JP2002258079A - ボード内光インターコネクション方法と装置 - Google Patents
ボード内光インターコネクション方法と装置Info
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Abstract
な配線容量を確保できる光インターコネクション方法及
びこの方法を用いた装置を提供する。 【解決手段】 特定の光波長を有する光源からの空間光
10を、複合光導波路に設けた入力グレーティング7に
より複合光導波路を伝搬するスーパーモード光12に結
合させ、主光導波路3に設けた反射グレーティング4に
より反射させると共に主光導波路3を伝搬する基本モー
ド導波光13に結合させ、且つ、主光導波路3を伝搬す
る複数の波長の基本モード導波光13の内、特定の波長
を有する基本モード導波光13を、主光導波路3に設け
た反射グレーティング4により反射させると共に複合光
導波路を伝搬するスーパーモード光12に結合させ、複
合光導波路に設けた出力グレーティング8により空間光
11に結合させ、光検出器に入射させる。
Description
た電子集積回路(IC)チップ間の接続を光配線で接続
する光インターコネクション技術に関する。
算プロセッサの高速化・大容量化は極めて重要である
が、その性能向上は配線容量で律速され、その容量確保
が、電気配線を使用する現状技術の延長では困難となる
ことが予測されている。例えば、演算プロセッサとメモ
リーの間は、データーバスと呼ばれる電気配線で結合さ
れているが、演算プロセッサの高速化・大容量化のため
には、データバスの配線容量、すなわち、データーバス
を構成する配線本数を増やさなければならない。個々の
配線を微細化して、本数を増やす従来法では、電気配線
であるために、配線遅延、クロストーク、あるいは電気
信号の反射といった問題が顕著になり、限界が生じる。
大きく、同一空間を伝搬する光であっても波長が異なれ
ば分離できる、といった光超並列性を有するため、装置
間、電子集積回路(IC)チップを搭載したボード間、
又は、ICチップ間の情報伝送を光によって行う、すな
わち、光インターコネクト技術がこの課題を解決する手
段として注目され、伝送距離の長い部分から開発・実用
化されている。例えば、装置間の光インターコネクト技
術の例として、面発光レーザー、マルチモードファイ
バ、及びフォトダイオードで構成した光モジュールがあ
る。この光モジュールは、伝送距離100m、チャネル
数10以上で、転送速度Gbpsから数十Gbpsを実
現している。また、ICチップを多数搭載したボード間
の光インターコネクト技術の例としては、これらのボー
ドを搭載するマザーボードに光導波路を形成し、ボード
間の情報の受け渡しを光信号で行う例がある。また、ボ
ード間の情報の受け渡しを、ボード上部に設けた光送信
部と光受信部を介した自由空間光で行う例もある。ま
た、ボード間の情報の受け渡しを、複数のボードの背後
に設けたホログラムとミラーを介した自由空間光で行う
例もある。
光配線は、伝送距離が短く、光の伝搬速度の優位性があ
まりないことからあまり注目されていない。しかしなが
ら、将来のペタFLOPSの演算速度やテラbpsのス
ループットを実現するためには、超並列演算プロセッサ
によるコンピュータシステムを必要とし、クロック周波
数を大きくする必要がある。しかしながら、クロック周
波数が数GHzを越えると、光であってもクロックあた
りの伝送距離がcm程度となり、伝搬遅延時間差の問題
が生じる。光の超並列性を利用すれば、クロック周波数
をあまり大きくせずに、同等の演算速度を実現すること
ができ、伝搬遅延時間差の問題を緩和することができ
る。
には、電気→光変換素子であるE/O素子と、光→電気
変換素子であるO/E素子と、ICとからなるMCM
(マルチチップ・モジュール)を基本単位とし、ボード
上に配列した複数のMCM間を光配線する方法がある。
この方法においては、E/O素子及びO/E素子の光入
出力方向は、一般に、MCMの表面に垂直方向である。
このため、ボード面に配列したMCMのE/O素子部分
において、E/O素子からの発光を90°曲げてボード
面に沿った方向に伝搬させること(以後、アドと呼
ぶ)、また、O/E素子部分において、ボード面に沿っ
て伝搬してきた光を90°曲げてO/E素子に入射させ
ること(以後、ドロップと呼ぶ)が必要である。
