JP2011039442A - Optical interconnection circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、発光素子を具える電子回路チップと受光素子を具える電子回路チップとの間で、光によって通信を行うための光インタコネクション回路に関する。 The present invention relates to an optical interconnection circuit for performing communication using light between an electronic circuit chip including a light emitting element and an electronic circuit chip including a light receiving element.
近年、電子集積回路の性能の向上が著しく、電子集積回路を内蔵した電子回路チップ間での通信速度が増大している。これに伴い、電子回路チップ間の通信に光を用いる光インタコネクション回路が盛んに研究されている（例えば、特許文献１〜24参照）。 In recent years, the performance of electronic integrated circuits has been remarkably improved, and the communication speed between electronic circuit chips incorporating electronic integrated circuits has increased. Along with this, optical interconnection circuits that use light for communication between electronic circuit chips have been actively studied (see, for example, Patent Documents 1 to 24).
これら光インタコネクション回路の基本的な構成は大別して、3次元自由空間を通信に使う光を伝播させる構成、及び光導波路に閉じ込めて通信に使う光を伝播させる構成の2種類ある。 The basic configurations of these optical interconnection circuits are roughly classified into two types: a configuration for propagating light used for communication in a three-dimensional free space, and a configuration for propagating light used for communication by confining in an optical waveguide.
3次元自由空間を伝播させて光インタコネクションを実現する光インタコネクション回路は、例えば、光のコリメート、光の分波、あるいは光を偏向させる光学素子等を組み合わせることによって実現されている（例えば、特許文献16〜19参照）。 An optical interconnection circuit that realizes optical interconnection by propagating in a three-dimensional free space is realized by combining, for example, optical collimation, optical demultiplexing, or an optical element that deflects light (for example, (See Patent Documents 16 to 19).
また、光導波路を利用して光インタコネクションを実現する光インタコネクション回路は、光導波路(1次元光導波路)が集積化された光配線ボードを使って、通信に使う光を伝播させる構成とするのが一般的である（例えば、特許文献20〜24参照）。 In addition, the optical interconnection circuit that realizes optical interconnection using an optical waveguide is configured to propagate light used for communication using an optical wiring board in which the optical waveguide (one-dimensional optical waveguide) is integrated. (For example, refer to Patent Documents 20 to 24).
一方、最近の技術動向によれば、物体を特定の波長の光の電磁場から隠しそれ以外の波長の光の電磁場を通す機能を有する物質である透明マント(invisibility cloak)の研究報告がなされている（非特許文献1及び2参照）。この透明マントを使用することによって、波長選択的に光導波経路を3次元的に形成することが期待される。 On the other hand, according to recent technical trends, research reports on invisibility cloaks, which are substances that have the function of concealing an object from the electromagnetic field of light of a specific wavelength and passing the electromagnetic field of light of other wavelengths, have been made. (See Non-Patent Documents 1 and 2). By using this transparent cloak, it is expected to form an optical waveguide path in a three-dimensional manner in a wavelength selective manner.
また、詳細は後述するが、入射光束を360°等方的に回折する3次元的回折光である同心球状回折格子の製造方法についても研究報告がなされている（例えば、非特許文献3参照）。この同心球状回折格子を利用することによって、従来研究されてこなかった、3次元自由空間を伝送路とする光インタコネクション回路を形成することが期待される。 As will be described in detail later, a research report has also been made on a method of manufacturing a concentric spherical diffraction grating, which is a three-dimensional diffracted light that diffracts incident light flux isotropically by 360 ° (see, for example, Non-Patent Document 3). . By using this concentric spherical diffraction grating, it is expected to form an optical interconnection circuit using a three-dimensional free space as a transmission line, which has not been studied previously.
光配線ボードを利用して実現される光インタコネクション回路は、光損失が少ない点で優れているが、相互接続する電子回路チップの数が多くなるに従って光導波路の形状及びその配置(光配線)が複雑になる。そのため、相互接続する電子回路チップの数が非常に多くなった場合は、光インタコネクション回路を形成することが困難となる場合もある。 The optical interconnection circuit realized by using the optical wiring board is excellent in terms of low optical loss, but as the number of electronic circuit chips to be interconnected increases, the shape of the optical waveguide and its arrangement (optical wiring) Becomes complicated. Therefore, when the number of electronic circuit chips to be interconnected becomes very large, it may be difficult to form an optical interconnection circuit.
