JP2002232074A - 光学モニタ・システム - Google Patents
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Abstract
モニタできる装置を提供する。 【解決手段】 基板と、該基板上に製作され、入力ビー
ム32を放出するための光送信器をそれぞれ含む複数の
独立したチャネルを有する並列チャネル光学アレイ44
と、検出器28のそれぞれが入力ビーム32の1つに対
して専用である検出器28のアレイと、入力ビーム32
が入射するように配置され、入力ビーム32に対して専
用である検出器28への入力ビーム32のそれぞれの一
部の回折を誘発する光学特性を有しており、検出器28
が動作して入力ビーム32の前記回折した部分に応じた
第1のフィードバック信号90が発生するようにする光
学装置10と、第1のフィードバック信号90に応答し
て、入力ビーム32を個別に調整できるようになってい
るフィードバック・システム30とを含む光学モニタ・
システムを提供する。
Description
タ・システム(optical-monitoring system)に関する
ものであり、特に、モニタ及びフィードバックのために
光ビームを導くための光学装置(optical arrangemen
t)に関するものである。
な量のデジタル化情報を配信することが可能な光源によ
る伝送がますます必要になっている。これは、特に、地
上通信ネットワーク(ground-based communication net
work)に関して、音声信号とテレビジョン信号とデータ
信号とを伝送する主たる手段として、レーザ・ダイオー
ド及び光ファイバを利用している多くの通信会社に当て
はまることである。
め、ファブリ・ペロー・レーザ(Fabry-Perot laser)及
び垂直空洞面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Em
itting Laser:以下、「VCSEL」とよぶ)のようなレ
ーザ・ダイオードが光源として一般に利用される。これ
らのタイプのレーザ・ダイオードは、その寸法が微小で
あるために選択される。例えば、典型的なVCSEL
は、ほぼマイクロメートル単位で測定される。従って、
レーザ・ダイオードのアレイをシステムに組み込んで、
高帯域幅の伝送を実現することができる。
の最適出力は、光源によって生じる光強度または光学的
パワー出力によって決まる。多くの要素が、光学的パワ
ー出力に影響を及ぼす可能性がある。一例として、他の
全ての変量が一定のままであると仮定しても、ダイオー
ドが動作している環境の温度変動が、光学的パワー出力
に影響を及ぼす可能性がある。しきい値レベルを超える
所定の入力電流において、レーザ・ダイオードは、発光
ダイオード(以下、「LED」とよぶ)・モードの動作か
らレーザ・モードの動作へと変化する。LEDモードの
場合には、急速に拡散するインコヒーレントな光が放出
される。このモードは、一般に固有の光強度の大幅な損
失のために、長距離にわたるデータ伝送には不十分であ
る。しかし、レーザ・モードの場合には、入力電流の増
大につれて、光がコヒーレント・ビームへと狭くなる。
このモードは長距離にわたるデータ伝送に適している。
特定のダイオード・クラスのダイオードは、比較的に狭
い入力電流範囲内にしきい値レベルを有しているが、そ
のクラスの特定ダイオードのしきい値レベルは、周囲温
度の変化に応じて有意に変動しうる。例えば、温度変化
によってダイオードが正規しきい値レベル(normal thre
shold level)と最大偏差レベル(deviated maximum lev
el)との間で変動すると、いくつかのダイオードのしき
い値レベルは50パーセントも変動しうる。温度変動
は、レーザ・ダイオードにより出力される光強度レベル
に多大な影響を及ぼしうる。
2の要因は、レーザ・ダイオードの寿命である。他の装
置と同様に、レーザ・ダイオードの性能も時間の関数と
して劣化する。一例として、レーザ・ダイオードがLE
Dモードからレーザ・モードにスイッチするしきい値レ
ベルは、長期の使用によるダイオードの劣化のために有
意に変動しうる。従って、データ伝送の完全性が危うく
なる。
・ダイオードの全てを提供することができる単一のメー
カはないものと予測される。供給販路へと参入するメー
カが増えると、同じ仕様を備えた同じクラス内に含まれ
るVCSELが、長期にわたる使用を通じて異なる光学
的及び電気的特性を示すようになる。これは、同一メー
カが生産する同一バッチからのVCSELについても言
えることである。この問題には、2つの面がある。ビー
ムの強度が強すぎる場合には、製品は目にとって有害に
なる可能性がある。目の安全性(eye safety)は、VC
SLEの設計及びテストにおいて考慮される要素であ