線の例には、図6に示したものがある。図6(A)は、
MCM間の相互の接続をプリズムを介して光結合する例
を示している。この例では、光の進行方向を90°曲げ
るためにバルク型のプリズムを使用しているが、個別部
品を後付するため、製造工程が複雑化し、また振動によ
って脱落しやすく、信頼性も低い。また、図6(B)
は、光導波路を形成したボードの表面にMCMを搭載
し、これらのMCMのE/O及びO/E間をボード表面
に形成した光導波路を介して光結合する例を示してい
る。この例では、光の進行方向を90°曲げるために、
曲がり光導波路を使用しているが、光導波路の曲がり部
分の放射損失が大きく、また、光配線用ボード上に、深
さ方向で曲がる光導波路を形成することは、プロセス
上、容易ではない。
CMの表面を平坦な透明光学媒質で覆い、光学媒質上に
導波路を形成し、導波路の端面を斜めに形成したミラー
によって、光の進行方向を90°曲げてMCM間の光配
線を行う例を示している。この例では、光導波路端面を
斜めに形成しなければならず、十分制御された角度で、
再現性良く形成することは難しい。これらの従来技術に
おいては、光の進行方向を90°曲げるために、すなわ
ち、光アド及び光ドロップを行うために、プリズム等の
個別部品を搭載したり、曲がり光導波路を形成したり、
光導波路端面を斜めに形成したりするので、製造工程が
複雑化し、製造歩留りが低く、また、信頼性に欠けると
いった課題がある。また、これらの従来例においては、
比較的容易にかつ歩止まり良く作製するために、多モー
ド光導波路を用いている。このため光導波路の幅が大き
く、光導波路の集積度を上げることができない。また、
従来の光導波路を用いる光インターコネクション技術に
おいては、任意の波長の光を選択してアド及びドロップ
する機能を有していない。このため光の超並列性を活用
した波長多重ができず、従って高容量の光配線は不可能
である。
度が高く、任意の波長の光を選択してアド及びドロップ
ができ、光の超並列性を生かした波長多重ができ、した
がって、演算プロセッサ等の高速化・大容量化に必要な
配線容量を確保でき、かつ、製造工程が複雑化せず、信
頼性が高い光インターコネクション方法を提供すること
を一目的している。また、本発明の他の目的は、この方
法による光インターコネクション装置を提供することに
ある。
に、本発明のボード内光インターコネクション方法は、
特定の光波長を有する光源からの空間光を、複合光導波
路に設けた入力グレーティングにより複合光導波路を伝
搬するスーパーモード光に結合させ、主光導波路に設け
た反射グレーティングにより反射させると共に主光導波
路を伝搬する基本モード導波光に結合させ、及び、主光
導波路を伝搬する複数の波長の基本モード導波光の内、
特定の波長を有する基本モード導波光を、主光導波路に
設けた反射グレーティングにより反射させると共に複合
光導波路を伝搬するスーパーモード光に結合させ、複合
光導波路に設けた出力グレーティングにより空間光に結
合させ、光検出器に入射させることを特徴とする。この
構成によれば、反射グレーティングの波長選択性と、基
本モード導波光及びスーパーモード光の伝搬定数の離散
性から、主光導波路を伝搬する特定の波長の基本モード
導波光のみをスーパーモード光に反射結合させ、他の波
長の基本モード導波光をそのまま主光導波路を伝搬させ
ることが可能となり、波長アド、ドロップ機能が実現で
きる。また、入出力グレーティング層での基本モード導
波光の界は小さく、グレーティング層でのスーパーモー
ド光の界は大きいので、入出力グレーティングは基本モ
ード導波光にはほとんど影響を及ぼさず、スーパーモー
ド光のみを空間光と結合することが可能である。
n0 を有するクラッド層を積層し、クラッド層に屈折率
n1 を有する第1の導波コア層を積層し、第1の導波コ
アに反射グレーティングを有する第1のグレーティング
層を積層し、第1のグレーティング層に屈折率n2 を有
する第2の導波コア層を積層し、第2の導波コア層に入
力及び出力グレーティングを有する第2のグレーティン
グ層を積層することにより、複合光導波路を構成し、か
つ、各層の屈折率が、n0 <n2 <n1 の関係を満たす
ように光学媒質を選択して、特定の波長を有する光源か
らの空間光を、第2のグレーティング層の入力グレーテ
ィングにより複合光導波路を伝搬するスーパーモード光
に結合させ、第1のグレーティング層に設けた反射グレ