また、電子回路チップの配置に関して、光配線ボードの構成に基づく制限が課せられる。すなわち、光配線ボードは2次元的な平面に並列されて形成されるのが一般的であるので、光配線ボードの光の入出力端に電子回路チップを2次元的に並べて配置しなければならない等の制限がある。 Further, restrictions on the arrangement of the electronic circuit chip are imposed based on the configuration of the optical wiring board. In other words, since the optical wiring board is generally formed in parallel on a two-dimensional plane, the electronic circuit chips must be arranged two-dimensionally at the light input / output end of the optical wiring board. There are restrictions such as.
一方、従来の3次元自由空間を通信に使う光を伝播させる構成とされた光インタコネクション回路は、電子回路チップが配置された複数の電子ボード間において、異なる電子ボードに配置された電子回路チップ間での通信が想定されて形成された光インタコネクション回路である。3次元の自由度を持って配置された電子回路チップ間の通信を想定して光インタコネクションを実現することが可能である光インタコネクション回路については未だ提案がなされていない。 On the other hand, an optical interconnection circuit configured to propagate light used for communication in a conventional three-dimensional free space is an electronic circuit chip arranged on different electronic boards among a plurality of electronic boards on which electronic circuit chips are arranged. It is an optical interconnection circuit formed on the assumption of communication between the two. No proposal has yet been made for an optical interconnection circuit capable of realizing optical interconnection assuming communication between electronic circuit chips arranged with three-dimensional degrees of freedom.
この発明の発明者は、光配線ボードを利用して実現される光インタコネクション回路が有する光配線の複雑化の問題、及び電子回路チップの配置制限の問題は、通信に使う光を導波する伝送路を、2次元光導波路あるいは3次元自由空間とすることで解決されることに着目した。 The inventor of the present invention guides light used for communication in the problem of complication of optical wiring of an optical interconnection circuit realized by using an optical wiring board and the problem of arrangement restriction of electronic circuit chips. We focused on the solution by using a two-dimensional optical waveguide or a three-dimensional free space for the transmission line.
また、2次元あるいは3次元の自由度を持って配置された電子回路チップ間の通信を想定して光インタコネクションを実現するためには、送信側の電子回路チップから出力される通信に使う光が、方向に依存することなく均等な強度で2次元光導波路あるいは3次元自由空間を伝播させる構成とする必要がある。 In addition, in order to realize optical interconnection assuming communication between electronic circuit chips arranged with two-dimensional or three-dimensional degrees of freedom, the light used for communication output from the electronic circuit chip on the transmitting side is used. However, it is necessary to make the structure propagate in the two-dimensional optical waveguide or the three-dimensional free space with uniform strength without depending on the direction.
この発明の発明者は、鋭意探求した結果、電子回路チップ間の通信に利用する光の偏向状態を制御することによって、このような構成を実現することが可能であることに想到した。 As a result of earnest search, the inventors of the present invention have come up with the idea that such a configuration can be realized by controlling the deflection state of light used for communication between electronic circuit chips.
この発明はこのような事情に着目してなされたものであり、電子回路チップの配置制限がない光インタコネクション回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical interconnection circuit free from restrictions on the arrangement of electronic circuit chips.
第1発明の要旨によれば、上述の目的を達成するため、光インタコネクション回路は、以下の特徴を具えている。 According to the gist of the first invention, in order to achieve the above object, the optical interconnection circuit has the following features.
第1発明の光インタコネクション回路は、発光素子を具える第1電子回路チップと、受光素子を具える第2電子回路チップとの間で、2次元光導波路を伝播する光によって通信を行うための光インタコネクション回路であり、円偏光版、第1回折格子、及び第2回折格子を具えて構成される。 The optical interconnection circuit according to the first aspect of the invention performs communication between the first electronic circuit chip having a light emitting element and the second electronic circuit chip having a light receiving element by light propagating through a two-dimensional optical waveguide. The optical interconnection circuit includes a circularly polarized plate, a first diffraction grating, and a second diffraction grating.
