JP2007334196A

JP2007334196A - 光バス

Info

Publication number: JP2007334196A
Application number: JP2006168528A
Authority: JP
Inventors: Mitsuki Hirano; 光樹平野; Hironori Yasuda; 裕紀安田; Takemasa Ushiwatari; 剛真牛渡
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】拡張性に富んだ光バスを提供する。
【解決手段】平面状に形成された２つのクラッド層間に挟まれたコア層を有し、その平面に沿う方向に光伝播可能な光伝播層２と、この光伝播層２の少なくとも１箇所に挿入され該光伝播層２内に光を注入する光注入部３と、上記光伝播層２の複数箇所に挿入され上記光注入部３から注入されて上記光伝播層２を伝播してくる光を抽出する光抽出部４とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、拡張性に富んだ光バスに関する。

サーバ、ルータ、パソコン等のコンピュータにおいて、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ制御回路等の素子間は電気配線により相互接続されて電気信号をやり取りするようになっている。また、これら素子に対して共通の信号がバスと呼ばれる伝送路により供給される。

近年では、コンピュータのハードウェア的な処理速度が高速化しているため、その処理信号を電気配線により電気信号で伝播させると、伝送容量の不足、異なる信号間のクロストーク、環境電磁ノイズから受ける影響の増大などが問題となる。

また、これまで比較的低速でも十分であったバスも高速化が望まれている。なかでも素子に対してバスで供給されるクロックは、既に８００ＭＨｚを超えており、いずれはＧＨｚのオーダになると見られている。しかしながら、クロックの周波数が高くなると、そのクロックから派生するノイズが強力になるため、なんらかのノイズ対策が必要になる。

バスは、電気回路基板の多箇所に配置された素子のひとつひとつを渡るように配線されるため、その配線経路の端に位置する素子に至るまでに信号が劣化することや、他の電気信号線とのクロストークが生じやすいことが問題である。

特開平０５−２７３４４３号公報

本出願人は、前述したノイズ問題を解決するために電気信号の代わりに光信号を使うことを考えた。しかし、特許文献１に記載の発明のように放射状に形成した導波路で光信号をやり取りする場合、電気回路基板上の素子配置が導波路の配置によって制約され、自由な素子配置ができない。また、導波路の作製にはコストがかかる。さらに、電気回路基板上に新たな素子を追加配置した場合に、導波路はこれに合わせて作り直ししなければならない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、拡張性に富んだ光バスを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、平面状に形成された２つのクラッド層間に挟まれたコア層を有し、その平面に沿う方向に光伝播可能な光伝播層と、この光伝播層の少なくとも１箇所に挿入され該光伝播層内に光を注入する光注入部と、上記光伝播層の複数箇所に挿入され上記光注入部から注入されて上記光伝播層を伝播してくる光を抽出する光抽出部とを備え、
上記光注入部は、上記光伝播層に対して直交させて一端が挿入され反対端からの光を上記光伝播層に直交する方向に導入させる垂直導入部と、該垂直導入部の上記光伝播層に挿入された一端に形成され上記光伝播層内を伝播するよう光を出射する光出射部と、上記垂直導入部の反対端に光結合させて設けられた光源とを備え、
上記光抽出部は、上記光伝播層に対して直交させて一端が挿入され上記光伝播層からの光を反対端に導出させる垂直導出部と、該垂直導出部の上記光伝播層に挿入された一端に形成され上記光注入部から注入されて上記光伝播層を伝播してくる光を垂直方向に反射する光反射部と、上記垂直導出部の反対端に光結合させて設けられた受光器とを備えたものである。

上記光伝播層の縁端部に光を吸収する光吸収層を設けてもよい。

複数の上記光注入部が上記光伝播層の複数箇所に挿入され、該光伝播層は１つの光注入部から伝播する光のみを伝播する複数の領域に分割されてもよい。

複数の上記光伝播層が積層され、複数の上記光注入部がこれら光伝播層に挿入され、各光注入部が互いに異なる１つの光伝播層のみに光結合されてもよい。

複数の上記光注入部が上記光伝播層に挿入され、各光注入部から互いに異なる種類の光が上記光伝播層に注入され、各光抽出部ごとに特定の種類の光を選択的に抽出するフィルタを有してもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）光注入部と光抽出部を自由にレイアウトできるので、拡張性に富む。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る光バス１は、平面状（あるいは平板状）に広がる形状に形成され該平面に沿う方向に光伝播可能な光伝播層２と、この光伝播層２の少なくとも１箇所に挿入され該光伝播層内に光を注入する光注入部３と、上記光伝播層２の複数箇所に挿入され上記光注入部３から注入されて上記光伝播層２を伝播してくる光を抽出する光抽出部４とを備えたものである。