ーティングにより反射させると共に主光導波路である第
1の導波コア層を伝搬する基本モード導波光に結合さ
せ、また、主光導波路である第1の導波コア層を伝搬す
る複数の波長の基本モード導波光の内、特定の波長を有
する基本モード導波光を、第1のグレーティング層に設
けた反射グレーティングにより反射させると共に複合光
導波路を伝搬するスーパーモード光に結合させ、第2の
グレーティング層に設けた出力グレーティングにより空
間光に結合し、光検出器に入射させることを特徴とす
る。この構成によれば、屈折率n0 <n2 <n1 の関係
から、主光導波路である第1の導波コアと第2の導波コ
アに界ピークを有するスーパーモード光が伝搬し、空間
光と基本モード導波光とが結合する。また、入出力グレ
ーティングを有する第2のグレーティング層では主光導
波路を伝搬する基本モード導波光の界がほとんど無視で
きるので、入出力グレーティングがこれらの基本モード
導波光を減衰させることが無く、従って、低損失で通過
させることができる。
折率n0 を有するクラッド層を積層し、クラッド層上に
入力及び出力グレーティングを有する第1のグレーティ
ング層を積層し、第1のグレーティング層上に屈折率n
1 を有する第1の導波コア層を積層し、第1の導波コア
層に屈折率n2 を有する第2の導波コア層を積層し、導
波コア層上に反射グレーティングを有する第2のグレー
ティング層を積層して複合光導波路を構成し、かつ、各
層の屈折率が、n0 <n1 <n2 の関係を満たすように
光学媒質を選択して、特定の波長を有する光源からの空
間光を、第1のグレーティング層の入力グレーティング
により複合光導波路を伝搬するスーパーモード光に結合
させ、第2のグレーティング層に設けた反射グレーティ
ングにより反射させると共に主光導波路である第2の導
波コア層を伝搬する基本モード導波光に結合させ、及
び、主光導波路である第2の導波コア層を伝搬する複数
の波長の基本モード導波光の内、特定の波長を有する基
本モード導波光を、第2のグレーティング層に設けた反
射グレーティングにより反射させると共に複合光導波路
を伝搬するスーパーモード光に結合させ、第1のグレー
ティング層に設けた出力グレーティングにより空間光に
結合し、光検出器に入射させることを特徴とする。この
構成によれば、屈折率n0 <n1 <n2 の関係から、ク
ラッド界面付近に大きな界を有するスーパーモード光が
伝搬する。スーパーモード光の界が強いクラッド界面、
すなわち第1のグレーティング層に入出力グレーティン
グを設けているから、スーパーモード光と空間光との結
合効率が高くなると共に、第1のグレーティング層では
主光導波路を伝搬する基本モード導波光の界がほとんど
無視できるので、入出力グレーティングがこれらの基本
モード導波光を減衰させることが無く、従って、低損失
で通過させることができる。
膜を積層し、この反射膜上に屈折率n0 を有する第1の
導波コア下部層を積層し、第1の導波コア下部層上に、
入力及び出力グレーティングを有する第1のグレーティ
ング層を積層し、第1のグレーティング層上に屈折率n
0 を有する第1の導波コア上部層を積層し、第1の導波
コア上部層上に屈折率n2 を有する第2の導波コア層を
積層し、この導波コア層上に反射グレーティングを有す
る第2のグレーティング層を積層することで、複合光導
波路を構成し、かつ、各層の屈折率が、n0 <n2 の関
係を満たすように光学媒質を選択して構成することを特
徴とする。この構成によれば、反射膜の高い反射率を利
用して導波光を複合導波路内に閉じ込めることができる
ので、第1の導波コア上部層と第1の導波コア下部層を
同一の光学媒質で構成でき、製造プロセスが簡単にな
る。また、屈折率n0 <n2 の関係から、入力及び出力
グレーティングを設けた第1のグレーティング層に大き
な界を有するスーパーモード光が伝搬する。スーパーモ
ード光の界が大きい第1のグレーティング層に入出力グ
レーティングを設けているから、スーパーモード光と空
間光との結合効率が高くなると共に、第1のグレーティ
ング層では主光導波路を伝搬する基本モード導波光の界
がほとんど無視できるので、入出力グレーティングがこ
れらの基本モード導波光を減衰させることが無く、従っ
て、低損失で通過させることができる。
て、基板上に反射膜を積層してからクラッド層を積層し
てもよい。この構成によれば、反射膜によって、基板方