る。一方、強度が弱すぎる場合には、伝送されるデータ
の完全性が損なわれる可能性がある。従って、VCSE
Lが満足のゆく安全性及び性能を実現する動作をするこ
とが可能な光強度の出力レベルは、狭い帯域に限られ
る。
ある様々な要因に基づいて、光パワー出力は定期的にモ
ニタされ、発光源に対する入力電流は動作及び安全性の
両方に最適な出力を確保するために調整される。一般
に、VCSELは光検出器を利用してモニタされ、VC
SELから送り出されるビームの光強度は電気信号へと
変換される。VCSELに対する入力電流に調整及びバ
イアスを加えるために、フィードバック制御システムに
結合されるフィードバック信号として、光検出器が受光
した光パワー出力が利用される。
el optical array)の場合には、複数チャネルを備えた
VCSELアレイがデータ通信に用いられる。1×n個
のVCSELアレイの場合には、データ伝送のためにn
個の対応するチャネルを備えたn個のVCSELが設け
られている。nのVCSELは、III−V型半導体ウ
ェハのような半導体基板上に一般に製作される。
る動作性能を確保するため、VCSELの光パワー出力
がモニタされ、入力電流がそれに応じて調整される。V
CSELアレイの光パワー出力をモニタするためによく
知られた1つの仕組みまたは装置(arrangement)は、
アレイの端部VCSELをモニタするものである。一例
として、1×n個のVCSELアレイの場合には、最も
遠い端部に位置するVCSELだけがモニタされる。従
って、1×n個のアレイに対して、最初のVCSELか
らn番目のVCSELまで順次番号が付けられる場合に
は、最初のVCSELまたはn番目のVCSELがモニ
タされる。モニタに利用されるVCSELは、データ伝
送には利用されない。この方法では、モニタされるVC
SELが、アレイ内の他のn−1個のVCSELを代表
する光学的及び電気的特性を示すものと仮定されてい
る。しかし、たった1つのVCSELだけしかモニタさ
れないので、この装置では、モニタされない特定のVC
SELに関する特定の情報は得られない。
を行うための別の仕組みまたは装置(arrangement)
は、アレイ両端のモニタを行うことである。同じ典型的
な1×n個のアレイにおいて、最初のVCSEL及びn
番目のVCSELが両方ともモニタされる。他のVCS
ELの動作特性に関するより正確な表現が得られるが、
この装置には2つの問題がある。第一に、他のn−2個
のVCSELに関して特定の情報が得られない。第2
に、データ伝送のために、アレイ内において2つ少ない
VCSELを利用することである。
は、全てのダイオードがそのターゲット・レベルで動作
していることを保証するため、並列チャネル光学アレイ
内の全てのレーザ・ダイオードをモニタできるようにす
るための装置を提供することにある。
ル光学アレイにおける全てのVCSELの入力ビームの
一部を回折させて、VCSELの全てを同時にモニタで
きるように構成された回折光学装置(diffractive opti
cal arrangement:以下、「DOA」とよぶ)が利用され
る。アレイの全てのチャネルについて、関連するVCS
ELの光パワー出力をモニタするための検出器と、入力
電流を調整するためのフィードバック・システムとが設
けられている。DOAは、一方の側に視準ビーム入力領
域(collimating beam input region)と、その反対の
側にビーム出力領域(beam outputregion)と、検出出力
領域(detection output region)とを含んでいる。DO
Aは、視準ビーム入力領域からデータを伝送するための
ビーム出力領域にビームの第1の部分を送り、視準ビー
ム入力領域からモニタのための検出出力領域に向けて第
2の部分を回折させるように構成されている。視準ビー
ム入力領域は回折機能(diffractive feature)を含ん
でおり、これはコンピュータによって生成されるホログ
ラム(computer generated hologram:以下、「CGH」
とよぶ)またはグレーティングでありうる。
って放出された入力ビームが、DOAの回折機能を備え
た視準ビーム入力領域に入射する。回折された第2の部
分が、DOAを介して、検出出力領域及び光パワー出力
をモニタする検出器上へと伝搬する。この実施態様で
は、VCSEL及び検出器は、DOAの両側に位置して
いる。
の回折機能によって回折された第2の部分は、DOAの
反対側の第1の反射領域によって反射される。反射され
た第2の部分は、DOAのVCSELと同じ側にある検
出出力領域に送られる。
入力ビームの回折部分を反射して検出領域に向けるため
に協働する一連の光学領域を含んでいる。VCSELの
1つによって放出される入力ビームは、回折機能を含む
関連する視準ビーム入力領域からDOAに入射する。回