図２に示されるように、光伝播層２は、平面状に形成された２つのクラッド層２１，２２間に挟まれたコア層２３により実現される。後述する光出射部６の適宜な端面から適宜な角度で入射した光はコア層２３に閉じ込められて直進することができる。また、光伝播層２内の適宜な点から出射された光はコア層２３に閉じ込められて光伝播層２内を伝播することができる。

光注入部３は、光伝播層２内の適宜な点において光伝播層２の全方向に放射状に光を入射させるためのもので、具体的には、光伝播層２に対して直交させて一端が挿入され反対端からの光を光伝播層２に直交する方向に導入させる垂直導入部５と、垂直導入部５の光伝播層２に挿入された一端に形成され２次元の方向に光を出射する円錐面状の光出射部６とを備える。垂直導入部５の反対端には、光源７が光結合させて設けられる。光出射部６は、垂直導入部５の一端を中心で窪ませ、その中心の周囲全ての角度において光伝播層２に対して４５°の角度をなす円錐状ミラーである。光源７としては、面型のＶＣＳＥＬ（ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｍｉｔｉｎｇＬｓａｅｒ）が好ましい。

垂直導入部５は、ステップインデックス型の光伝送体で光ファイバや光導波路である。光ファイバの代表的なものとしては、コア径２００μｍでステップインデックス型のポリマクラッドファイバやアクリル製のポリマ光ファイバである。光を全方向に伝播させるために、光ファイバは中心が凹んだ円錐状をしている。コア材料の屈折率（１．５）と空気の屈折率（１．０）の差により全反射を用いて、光ファイバの中心から放射状に光を反射させることができるが、さらに良くは、円錐部にＡｕコートをすると、コアと空気の屈折率差に制約される全反射角以上の角度で円錐部に入射した光も高効率反射するので特性が向上する。

光出射部６についても、光導入部５と同様の材料で構成される。ただし、光ファイバ先端は光導入部に向かう側と反対の片面が４５°に加工された構造である。この構造にすることにより、光導入部から放射された光を効率よく受光することが可能となる。光導入部と同様に光出射部の４５°ミラーもＡｕによりコートした方がよい。

光抽出部４は、光伝播層２内の適宜な点において伝搬光の一部を抽出するためのもので、具体的には、光伝播層２に対して直交させて一端が挿入され光伝播層２からの光を反対端に導出させる垂直導出部８と、垂直導出部８の光伝播層２に挿入された一端に形成され光注入部３から注入されて光伝播層２を伝播してくる光を垂直方向に反射する平斜面状の光反射部９とを備える。垂直導出部８の反対端には、受光器１０が光結合させて設けられる。光反射部９は、光伝播層２に対して４５°の角度をなす平面ミラーである。受光器１０としては、面型のＰＤ（フォトダイオード）が好ましい。

光伝播層２の縁端部には光を吸収する光吸収層１１が設けられる。光吸収層１１は、光伝播層２の全周の縁端部に設けられる。

次に、光バス１の動作と使用方法を説明する。

クラッド層２１，２２とコア層２３からなる光基板２４を例えば図１のように四角形に形成する。このとき、光基板２４は、光注入部３及び光抽出部４を挿入していないし、そのための穴も開けていない未使用状態（図２参照）で供給する。

光基板２４の所望する場所に穴（図示せず）を開け、その穴に光注入部３を挿入する。このとき、光出射部６が光伝播層２と光結合するように光注入部３の挿入深さを調整する。これにより、光源７からの光が垂直導入部５により光伝播層２に直交する方向に導入され、その光が光出射部６より全周３６０°に向け、３６０°均一な光量で光伝播層２に入射する。図１には、光の伝播する方向を４つの矢印で示したが、実際には光は全方向に放射状に広がる。