向に放射伝搬する光が無くなるから、空間光と導波路の
結合を増大させることができる。
て、入力及び出力のグレーティングは、複合導波路表面
に搭載するMCMのE/O及びO/Eの位置に対応した
位置に形成する。
ネクション方法及びこの方法を使用した装置によれば、
グレーティングの周期を選択することによって、選択し
た特定の光波長の空間光を、空間光と垂直な方向に伝搬
方向を有する共通の光導波路に多重でき、また、共通の
光導波路を伝搬する複数の導波光の内から、グレーティ
ングの周期を選択することによって、選択した特定の波
長の光を導波光と垂直方向に伝搬する空間光として取り
出すことができるから、ボードに搭載する複数のMCM
間の光入出力信号の受け渡しを共通の光導波路で行うこ
とができる。すなわち、光の超並列性を生かせるので、
光配線容量を極めて大きくでき、演算プロセッサ等の高
速化・大容量化に必要な配線容量の拡大を可能にする。
また、この装置は、光学媒質、または、金属反射膜を基
板上に積層し、通常のフォトリソグラフィで加工すれば
形成できるので、MCM製造工程との整合性がよく、従
って、製造工程を複雑化することがない。さらに、個別
部品を後付けすることがないので信頼性が高い。
に基づき詳細に説明する。なお、実質的に同一の部材に
は共通の符号を使用して説明する。図1は本発明の光イ
ンターコネクション方法の第1の実施の形態を説明する
ための、ボードの導波光伝搬方向の断面模式図である。
図1に示すように、複合導波路は、基板1上に、順次、
屈折率n0 を有するクラッド層2を積層し、クラッド層
2に屈折率n1 を有する第1の導波コア層3を積層し、
第1の導波コア層3に反射グレーティング4を有する第
1のグレーティング層5を積層し、第1のグレーティン
グ層5に屈折率n2 を有する第2の導波コア層6を積層
し、そして、第2の導波コア層6に入力グレーティング
7及び出力グレーティング8を有する第2のグレーティ
ング層9を積層することによって構成され、かつ、各層
の屈折率が、n0 <n2 <n1 の関係を満たすように光
学媒質を選択して構成される。
ロップするために、入出力のグレーティング及び反射グ
レーティングの周期Λは、以下に示すように形成する。
スーパーモード光13の伝搬定数をβ(=2πN/λ、
Nはスーパーモード光13の実効屈折率、λは真空中で
の光波長)、グレーティングベクトルの大きさをK(=
2π/Λ)とすると、導波光と空間光(放射モード)と
の結合は、次式で表される。 ni k0 sinθi =β−K (i=u ,d ) (1) ここで、nu 及びnd は、それぞれ導波路層を挟む上下
の層の屈折率であり、k0 は真空波数であり、θi は導
波路層面に垂直な方向からの回折角度である。
間光と導波光の結合関係を示すベクトル図である。
ーパーモード光の伝搬方向とほぼ垂直方向に進行する空
間光に結合する場合には、θu ≒0°であるから、
(1)式より、β≒Kとなり、 Λ≒λ/N (2) から、入出力グレーティング周期Λを定める。
本モード導波光の伝搬定数をβ0 、実効屈折率をN0 と
すると、−2πN0 /λ=−β0 =β−Kであるから、 Λ=λ/(N+N0 ) (3) から、反射グレーティング周期Λを定める。
合導波路表面上に搭載するMCMのE/Oから発光する
空間光、及び、MCMのO/Eに入射する空間光を表し
ている。入力グレーティング7及び出力グレーティング
8の位置は、MCMの搭載位置、及び、MCMのE/O
及びO/Eの位置に合わせて形成する。E/Oの発光素
子は、例えば面発光ダイオードであり、O/Eの受光素
子はフォトダイオードである。
を説明する。最初にスーパーモードについて説明する。
光は周囲より屈折率の高い導波コアに閉じこめられて伝
搬することが可能で、閉じこめられて伝搬する光を導波
光、このような構造を導波路と呼ぶ。導波光は導波コア
に閉じこめられるが周囲(クラッド)にも光の一部が浸
みだしており、導波光の感じる実効的な屈折率(実効屈
折率もしくはモード屈折率と呼ぶ)は、導波コアの屈折
率とクラッドの屈折率との間の値をとり、導波コアの屈
折率より低く、クラッドの屈折率より高くなる。ところ
が、上記クラッド(第1のクラッド)よりさらに外側
に、屈折率が第1のクラッドより低い第2のクラッドを
設けると、第1のクラッドも導波コアと感じる導波光が
伝搬できる場合がでてくる。このような導波路を、ここ