折される第2の部分は、DOAを介して、第1の反射領
域まで伝搬し、ここで反射されて第2の反射領域に送ら
れる。第2の部分は、第2の反射領域によって反射さ
れ、DOAを介して第3の反射領域まで送られる。第3
の反射領域から反射された反射部分は、DOAを介して
検出出力領域に送られる。検出出力領域において、第2
の部分は、ビームのモニタ及びフィードバック調整を行
う検出器に送られる。
リウム砒素、インジウム・ガリウム砒素、または、VC
SELによって生じる入力ビームの波長に感光性のある
材料から製作することができる。さらに、反射領域は、
第2の部分を関係する次の領域に送るためのミラー、反
射コーティング、または、金属被覆表面(例えば、反射
回折光学素子)とすることができる。関係する次の領域
は、後続する反射領域または検出出力領域でありうる。
並列チャネル光学アレイ内の特定のチャネルに対応する
DOAのアレイが設けられる。代わりの実施態様によれ
ば、並列アレイ内の全てのチャネルに対応する単一のD
OAが設けられる。すなわち、この単一のDOAは、ア
レイ内のVCSELから放出される全入力ビームの第2
の部分を回折するように構成されている。
領域はスパイラル位相構成(spiral-phase configurati
on)を有しうる。この設計によれば、VCSELの発光
源に戻される光強度のフィードバックが排除される。検
出される光パワー出力はリング形状のパターン(ring-s
haped pattern)を示すことになる。
またはグレーティングの回折機能でありうる。CGH
は、1次元または2次元とすることができる。ある実施
態様では、1次元のCGHの集積は、1つの軸に沿って
繰り返される周期毎に8つの個別的な深さを含んでい
る。CGHの回折原理のため、検出される光パワー出力
は、スパイラル位相を含めると、例えば、リング形状パ
ターンのような一連の同様の形状パターンになる。CG
Hによって偏差を生じないリング形状パターンは、デー
タ伝送のための第1の部分に対応する0次の回折次数
(diffraction order)である。大きい角度偏差(例え
ば、9次の回折次数)での強度を備えたリング形状パタ
ーンは、モニタ及びフィードバックのための第2の部分
に対応する。データ伝送(すなわち、0次の回折次
数)、または、モニタ(すなわち、9次の回折次数)の
ために選択されない他の回折次数の光パワー出力は、ノ
イズ及びクロストーク信号とみなされ、最小限に抑えら
れる。
回折機能は2次元のCGHの回折機能である。CGH集
積は、2つの軸に沿って繰り返される周期毎に8つの個
別的な深さを含まれている。2次元のCGHの光パワー
出力は、例えば、2組の交差する一連の同様の形状パタ
ーンとすることができるという点を除けば、検出される
出力によって、1次元のCGHに似た一連の同様の形状
パターンが示される。あるいはまた、視準ビーム入力領
域の回折機能は、体積ホログラムの回折機能である。さ
らに別の実施態様では、グレーティングの回折機能を利
用して、モニタのために入力ビームの第2の部分を回折
させる。
部分を回折させるために視準ビーム入力領域に組み込ま
れるとして説明されているが、この回折機能は独立した
構成要素へと製作されて構成されうる。この代わりの2
ピース構成の場合には、視準ビーム入力領域が、独立し
た回折素子に結合されている間に、入力ビームの第2の
部分を回折することができる。
するVCSELに対する入力電流が、閉ループ・フィー
ドバック・システムによって調整される。第1のフィー
ドバック信号源は、検出器によって受信される光強度で
ある。さらに、第2のフィードバック信号源は、現在温
度における最適な光強度とすることができる。最適な光
強度値は、温度センサによって測定される周囲温度に対
応する動作パラメータを備えたメモリ装置によって供給
される。フィードバック・システムは、両方のフィード
バック信号を利用して、アレイ内の全てのVCSELに
対する入力電流を調整する。
は、並列チャネル光学アレイのVCSEL毎にモニタ及
びフィードバックを備えることによって、全てのチャネ
ルに対して許容可能な性能が保証され、温度変動及び経
時変化の影響によって生じうる許容できない損失から保
護されるという点にある。さらに、チャネルのモニタに
よって、フィードバック信号を供給するために用いられ
るチャネルが制限されることもない。それどころか、モ
ニタされるチャネルは、モニタのためだけではなく、デ
ータ伝送のためにも信号を供給することができる。
10の望ましいアーキテクチャの1つを例示したもので
ある。並列チャネル光学アレイの全てのチャネルについ
て、入力ビーム32の第1の部分34をデータ伝送のた
めのビーム出力領域24に渡すように構成されたいくつ
かの光学領域を、DOA10は含んでいる。さらに、D
OAは、入力ビーム32の第2の部分36を回折させ