また、光基板２４の所望する場所に穴（図示せず）を開け、その穴に光抽出部４を挿入する。このとき、光反射部９が光伝播層２と光結合するように光抽出部４の挿入深さと光反射部９の向きを調整する。これにより、光注入部３から注入されて光伝播層２を伝播してくる光が光反射部９で垂直方向に反射され、その光が垂直導出部８により光伝播層２に直交する方向に導出されて受光器１０に至る。

図１には、４つの光抽出部４が示されているが、どの光抽出部４についても、光注入部３に結ばれる線で切った断面は図２のようになる。従って、４つの光抽出部４は全く同等に光を抽出して受光することができる。すなわち、１つの共通の光信号を複数の素子に対して供給することが可能となる。

光抽出部４が配置される個数はいくつでもよく、光抽出部４が配置される場所は他の光抽出部４に遮られずに光注入部３と直線的に結ばれる場所であれば自由に決められ、光注入部３からの距離も自由に決められる。また、最初に光注入部３を配置する場所も自由である。このことから、光バス１は、非常に拡張性に富んでいる。すなわち、電気回路基板上の素子配置を優先して行い、これに合わせて光注入部３及び光抽出部４を配置すればよい。また、電気回路基板上に新たな素子を追加配置した場合には、これに合わせて光抽出部４を追加すればよい。このように、本発明の光バスは、未使用状態の光基板２４を用意し、いつでも任意の場所に穴を開けて光注入部３や光抽出部４を設置できる。

なお、光注入部３の光出射部６は、垂直導入部５の光軸中心に対して円錐状ミラーの頂点を一致させることにより、３６０°均一な光量で光を放射することができる。特定の方向に光量を偏らせたい場合には、その方向の反対方向に円錐状ミラーの頂点をずらせばよい。

また、光量が足りない場合、光注入部３を複数挿入してもよい。各光注入部３の光源７からは互いに同期させ同じ波長を持ち同じ信号を担持した光を注入すれば、１つの光源による光量の不足を補うことができる。

光伝播層２の縁端部では、光注入部３から伝播してきた光が反射して戻るのは好ましくない。例えば、光伝播層２の縁端部で反射された光は光注入部３から直接光抽出部４へ至る信号光に対してノイズ成分となることから、コア層２３の端面から数％の光量が反射するのも好ましくない。そこで、本発明では光伝播層２の縁端部に光吸収層１１を設けて反射をなくした。光吸収層１１の部材としては、光を吸収する材料であれば何でもよいが、例えば、光が近紫外光ならポリイミドのシートによりよく吸収することができる。また、コア層２３を斜めに切って光を垂直方向に逃がすようにしてもよく、散乱体により光を光伝播層２に戻さない構造としても良い。

次に、他の実施形態を説明する。

図３に示されるように、この光バス３１は、複数の光注入部３２が光伝播層３３の複数箇所に挿入され、光伝播層３３は１つの光注入部３２から伝播する光のみを伝播する複数の領域３４（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ）に分割されている。

分割方法として、例えば、光を吸収する材料により分割ライン３５を形成し、光バス３１を光学的に独立な複数の領域３４に分割する。また、各光注入部３２における光出射部６は、底面の円の中心角が１８０°以下に形成された錐体状の反射面を有し、それぞれの光注入部３２が光を放射する方向を重ならないように調整してもよい。

光抽出部３６は、１つの領域３４に１個でも複数でも挿入することができ、同じ領域３４内に挿入した光抽出部３６は同じ光注入部３２からの光を抽出することになる。

図４に示されるように、この光バス４１は、複数の光伝播層４２（４２ａ，４２ｂ）が積層され、複数の光注入部４３（４３ａ，４３ｂ）がこれら光伝播層４２に挿入され、各光注入部４３が互いに異なる１つの光伝播層４２のみに光結合されている。

具体的には、図５に示されるように、光注入部４３ａは、光伝播層４２ａにしか届かない短い垂直導入部４４を有することにより、光出射部４５が光伝播層４２ａと光結合する。一方、光注入部４３ｂは、光伝播層４２ｂに届く長い垂直導入部４６を有することにより、光出射部４７が光伝播層４２ｂと光結合する。光伝播層４２ａ，４２ｂ間はクラッド層となっているため、光伝播層４２ａ，４２ｂは互いに光学的に独立である。これにより、光注入部４３ａから注入した光は光伝播層４２ａのみに伝播し、光注入部４３ｂから注入した光は光伝播層４２ｂのみに伝播する。