では複合光導波路と呼び、実効屈折率が第1クラッドの
屈折率より低く、第2クラッドのそれより高い導波光を
スーパーモード光と呼ぶ。
折率n0 <n2 <n1 の関係から、導波コア層3と導波
コア層6に大きな界を有するスーパーモード光12が伝
搬する。入出力グレーティング7,8を設けた第2のグ
レーティング層9では、スーパーモード光12の界は十
分大きく、空間光10もしくは11と結合し、主光導波
路である導波コア層3を伝搬する基本モード導波光13
の界がほとんど無視できるので、この基本モード導波光
13を減衰させることが無く、従って、低損失で通過さ
せることができる。また、基板1とクラッド層2の間
に、金属等の反射膜を設けても良い。金属等の反射膜を
設けた場合には、反射膜によって、基板方向に放射伝搬
する光が無くなるから、空間光と導波路の結合が増大す
る。
ションの動作について説明する。特定の波長を有する光
源からの空間光10を、第2のグレーティング層9の入
力グレーティング7により複合光導波路を伝搬するスー
パーモード光に結合させ、第1のグレーティング層5に
設けた反射グレーティング4により反射させると共に主
光導波路である第1の導波コア層3を伝搬する基本モー
ド導波光13に結合させる。このようにして、E/O
(光源)からの光信号は、導波コア層3の導波光13と
して他のMCMに伝送する。
3を伝搬する複数の波長の基本モード導波光13の内、
特定の波長を有する基本モード導波光13を、第1のグ
レーティング層5に設けた反射グレーティング4により
反射させると共に複合光導波路を伝搬するスーパーモー
ド光12に結合させ、第2のグレーティング層9に設け
た出力グレーティング8により空間光11に結合し、光
検出器に入射させる。このようにして、他のMCMから
伝送されてきた複数の光信号の内の特定の光信号を選択
して、O/E(光検出器)に入力させる。このことは、
基本モード導波光13として、波長間隔の狭い光を多重
することを可能にするものであり、光の超並列性をさら
に有効にし、さらに光配線の容量を大きくしている。
法の第2の実施の形態を説明する。図3は、本発明の光
インターコネクション方法の第2の実施の形態を説明す
るための、ボードの導波光伝搬方向の断面模式図であ
る。本実施の形態は、上記第1の実施の形態とは、入出
力グレーティング及び反射グレーティングの配置する位
置が異なり、他の構成は同一である。図3に示すよう
に、複合導波路は、基板1上に、順次、屈折率n0 を有
するクラッド層2を積層し、クラッド層2に入力グレー
ティング7及び出力グレーティング8を有する第1のグ
レーティング層5を積層し、第1のグレーティング層5
に屈折率n1 を有する第1の導波コア層3を積層し、第
1の導波コア層3に第2の導波コア層6を積層し、第2
の導波コア層6に反射グレーティング4を有する第2の
グレーティング層9を積層し、かつ、各層の屈折率が、
n0 <n1 <n2の関係を満たすように光学媒質を選択
して、構成される。
1 <n2 の関係から、第1のグレーティング層5に大き
な界を有するスーパーモード光12が伝搬する。スーパ
ーモード光12の界が強い第1のグレーティング層5に
入出力グレーティング7,8を設けているから、スーパ
ーモード光12と空間光10、11との結合効率が高く
なると共に、第1のグレーティング層5では主光導波路
6を伝搬する基本モード導波光13の界がほとんど無視
できるので、この基本モード導波光13を減衰させるこ
とが無く、従って、低損失で通過させることができる。
また、基板1とクラッド層2の間に、金属等の反射膜を
設けても良い。金属等の反射膜を設けた場合には、反射
膜によって、基板方向に放射伝搬する光が無くなるか
ら、空間光と導波路の結合が増大する。
動作について説明する。特定の波長を有する光源からの
空間光10を、第1のグレーティング層5の入力グレー
ティング7により複合光導波路を伝搬するスーパーモー
ド光12に結合させ、第2のグレーティング層9に設け
た反射グレーティング4により反射させると共に主光導
波路である第2の導波コア層6を伝搬する基本モード導
波光13に結合させる。このようにして、E/O(光
源)からの光信号は、導波コア6の基本モード導波光1
3として他のMCMに伝送する。また、主光導波路であ
る第2の導波コア層6を伝搬する複数の波長の基本モー
ド導波光13の内、特定の波長を有する基本モード導波