て、検出出力領域22に向けるように構成されている。
光学領域は、(a)視準ビーム入力領域14と、(b)
ビーム出力領域24と、(c)第1の反射領域16と、
(d)第2の反射領域18と、(e)第3の反射領域2
0と、(f)検出出力領域22とを含んでいる。視準ビ
ーム入力領域14は、第1の部分34を通過し、第2の
部分36を回折させるための回折機能を含んでいる。あ
る実施態様では、回折機能は、第2の部分36を回折さ
せるように構成されたCGH64(図9)の回折機能で
ある。代わりの実施態様では、回折機能はグレーティン
グ80(図15)の回折機能である。
32は、視準ビーム入力領域14からDOA10に入射
する。視準ビーム入力領域14は、一般に、ガラス、プ
ラスチック、または、光の伝搬を可能にする材料から製
作される。VCSEL12の放出領域に戻される入力ビ
ーム32の反射を最小限に抑えるため、視準ビーム入力
領域14の表面は、放出領域から任意の反射部分をそら
す(divert)ことによって、性能に影響する反射(perf
ormance-affecting reflection)を最小限に抑える特有
の構造を有するように製作することができる。
領域14の反対側に配置されたビーム出力領域24に入
力ビーム32の第1の部分34を送るように構成されて
いる。ビーム出力領域24は、データ伝送に利用される
光ファイバ26に結合されている。VCSEL12の放
出部分に戻される第1の部分34の反射を最小限に抑え
るため、ビーム出力領域24の表面は、反射防止コーテ
ィング(図示せず)の層を形成することができる。さら
に、回折素子は、入力ビーム32の第2の部分36を、
DOA10のビーム入力領域14の反対側に配置された
第1の反射領域16に対して回折するように構成されて
いる。第1の反射領域16によって反射される第2の部
分36は、DOA10を介して、DOAの反対側で、ビ
ーム入力領域14と同じ側に配置された第2の反射領域
18まで伝搬する。第2の反射領域18によって反射さ
れた第2の部分36は、DOA10を介して、DOAの
反対側で、第1の反射領域16と同じ側に配置された第
3の反射領域20まで伝搬する。第3の反射領域20に
よって反射された第2の部分36は、DOA10を介し
て、DOAの第2の反射領域18と同じ側に配置された
検出出力領域22まで伝搬する。検出出力領域22は、
フィードバック信号のモニタ及び供給に適合した検出器
28に第2の部分36を集中する。
20とは、第2の部分36を関係する次の領域に反射す
るため、第2の部分36の伝搬光路内に配置されたミラ
ーである。関係する次の領域は、反射領域18または2
0、あるいは検出領域22でありうる。ミラーは、DO
A10の表面に取り付けられている。別の実施態様で
は、反射領域16と18と20とは、第2の部分36を
関係する次の領域に反射する反射コーティングである。
さらに別の実施態様では、反射領域16と18と20と
は、反射角及びビーム・プロファイルの制御に用いるこ
とができる金属被覆表面(例えば、反射回折光学素子)
である。金属被覆表面は、材料及び製造コストを最小限
に抑えるために利用される。
係する次の領域におくるための3つの反射領域16と1
8と20とを含むとして説明されているが、第2の部分
36を反射するための反射領域の数はもっと少なくする
ことができる。さらに、本発明は、反射しない領域を含
みうる。この実施態様の場合には、回折される第2の部
分36は、DOA10を介して、DOA10の反対側に
ある検出出力領域22まで伝搬する。あるいはまた、第
2の部分36を関係する次の領域に反射するための反射
領域の数をもっと多くすることもできる。
について、チャネルVCSEL12を駆動する入力電流
を調整するため、専用の検出器28が、フィードバック
・システム30に結合されている。検出器28は、VC
SEL12によって生じる入力ビーム32の波長に対す
る感度が得られるように選択された材料の層から一般に
形成される。検出器28と共に、VCSEL12及びフ
ィードバック・システム30が、媒体110内に配置さ
れている。媒体110は、視準ビーム入力領域14と、
第2の反射領域18と、検出出力領域22とを備えたD
OA10の表面38に対して平行である。第2の反射領
域18及び検出出力領域22の相対的配置は、本発明に
とって重要ではない。
12個の並列チャネル光学アレイ44と、第2の基板上
に製作された集積回路52に用いられる図1の媒体11
0の望ましい実施態様が示されている。光学アレイ44
と集積回路52とは、有意な異なる特性と関連付けられ
るので、異なる基板上に製作される。代わりに、光学ア
レイ44は、ハンダ・バンプのようなパッケージング・
テクノロジを利用して、集積回路52の上に取り付ける
ことができる。集積回路52に対する光学アレイ44の
配置は、本発明にとって重要ではない。