光抽出部４８については詳細は図示しないが、垂直導出部８（図２参照）の長さを図５の光注入部４３ａ，４３ｂと同様に異ならせることで、光伝播層４２ａ，４２ｂのいずれかに光結合させることができる。

この実施形態によれば、２つの異なる光信号を任意配置された複数の素子に対して供給することが可能となる。例えば、この光バスを用いて供給したいクロックが高速と低速の２種類あるとき、光伝播層４２を高速クロックの光伝播層４２ａと低速クロックの光伝播層４２ｂの二層にし、これらのクロックを必要とする素子の近傍にて光伝播層４２ａ，４２ｂに光抽出部４８を挿入する。

光伝播層４２の層数と光注入部４３の個数及び長さの種類を増やせば光信号の数も増やすことができる。

図６に示されるように、この光バス６１は、複数の光注入部６２，６３が１つの光伝播層６６に挿入され、各光注入部６２，６３から互いに異なる種類の光が上記光伝播層６６に注入され、各光抽出部６４，６５ごとに特定の種類の光を選択的に抽出するフィルタ６８，６９を有する。異なる種類の光とは、例えば、波長の違う光である。光伝播層６６には、各光注入部６２，６３から注入された各波長の光が重なり合って伝播するが、各光抽出部６４，６５で波長フィルタ６８，６９を通して特定の波長の光だけを抽出することになる。

例として、光注入部６２が赤色光源を備え、光注入部６３が緑色光源を備えており、フィルタ６８が赤のみ透過して他の色は吸収し、フィルタ６９が緑のみ透過して他の色は吸収する。これにより、光抽出部６４は赤のみを抽出し、光抽出部６５は緑のみを抽出する。

この実施形態では、光伝播層は１層しかなくても、複数種類の光信号が伝送できるという利点がある。

本発明の一実施形態を示す光バスの斜視図である。図１の光バスの断面図である。本発明の他の実施形態を示す光バスの斜視図である。本発明の他の実施形態を示す光バスの分解斜視図である。図４の光バスの断面図である。本発明の他の実施形態を示す光バスの（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。

符号の説明

１，３１，４１光バス
２，３３，４２ａ，４２ｂ光伝播層
３，３２，４３ａ，４３ｂ光注入部
４，３６，４８光抽出部
５垂直導入部
６光出射部
７光源
８垂直導出部
９光反射部
１０受光器

Claims

平面状に形成された２つのクラッド層間に挟まれたコア層を有し、その平面に沿う方向に光伝播可能な光伝播層と、この光伝播層の少なくとも１箇所に挿入され該光伝播層内に光を注入する光注入部と、上記光伝播層の複数箇所に挿入され上記光注入部から注入されて上記光伝播層を伝播してくる光を抽出する光抽出部とを備え、
上記光注入部は、上記光伝播層に対して直交させて一端が挿入され反対端からの光を上記光伝播層に直交する方向に導入させる垂直導入部と、該垂直導入部の上記光伝播層に挿入された一端に形成され上記光伝播層内を伝播するよう光を出射する光出射部と、上記垂直導入部の反対端に光結合させて設けられた光源とを備え、
上記光抽出部は、上記光伝播層に対して直交させて一端が挿入され上記光伝播層からの光を反対端に導出させる垂直導出部と、該垂直導出部の上記光伝播層に挿入された一端に形成され上記光注入部から注入されて上記光伝播層を伝播してくる光を垂直方向に反射する光反射部と、上記垂直導出部の反対端に光結合させて設けられた受光器とを備えたことを特徴とする光バス。
上記光伝播層の縁端部に光を吸収する光吸収層を設けたことを特徴とする請求項１記載の光バス。
複数の上記光注入部が上記光伝播層の複数箇所に挿入され、該光伝播層は１つの光注入部から伝播する光のみを伝播する複数の領域に分割されることを特徴とする請求項１又は２記載の光バス。
複数の上記光伝播層が積層され、複数の上記光注入部がこれら光伝播層に挿入され、各光注入部が互いに異なる１つの光伝播層のみに光結合されることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光バス。
複数の上記光注入部が上記光伝播層に挿入され、各光注入部から互いに異なる種類の光が上記光伝播層に注入され、各光抽出部ごとに特定の種類の光を選択的に抽出するフィルタを有することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の光バス。