光13を、第2のグレーティング層9に設けた反射グレ
ーティング4により反射させると共に複合光導波路を伝
搬するスーパーモード光12に結合させ、第1のグレー
ティング層5に設けた出力グレーティング11により空
間光11に結合し光検出器に入射させる。このようにし
て、他のMCMから伝送されてきた複数の光信号の内の
特定の光信号を選択して、O/E(光検出器)に入力さ
せる。このことは、基本モード導波光13として、波長
間隔の狭い光を多重することを可能にするものであり、
光の超並列性をさらに有効にし、さらに光配線の容量を
大きくしている。
は、第3の実施の形態を説明するための、ボードの導波
光伝搬方向の断面模式図である。第3の実施の形態は、
図3に示す第2の実施の形態において、基板1とクラッ
ド層2の間に金属等の反射膜14を設け、クラッド層2
と第1の導波コア層3の屈折率を同じにした構成であ
る。この構成によれば、その高い反射率を利用して光波
を構造内に閉じ込めることが可能になり、その結果、ク
ラッド層2と第1の導波コア層3の屈折率をn0 <n1
の関係に形成する必要が無くなり、同一の光学媒質を使
用できる。
三の実施の形態による実施例である。図5(A)はボー
ドの導波光伝搬方向の断面構成を示す図である。図5
(A)に示すように、基板としてSi単結晶基板1を使
用し、Si単結晶基板上にAu反射膜14を蒸着し、A
u反射膜14上に第1の導波コアの下層部15として屈
折率1.46のSiO2 をスパッタ又はCVDで厚さ
0.48μm積層し、SiO2 層2上に第1のグレーテ
ィング層5としてSiN膜をCVDで0.07μm積層
し、電子ビーム描画露光で入出力グレーティング7,8
を作製した。入出力グレーティングを作製した第1のグ
レーティング層5上に第1の導波コアの上部層16とし
て屈折率1.46のSiO2 をスパッタ又はCVDで厚
さ0.79μmに積層し、このSiO2 層上に第2のコ
ア層6として屈折率1.54のコーニング#7059ガ
ラスをスパッタで0.70μm積層し、コーニング#7
059ガラス層上に第2のグレーティング層9としてS
iN膜をCVDで0.10μm積層し、電子ビーム描画
露光で反射グレーティング4を作製した。基本モード導
波光の中心波長は894nmであり、入出力、及び反射
グレーティングの周期Λはこの波長に合わせて作製し
た。なお、上記導波路はスラブ導波路である。
ド導波光から空間出力光へのパワー変換効率の測定結果
及び計算結果を示す。図5(B)において、横軸は光波
長を示し縦軸は光強度比で表した変換効率を示す。この
図から明らかなように、約10nmの波長分解能が実現
されているのが分かる。グレーティングの作製精度を向
上すれば計算値に近づくことは明らかである。
法を用いたMCMの実装例を示す。図6は、本発明の光
インターコネクション方法を用いたMCMの実装例を示
す図である。図6(A)に示すように、MCM20は、
E/OであるVCSEL(面発光ダイオード)とO/E
であるフォトダイオードアレイを集積したE/O・O/
E部21と、電子デバイスであるCPUとメモリーを集
積したCPU・メモリー部22と、CPUとメモリー間
を接続する配線23とを基板24上に集積して構成され
る。図6(B)に示すように、本発明の光インターコネ
クションボード30は、Si基板31と、Si基板31
表面上に設けた光導波路配線部32からなり、光インタ
ーコネクション窓部33には、本発明の複合導波路とグ
レーティングからなるE/O及びO/Eとの結合部を有
している。
インターコネクションボード30の光インターコネクシ
ョン窓部33に位置あわせしてボンディングする。図6
(C)に拡大して示すように、光インターコネクション
窓部33は、ボードの表面内で互いに直交するX、Y方
向にそれぞれ500本の光導波路34,35を有する2
階積層構造光導波路で構成し、各導波路の幅は約20μ
mであり、合計1000本の導波路が占有する光インタ
ーコネクション窓部33の面積は約1cm2 である。各
光導波路には、8波長の光を多重する。従って、単位面
積あたりの配線容量は、 1000ch/(cm2 ・波長)×8波長=8000c
h/cm2 となる。
し、それぞれ対角状に、X方向インターフェース領域3
6、及び、Y方向インターフェース領域37を分割して
設ける。図6(D)に拡大して示すように、光導波路3
4または35の各々の導波路は、出力グレーティング4
