱镜1408 和第二平凸透镜1410构成光学系统1400。系统1400还包括安装系统(未示出)，用于支 持和控制透镜1406和1410以及图像-旋转棱镜1408的取向。在四个并列的发射机的两 个组1412和1414中安排发射机配置1402的发射机。例如，并列发射机1412包括四个发 射机，诸如发射机1413，而并列发射机1414包括四个发射机，诸如发射机1415。在以与轮 子的轮辐相似方式扇出的四个并列检测器的组1416-1423中安排检测器配置1404的检测 器。例如，并列检测器1417包括四个检测器，诸如检测器1426。在并列检测器中的每个检 测器的间距大致与并列发射机中的每个发射机的间距匹配。每个并列检测器对应于光学信 号的特定信道。围绕中心轴1430旋转图像-旋转棱镜1408，以致把从并列发射机1412和 1414输出的光学信号引导到特定的并列检测器的对，例如，如图14所示，定图像-旋转棱镜 1408的取向，以致从并列发射机1412和1414输出的八个光学信号通过第一透镜1406、图 像_旋转棱镜1408、第二透镜1410传送，并且由并列检测器1417和1421接收。可以围绕 中心轴1430使图像-旋转棱镜1408旋转成不同的取向，以致可以通过不同的并列检测器 对(诸如并列检测器1423和1419)来检测八个光学信号。为了解释的目的，上述说明使用特定的命名法则以提供对本发明的透彻理解。然 而，熟悉本领域的技术人员会明白，为了实现本发明，不需要特定的细节。提供本发明特定 实施例的上述说明是为了示意和说明。并不旨在不遗漏或限制本发明于所揭示的精确的形 式。明显地，根据上述学说的许多修改和变化都是可能的。示出和描述了一些实施例，以便 最佳地解释本发明的原理以及其实际应用，从而使其它熟悉本领域的技术人员最佳地利用 具有适用于所设想的特定应用的各种修改的本发明和各个实施例。旨在由下述权利要求书 和它们的等效物来限定本发明的范围。
权利要求
一种图像 旋转棱镜包括棱镜，所述棱镜具有第一平面、第二平面以及多个中间平面，其中第一和第二平面是大致平行的并且位于棱镜的相反的末端处，中间平面是有角度的，以致入射在第一平面上的图像被中间平面内反射，并且通过第二平面从棱镜中射出且相对于入射图像的取向发生了反转；以及设置在至少一个中间平面上的至少一个反射结构，其中图像以小于与至少一个中间平面相关联的临界角的一个角度入射在至少一个中间平面上。
2.如权利要求1所述的图像-旋转棱镜，其特征在于，围绕大致垂直于第一和第二平面 而延伸的虚轴旋转角度θ的棱镜使从第二平面射出的图像旋转一个2 θ的角度。
3.如权利要求1所述的图像-旋转棱镜，其特征在于，所述棱镜还包括使这些平面定 位，以致通过第二平面从棱镜射出的图像的路径大致与入射在第一平面上的图像的路径平 行。
4.如权利要求1所述的图像-旋转棱镜，其特征在于，一个或多个中间平面相对于通过 棱镜而传输的图像的路径有一个角度，以致所述图像经历全内反射。
5.如权利要求1所述的图像-旋转棱镜，其特征在于，至少一个反射结构还包括附加到 至少一个中间平面的外表面的镜子。
6.如权利要求1所述的图像-旋转棱镜，其特征在于，所述反射结构还包括用于补偿所 述图像的插入损耗的光学增益系统。
7.如权利要求6所述的图像-旋转棱镜，其特征在于，所述光学增益系统还包括设置在至少一个中间平面上的电接触；设置在电接触上的增益介质；以及设置在具有多层的增益介质上的布拉格反射镜，所述布拉格反射镜被配置和定向成将 所述图像和来自增益介质的经放大的信号反射到所述棱镜中。
8.如权利要求7所述的图像-旋转棱镜，其特征在于，所述电接触还包括下列之一氧化锡铟；以及具有一个或多个孔的金属。
9.一种系统，包括耦合到第一子系统的多个发射机，其中每个发射机产生通过自由空间传输到第二子系 统的光学信号；第一透镜，多个光学信号通过所述第一透镜而传送；第一安装系统，用于把第一透镜附加到第一子系统；耦合到第二子系统的多个检测器，其中这些检测器中的至少一部分相应地接收光学信号；第二透镜，多个光学信号通过所述第二透镜而传送；设置在第一透镜和第二透镜之间的图像_旋转棱镜，多个光学信号通过所述图像_旋 转棱镜而传送；其中第一透镜、第二透镜以及图像-旋转棱镜的组合构成一个透镜系统，所 述透镜系统在检测器中的至少一部分上形成多个发射机的图像；第二安装系统，用于把第二透镜附加到第二子系统，其中第一安装系统和第二安装系 统中的至少一个使所附加的透镜动态地定位以使多个发射机的图像与检测器中的至少一部分对准。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括用于在第一透镜和第二透镜之间设 置图像_旋转棱镜的第三安装系统。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，第三安装系统附加到第一安装子系统或第二安装子系统。
12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，第三安装系统使图像_旋转棱镜动态地旋 转，以使光学信号与检测器中选中的一部分对准。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，多个发射机还包括至少一个发射机阵列。
14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，多个检测器还包括至少一个检测器阵列。
15.如权利要求9所述的系统，其特征在于，多个检测器还包括排列成轮辐图案的检测器。
16.如权利要求9所述的系统，其特征在于，第一透镜和第二透镜还包括平凸透镜，被 定位成使得平凸透镜的凸出部分彼此面对面。
17.如权利要求9所述的系统，其特征在于，第一子系统还包括第一叶片服务器，第二 系统还包括第二叶片服务器，并且通过第一叶片服务器和第二叶片服务器之间的自由空间 来传输光学信号。
18.如权利要求9所述的系统，其特征在于，图像-旋转棱镜还包括棱镜，所述棱镜具有第一平面、第二平面以及多个中间平面，其中第一和第二平面被定 位成大致相互平行且位于棱镜的相反的末端处，并且中间平面是有角度的，以致入射在第 一平面上的图像被三个或多个中间平面内反射并且通过第二平面射出且相对于入射图像 的取向发生了反转；以及设置在至少一个中间平面上的至少一个反射结构，以致图像在棱镜中经历全内反射。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，围绕大致垂直于第一和第二平面而延伸 的虚轴旋转角度θ的棱镜使从第二平面射出的图像旋转一个2 θ的角度。
20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，反射结构还包括用于补偿所述图像的插 入损耗的光学增益源。
全文摘要
本发明的实施例涉及图像-旋转棱镜的组。每个图像-旋转棱镜具有特性当旋转图像-旋转棱镜时，通过图像-旋转棱镜的图像以图像-旋转棱镜的两倍角速度旋转。本发明的实施例包括光学系统，该系统可以用于“板对板”通信，并且使用图像-旋转棱镜来补偿光学信号的任意轴向旋转和失调，并且可用于把从一个板上的发射机输出的信号引导到位于相邻板上的检测器配置的特定检测器。
文档编号G02B5/04GK101981473SQ200880128549
公开日2011年2月23日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者H·P·郭, M·R·T·谭, R·G·万斯雷, R·S·威廉姆斯, S-Y·王 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业