は12個の独立したチャネルを含んでおり、各チャネル
は、それ自体のVCSEL12と、検出器28と、フィ
ードバック・システム30と、第1のボンディング・パ
ッド50と、第2のボンディング・パッド48とをそれ
ぞれ含んでいる。一例として、アレイ44の第1のチャ
ネル46及び集積回路52は、図1のDOA10の視準
ビーム入力領域14に対して入力ビーム32を放出する
ための第1のVCSEL12を含んでいる。DOA10
の表面38は、媒体110に対して平行に配置されてい
る。入力ビーム32は、視準ビーム入力領域14に結合
された回折格子によって回折される。第2の部分36
は、検出出力領域22及び検出器28に引き続き送られ
る。検出器28によって生じるフィードバック信号は、
第2の部分の強度に応答し、フィードバック・システム
30によって受信される。フィードバック・システム3
0は、集積回路52内に形成されるので、点線ブロック
として示されている。フィードバック・システム30か
らの出力電流は、第2のボンディング・パッド48に結
合された第1のボンディング・パッド50に伝導され
る。第2のボンディング・パッド48によって受信され
る出力電流は、第1のチャネル46のVCSEL12を
駆動するために利用される。
チャネル光学アレイ44のそれぞれのチャネル毎に第2
の部分36を回折及び方向付けし、検出器28に送るよ
うに構成された12個の個別に独立したDOA10を示
している。代わりの実施態様に従って、図4は、アレイ
44の全チャネルについて、第2の部分36を回折およ
び方向付けし、検出器28に送るように構成された単一
のDOA10を示している。アライメント・ピン(図示
せず)を利用して、媒体110をDOA10に固定し、
正確に位置合わせする。
独立したチャネルを有するとして説明されているが、本
発明の範囲及び精神を逸脱することなく、チャネル数が
もっと多いか、または、少ないアレイを実施することも
できる。さらに、本発明に従って、4×4個のアレイの
ようなn×n個のアレイを実施することができる。従っ
て、各DOAが、アレイのそれぞれのチャネルに対応す
る、より数の多いDOAを同様に実施することもでき
る。さらに、放出される入力ビームがデータ伝送及びモ
ニタに十分なものである限りにおいて、VCSELの代
わりに、並列チャネル・アレイをなすように、ファブリ
・ペロー・レーザ(Fabry-Perot laser)やガス・ベー
ス・レーザ(Gas-based laser)等のようなレーザ・ダ
イオードを利用することもできる。
力領域22によって回折させられた第2の部分36の断
面画像58を受像して、検出するための150μm×1
50μmの表面領域を含んでいる。断面画像58の直径
は約50μmである。これらの仕様を考慮すると、全許
容範囲(媒体110とDOA10の表面38との間にお
けるx軸及びy軸に沿った許容移動範囲を表す)±15
μmが、150μm×150μmの検出器28の受像表
面領域内に十分に納まることになる。
(媒体110と表面38の間における許容垂直移動範囲
を表す)±40μmが、150μm×150μmの検出
器28の受像表面領域内に十分に納まることになる。図
6Aは、z軸に沿ったシフトが生じない、検出器28の
第2の部分36の断面画像58を示している。すなわ
ち、z軸に沿った媒体110と表面38との隔離距離
(separation distance)は、動作にとって理想的なタ
ーゲット距離である。図6Bを参照すると、断面画像5
8は、媒体110と表面38との間でz軸に沿って−4
0μmシフトした状態で、検出器28の検出可能表面領
域内に十分に納まることになる。同様に、図6Cに示す
ように、断面画像58は、媒体110と表面38との間
でz軸に沿って+40μmシフトした状態で、検出器2
8の検出可能表面領域内に十分に納まることになる。
領域14は、図7に示すスパイラル位相構成60をなし
ている。スパイラル位相構成60は、任意の反射部分の
進路を発光源から転換することによって、VCSEL1
2の放出表面に戻される反射を最小限に抑えるように設
計されている。反射によってVCSEL12に戻される
光パワー出力はリング形状パターンを有しており、ここ
で、光強度の集中がVCSEL12の放出表面からそら
される。図8は、スパイラル位相構成60をなすビーム
入力領域14に関して、検出器28によって受光される
リング形状パターン62を示している。
4の回折機能とすることが可能な回折機能を有する図1
の視準ビーム入力領域14を示している。望ましい実施
態様の場合には、CGH64の回折機能はビーム入力領
域14内に組み込まれるが、CGH64は、分かりやす
くするため、独立した構成要素として説明することにす
る。位置合わせされ、CGH64の反対側に配置された
ビーム出力領域24に、DOA10を介して入力ビーム
32の第1の部分34を送るように、CGH64が構成