1、反射グレーティング43、入力グレーティング42
の周期で配列し、かつ、隣り合う導波路間では、入力又
は出力グレーティングが平行して並ばないように、一グ
レーティング長さずらして配列する。出力グレーティン
グ41、反射グレーティング43、入力グレーティング
42からなる一周期の長さは約600μmである。図6
(E)は、MCM20を本発明の光インターコネクショ
ンボード30に複数搭載したドーターボード51を、光
電気配線混載マザーボード52に複数搭載した構成を示
す。上記の構成によれば、極めて配線容量が大きくなる
ので、演算プロセッサ等の高速化・大容量化に必要な配
線容量を確保することができる。
法における空間光は、O/E又はE/Oに結合させてい
るが、この空間光を、複数積層した他の任意の導波路に
設けたグレーティングを介して他の導波路の導波光に結
合すれば、光が一つの光導波路を伝搬し、途中から他の
光導波路を伝搬する、いわゆる、光路スイッチング機能
が実現できるのは明らかである。
明の光インターコネクション方法及び光インターコネク
ション装置を用いれば、光導波路の集積度が高く、任意
の波長の光を選択してアド及びドロップができ、光の超
並列性を生かした波長多重ができる。したがって、演算
プロセッサ等の高速化・大容量化に必要な配線容量を確
保でき、かつ、製造工程が複雑化せず、信頼性が高い光
インターコネクションができる。
実施の形態を説明するための、ボードの導波光伝搬方向
の断面模式図である。
関係を示す図である。
実施の形態を説明するための、ボードの導波光伝搬方向
の断面模式図である。
ドの導波光伝搬方向の断面模式図である。
た実施例の、ボードの導波光伝搬方向の断面構成を示す
図である。(B)は基本モード導波光から空間光へのパ
ワー移行率を示し、実線は計算値、○及び波線は実測値
を表す。
CMの実装例を示す図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 特定の光波長を有する光源からの空間光
を、複合光導波路に設けた入力グレーティングにより複
合光導波路を伝搬するスーパーモード光に結合させ、主
光導波路に設けた反射グレーティングにより反射させる
と共に主光導波路を伝搬する基本モード導波光に結合さ
せ、 さらに、主光導波路を伝搬する複数の波長の基本モード
導波光の内、特定の波長を有する基本モード導波光を、
主光導波路に設けた反射グレーティングにより反射させ
ると共に複合光導波路を伝搬するスーパーモード光に結
合させ、複合光導波路に設けた出力グレーティングによ
り空間光に結合させ、光検出器に入射させることを特徴
とする、ボード内光インターコネクション方法。 - 【請求項2】 基板上に屈折率n0 を有するクラッド層
を積層し、このクラッド層上に屈折率n1 を有する第1
の導波コア層を積層し、この第1の導波コア層に反射グ
レーティングを有する第1のグレーティング層を積層
し、この第1のグレーティング層に屈折率n2 を有する
第2の導波コア層を積層し、この第2の導波コア層に入
力及び出力グレーティングを有する第2のグレーティン
グ層を積層することにより前記複合光導波路を構成し、
かつ、上記各層の屈折率が、n0<n2 <n1 の関係を
満たすように光学媒質を選択し、 前記特定の波長を有する光源からの空間光を、上記第2
のグレーティング層の入力グレーティングにより上記複
合光導波路を伝搬するスーパーモード光に結合させ、上
記第1のグレーティング層に設けた反射グレーティング
により反射させると共に前記主光導波路である上記第1
の導波コア層を伝搬する前記基本モード導波光に結合さ
せ、 及び、前記主光導波路である上記第1の導波コア層を伝
搬する複数の波長の基本モード導波光の内、前記特定の
波長を有する基本モード導波光を、上記第1のグレーテ
ィング層に設けた反射グレーティングにより反射させる
と共に上記複合光導波路を伝搬する前記スーパーモード
光に結合させ、上記第2のグレーティング層に設けた出
力グレーティングにより前記空間光に結合し、前記光検
出器に入射させることを特徴とする、請求項1に記載の
ボード内光インターコネクション方法。 - 【請求項3】 基板上に屈折率n0 を有するクラッド層
を積層し、このクラッド層上に入力及び出力グレーティ
ングを有する第1のグレーティング層を積層し、この第
1のグレーティング層上に屈折率n1 を有する第1の導