されている。さらに、CGH64は、モニタ及びフィー
ドバックのため、DOA10を介して入力ビーム32の
第2の部分36に回折及び方向付けるように構成されて
いる。回折部分は、入力ビーム32の第2の部分36と
して説明されているが、入力ビーム32の強度の50%
を超える部分を回折するようにCGH64を設計するこ
とができる。
起伏(surface relief)の構成が得られるように、数値
的に最適化された設計を有している。屈折率が、この場
合には空気である周囲媒体とは異なる限り、CGH64
は、ガラス、プラスチック、金属、半導体、誘電体、ポ
リマ等に形成することができる実質的に透明な部材であ
る。
元のCGHとすることができる。1次元のCGHは、1
つの軸に沿って入力ビーム32を変調するように構成さ
れている。望ましい実施態様の場合には、周期毎に8つ
の個別的な表面深さが1つの軸に沿って1次元のCGH
へとエッチングされる。各周期は、30μmの長さとす
ることが可能であるが、重要ではない。図10Aは、1
つの軸に沿って8つの個別的な表面深さ70をそれぞれ
の周期が含む、2周期分の1次元のCGHの断面図を示
している。図10Bは、その1つの周期が8つの個別的
な表面深さ70を有する、図10Aの1次元のCGH6
6の平面図を示している。図10Bにおいて、ハッチン
グ密度が異なる各領域は、1つの個別的な表面深さを表
している。
(視準ビーム入力領域は図7のスパイラル構成60をな
している)を利用する結果として、検出器28において
検出される光パワー出力パターンは、一連のリング形状
パターン72と74と76とである。出力が最大のリン
グ形状パターン72は、3つの可視リング形状パターン
の中央に位置している。それは、データ伝送に用いられ
る第1の部分34である、CGH66から伝搬する0次
の回折次数の光である。2番目に強い強度のリング形状
パターン74は、3つの可視リング形状パターンの下部
に位置している。それは、モニタに用いられる第2の部
分36である、CGH66から伝搬する9次の回折次数
の光である。
他の回折次数(すなわち、−9次の回折次数〜−1次の
回折次数及び1次の回折次数〜8次の回折次数)から検
出される光パワー出力は、望ましくないノイズ及びクロ
ストーク信号とみなされ、並列チャネル光学アレイ44
からの漏出を許すと、目の安全性に問題を生じうる。ノ
イズの一部は、図11の3つの可視リング形状パターン
の上部に位置する3番目に強いパワーを備えた検出され
るリング形状パターン76として提示される。他の望ま
しくない回折次数(すなわち、−8次の回折次数〜−1
次の回折次数及び1次の回折次数〜8次の回折次数)
は、光パワー出力が弱いために表されていない。
データによって、望ましくない光パワー出力が、50%
と60%と75%との3つのターゲット伝送に関して、
0次及び9次の回折次数における望ましい出力に対して
被制御の最小レベルにあることが確認される。50%の
ターゲット伝送の場合には、0次の回折次数で検出され
る実際の光パワー出力は、52.6%である。この数字
は、データ伝送に用いられる図1の第1の部分34であ
る入力ビーム32のパーセンテージに相当する。9次の
回折次数において、実際の光パワー出力は21.3%で
ある。この数字は、モニタに用いられる第2の部分36
である入力ビーム32のパーセンテージに相当する。他
の回折次数からの望ましくない光パワー出力は、0次及
び9次の回折次数における出力に対して最小レベルにあ
る。例えば、−8次〜−1次及び1次〜8次の回折次数
のうちの特定の回折次数に関する望ましくない最大出力
は、0.5%である。シミュレーション・データは、6
0%及び75%におけるターゲット伝送に関して同様の
結果を示している。異なる回折次数に関する光強度の比
は、設計によって同調可能である。これによって、目の
安全性要件(eye safety requirement)を満たすこと、
及び、様々なメーカの光源を利用することの利点が得ら
れる。
は、2つの軸に沿って入力ビーム32を変調するように
構成されている。望ましい実施態様の場合には、周期毎
に8つの個別的な表面深さが、x軸及びy軸に沿って2
次元のCGHへとエッチングされている。各周期は長さ
が30μmである。この周期は、表面全域にわたって反
復される。図13は、両軸に沿って8つの個別的な表面
深さ70を備える2次元のCGH68の平面図を示して
いる。図14は、2次元のCGH68を利用した検出器
28における光パワー出力パターンを示している。代わ
りに、視準ビーム入力領域の回折機能は、体積CGHの
回折機能である。
レーティング80の回折機能とすることが可能な回折機
能を有するものとして、視準ビーム入力領域14を示し
ている。望ましい実施態様は、グレーティング80の回
折機能が、ビーム入力領域14内に組み込まれている態