波コア層を積層し、この第1の導波コア層に屈折率n2
を有する第2の導波コア層を積層し、この導波コア層上
に反射グレーティングを有する第2のグレーティング層
を積層することにより前記複合光導波路を構成し、か
つ、上記各層の屈折率が、n0 <n1 <n2 の関係を満
たすように光学媒質を選択し、 前記特定の波長を有する光源からの空間光を、上記第1
のグレーティング層の入力グレーティングにより上記複
合光導波路を伝搬するスーパーモード光に結合させ、上
記第2のグレーティング層に設けた反射グレーティング
により反射させると共に前記主光導波路である上記第2
の導波コア層を伝搬する前記基本モード導波光に結合さ
せ、 及び、前記主光導波路である上記第2の導波コア層を伝
搬する複数の波長の基本モード導波光の内、前記特定の
波長を有する基本モード導波光を、上記第2のグレーテ
ィング層に設けた反射グレーティングにより反射させる
と共に上記複合光導波路を伝搬する前記スーパーモード
光に結合させ、上記第1のグレーティング層に設けた出
力グレーティングにより前記空間光に結合し、前記光検
出器に入射させることを特徴とする、請求項1に記載の
ボード内光インターコネクション方法。 - 【請求項4】 基板上に反射膜を積層し、この反射膜上
に屈折率n0 を有する第1の導波コアの下部層を積層
し、この第1の導波コア下部層上に入力及び出力グレー
ティングを有する第1のグレーティング層を積層し、こ
の第1のグレーティング層上に屈折率n0 を有する第1
の導波コアの上部層を積層し、この第1の導波コア上部
層に屈折率n2 を有する第2の導波コア層を積層し、こ
の導波コア層上に反射グレーティングを有する第2のグ
レーティング層を積層することにより前記複合光導波路
を構成し、かつ、上記各層の屈折率が、n0 <n2 の関
係を満たすように光学媒質を選択し、 前記スーパーモードの界が上記第1のグレーティング層
で大きくなるようにして構成し、 前記特定の波長を有する光源からの空間光を、上記第1
のグレーティング層の入力グレーティングにより上記複
合光導波路を伝搬するスーパーモード光に結合させ、上
記第2のグレーティング層に設けた反射グレーティング
により反射させると共に前記主光導波路である上記第2
の導波コア層を伝搬する前記基本モード導波光に結合さ
せ、 及び、前記主光導波路である上記第2の導波コア層を伝
搬する複数の波長の基本モード導波光の内、前記特定の
波長を有する基本モード導波光を、上記第2のグレーテ
ィング層に設けた反射グレーティングにより反射させる
と共に上記複合光導波路を伝搬する前記スーパーモード
光に結合させ、上記第1のグレーティング層に設けた出
力グレーティングにより前記空間光に結合し、前記光検
出器に入射させることを特徴とする、請求項1に記載の
ボード内光インターコネクション方法。 - 【請求項5】 前記複合導波路の構成において、前記基
板と前記クラッド層の間に反射膜を積層することを特徴
とする、請求項1〜3のいずれかに記載のボード内光イ
ンターコネクション方法。 - 【請求項6】 前記複合導波路の入力及び出力のグレー
ティングは、複合導波路表面に搭載するMCMのE/O
及びO/Eの位置に対応して形成することを特徴とす
る、請求項1〜5のいずれかに記載のボード内光インタ
ーコネクション方法。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の方法を
用いるボード内光インターコネクション装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001053866A JP3968743B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | ボード内光インターコネクション方法と装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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2001
- 2001-02-28 JP JP2001053866A patent/JP3968743B2/ja not_active Expired - Fee Related
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