様であるが、本発明の説明をより分かりやすくするた
め、グレーティング80は独立した素子として説明する
ことにする。位置合わせされ、入力ビーム32の第1の
部分34をグレーティング80の反対側に配置されたビ
ーム出力領域24に送るように、グレーティング80が
構成されている。さらに、グレーティング80は、モニ
タ及びフィードバックのため、入力ビーム32の第2の
部分36を回折させるように構成されている。
る角度で、第2の部分36を回折させるように数値的に
最適化された設計が施されている。グレーティング80
は、ほぼ透明な部材である。グレーティング80は、屈
折率がこの場合には空気である周囲媒体と異なる限り、
ガラス、プラスチック、金属、半導体、誘電体、ポリマ
等に形成することができる。望ましい実施態様の場合に
は、グレーティング80は、1つの軸に沿って周期毎に
8つの個別的な表面深さを有するブレーズド・グレーテ
ィング(blazed grating)である。
と2次元のCGH68と第2の部分の回折のため視準ビ
ーム入力領域14に組み込まれたグレーティング80と
のうちの1つとして形成された回折機能を有するとして
説明されているが、もちろん、回折機能は、独立した構
成要素として製作し、接続することもできる。この代わ
りに2ピース構成の場合には、視準ビーム入力領域14
は、独立した回折素子に結合されるので、入力ビーム3
2の第2の部分を回折させることができる。
する入力電流をモニタするための検出器28と、調整す
るためのフィードバック・システム30とを含むブロッ
ク図が示されている。12チャネル(12CH.)の並
列チャネル光学アレイ44の全チャネルについて、フィ
ードバック・システム30は、アナログ・フィードバッ
ク制御装置86を含んでいる。さらに、デジタル・フィ
ードバック制御装置88を実施することもできる。
は、温度のような変量の変化に関係なく、各VCSEL
をターゲット光パワー出力に維持する手段の1つを提供
する。第2の部分36の光パワー出力は検出器28によ
って受光され、その強度はフィードバック信号90の発
生に利用される。フィードバック信号90はアナログ・
フィードバック制御装置86に伝導される。光パワー出
力の減少が検出されると、アナログ・フィードバック制
御装置86は、駆動装置96に指示してVCSEL12
に対する入力電流を増大する。逆に、光パワー出力の増
大が検出されると、アナログ・フィードバック制御装置
86は、駆動装置96に指示してVCSEL12に対す
る入力電流を減少させる。
第2の手段として、デジタル・フィードバック制御装置
88が実施される。アナログ・フィードバック制御装置
86とは異なり、デジタル・フィードバック制御装置
は、記憶された情報を利用して、フィードバック信号9
0に応答してVCSELに対する入力電流に調整を加え
るべき時期及び方法を決定する。現在の周囲温度は、温
度センサ92によって識別される。識別された温度に応
じて、EEPROMのようなメモリ装置94が、最適パ
ワー・レベル・データと、VCSEL12の勾配効率の
ような検出器28では容易に測定されない情報とを含む
特性データを供給する。検出器28から生じる検出光強
度が現在の温度における識別された最適パワー・レベル
未満の場合には、デジタル・フィードバック制御装置8
8は駆動装置96に指示してVCSEL12に対する入
力電流を増大させる。逆に、検出される光強度が現在温
度における識別された最適パワー・レベルを超える場合
には、デジタル・フィードバック制御装置88は駆動装
置に指示してVCSEL12に対する入力電流を減少さ
せる。
パワー出力レベルと低光パワー出力レベルとの間で変調
を行う。高速検出器28及び高速フィードバック・シス
テム30の動作によって、VCSEL12の高デジタル
・レベル及び低デジタル・レベルをモニタすることがで
きる。さらに、検出器28は、低周波設計に関してVC
SEL12の平均パワーを求めることができる。
ャネル光学アレイ44内の全てのチャネルを最適パワー
・レベルに維持するためのDOA10の動作について説
明することにする。ステップ100では、並列チャネル
光学アレイ44の各VCSEL12からの入力ビーム3
2がDOA10によって受光される。ステップ102で
は、入力ビーム32の一部が、回折されてDOA10を
介して検出出力領域22に送られて、検出器28上へと
入射する。ステップ104では、フィードバック信号を
提供する。第1のフィードバック信号は、検出器28に
よって受光される第2の部分36の光パワー出力であ
る。第2のフィードバック信号は、任意の特定温度にお
ける最適な光強度レベルである。最後に、ステップ10
6において、VCSEL12に対する入力電流が、第1
及び第2のフィードバック信号に応答して調整される。
2の部分を反射し、検出出力領域に送るための本発明に
よる回折光学装置(DOA)の断面図である。
媒体の平面断面図である。
の独立したチャネルに対応している図2の媒体の平面断
面図である。
けられた、図2の媒体の平面断面図である。
関する検出器の許容公差内にある回折部分の断面画像を
示す図である。
る直交シフトに関する検出器の許容公差内にある回折部
分の断面画像を示す図である。
域を示す図である。
形状パターンを示す図である。
ム入力領域を示す図1のDOAの断面図である。
深さを備える図9の1次元のCGHの断面図である。B
は、Aの1次元のCGHの一部に関する平面図である。
次元のCGHに関する検出された光パワー出力パターン
を示す図である。
元のCGHの光パワー出力に関するシミュレーション・
データを示す図である。
の平面図である。
備え、図9の2次元のCGHの検出された光パワー出力
パターンを示す図である。
入力領域を示す図1のDOAの断面図である。
オードに対する入力電流を調整するための図1の検出及
びフィードバック・システムの接続を示すブロック図で
ある。
オードに関する最適パワー・レベルを維持するためのプ
ロセス流れ図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 基板と、 該基板上に製作され、入力ビームを放出するための光送
信器をそれぞれ含む複数の独立したチャネルを有する並
列チャネル光学アレイと、 検出器のそれぞれが前記入力ビームの1つに対して専用
である該検出器のアレイと、 前記入力ビームが入射するように配置され、前記入力ビ
ームに対して専用である前記検出器への前記入力ビーム
のそれぞれの一部の回折を誘発する光学特性を有してお
り、前記検出器が動作して前記入力ビームの前記回折し
た部分に応じた第1のフィードバック信号が発生するよ
うにする光学装置と、 該第1のフィードバック信号に応答して、前記入力ビー
ムを個別に調整できるようになっているフィードバック
・システムとを含んでなることを特徴とする光学モニタ
・システム。 - 【請求項2】 前記並列チャネル光学アレイの前記チャ
ネルの特定の1つにそれぞれ対応する入力表面であっ
て、専用の前記検出器に対する前記入力ビームの前記一
部を回折するように構成された複数の個別的な入力表面
を、前記光学装置が有することを特徴とする請求項1に
記載の光学モニタ・システム。 - 【請求項3】 前記並列チャネル光学アレイの前記チャ
ネルの全てに対応し、前記入力ビームの全てについてそ
の一部を回折させるように構成された単一の入力表面
を、前記光学装置が有することを特徴とする請求項1に
記載の光学モニタ・システム。 - 【請求項4】 前記光学装置がコンピュータによって発
生されるホログラム(CGH)と体積ホログラムとグレ
ーティングとからなる1つによる前記光学特性を含み、
前記光学特性が前記入力ビームの第1の部分を通過させ
て第2の部分を回折させるように構成され、前記第1の
部分がデータ伝送のための第1のターゲット回折次数に
対応し、前記第2の部分がモニタのための第2のターゲ
ット回折次数に対応することを特徴とする請求項1から
3のいずれかに記載の光学モニタ・システム。 - 【請求項5】 前記第1のターゲット回折次数が0次の
回折次数であり、前記第2のターゲット回折次数が9次
の回折次数であることを特徴とする請求項4に記載の光
学モニタ・システム。 - 【請求項6】 前記CGHが1次元のCGHか2次元の
CGHかのどちらかであり、前記1次元のCGHが1つ
の軸に沿った周期毎に少なくとも8つの個別的な表面深
さを有し、前記2次元のCGHが2つの軸に沿った周期
毎に少なくとも8つの個別的な表面深さを有することを
特徴とする請求項4に記載の光学モニタ・システム。 - 【請求項7】 前記第2の部分が、前記検出器に対して
反射されるように配置された第1の反射領域をさらに含
んでいることを特徴とする請求項1から6のいずれかに
記載の光学モニタ・システム。 - 【請求項8】 前記フィードバック・システムが、 第2のフィードバック信号である露光データを取得する
ためのセンサと、 前記光送信器のそれぞれに対するターゲット・パワー・
レベル情報を含む特性評価データを、前記露光データの
ために提供するためのメモリ装置と、 前記ターゲット・パワー・レベル情報と前記第2のフィ
ードバック信号との差に応じて、前記入力ビームを調整
するための修正機構とをさらに含んでいることを特徴と
する請求項1から7のいずれかに記載の光学モニタ・シ
ステム。 - 【請求項9】 前記露光データが温度データを含んでい
ることを特徴とする請求項8に記載の光学モニタ・シス
テム。 - 【請求項10】 前記検出器及び前記フィードバック・
システムが単一の基板部材上に集積化されていることを
特徴とする請求項1に記載の光学モニタ・システム。
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