円偏光板は、発光素子の出力光の偏光を円偏光に変換する。第1回折格子は、円偏光板から出力される円偏光の光束を回折し2次元光導波路へ導入する。また、第2回折格子は、第1回折格子で回折されて2次元光導波路を伝播する導波光の一部を回折してこの2次元光導波路から出力させる。すなわち、第1発明の光インタコネクション回路は、発光素子の出力光が円偏光板に入力され、第2回折格子で回折された光束が受光素子に入力される構成とされている。 The circularly polarizing plate converts the polarized light of the output light of the light emitting element into circularly polarized light. The first diffraction grating diffracts the circularly polarized light beam output from the circularly polarizing plate and introduces it into the two-dimensional optical waveguide. The second diffraction grating diffracts part of the guided light that is diffracted by the first diffraction grating and propagates through the two-dimensional optical waveguide, and outputs the diffracted light from the two-dimensional optical waveguide. That is, the optical interconnection circuit of the first invention is configured such that the output light of the light emitting element is input to the circularly polarizing plate, and the light beam diffracted by the second diffraction grating is input to the light receiving element.
また、第1発明の他の好適な実施形態の光インタコネクション回路によれば、第1回折格子を、円偏光の光束を2次元光導波路の導波方向に回折する機能を有する回折格子とし、第2回折格子を、2次元光導波路を伝播した導波光を2次元光導波路の導波方向に対して垂直方向に回折する機能を有する回折格子とするのが良い。 Further, according to the optical interconnection circuit of another preferred embodiment of the first invention, the first diffraction grating is a diffraction grating having a function of diffracting a circularly polarized light beam in the waveguide direction of the two-dimensional optical waveguide, The second diffraction grating may be a diffraction grating having a function of diffracting guided light propagating through the two-dimensional optical waveguide in a direction perpendicular to the waveguide direction of the two-dimensional optical waveguide.
また、更に、第1発明の他の好適な実施形態の光インタコネクション回路によれば、上述の第1及び第2回折格子の平均等価屈折率は、2次元光導波路の等価屈折率に等しく設定するのが良い。 Furthermore, according to the optical interconnection circuit of another preferred embodiment of the first invention, the average equivalent refractive index of the first and second diffraction gratings is set equal to the equivalent refractive index of the two-dimensional optical waveguide. Good to do.
また、更に、第1発明の他の好適な実施形態の光インタコネクション回路によれば、上述の第1及び第2回折格子は、レリーフ型回折格子とするのが良い。 Furthermore, according to another preferred embodiment of the optical interconnection circuit of the first invention, the first and second diffraction gratings described above may be relief type diffraction gratings.
また、更に、第1発明の他の好適な実施形態の光インタコネクション回路によれば、上述の2次元光導波路の導波方向に平行な平面に沿って、第1及び第2回折格子が設置されている箇所を除き、光遮蔽版を設けた構成とするのが良い。 Furthermore, according to the optical interconnection circuit of another preferred embodiment of the first invention, the first and second diffraction gratings are disposed along a plane parallel to the waveguide direction of the two-dimensional optical waveguide. Except for the location where it is, it is good to set it as the structure which provided the light-shielding plate.
第2発明の要旨によれば、光インタコネクション回路は、発光素子を具える第1電子回路チップと受光素子を具える第2電子回路チップとの間で3次元自由空間を伝播する光を用いて通信を行うための光インタコネクション回路であり、円偏光板、第1同心球状回折格子、及び第2同心球状回折格子を具えて構成される。 According to the second aspect of the invention, the optical interconnection circuit uses light propagating in a three-dimensional free space between the first electronic circuit chip having the light emitting element and the second electronic circuit chip having the light receiving element. An optical interconnection circuit for performing communication, comprising a circularly polarizing plate, a first concentric spherical diffraction grating, and a second concentric spherical diffraction grating.
円偏光板は、発光素子の出力光の偏光を円偏光に変換する。第1同心球状回折格子は、円偏光板から出力されて3次元自由空間に入力された円偏光の一部を回折する。第2同心球状回折格子は、第1同心球状回折格子で回折されて3次元自由空間を伝播する第1同心球状回折格子の回折光の一部を回折してこの回折光を3次元自由空間から出力させる。すなわち、第2発明の光インタコネクション回路は、発光素子の出力光が円偏光板に入力され、第2同心球状回折格子で回折された光束が受光素子に入力される構成とされている。 The circularly polarizing plate converts the polarized light of the output light of the light emitting element into circularly polarized light. The first concentric spherical diffraction grating diffracts a part of the circularly polarized light output from the circularly polarizing plate and input to the three-dimensional free space. The second concentric spherical diffraction grating diffracts a part of the diffracted light of the first concentric spherical diffraction grating that is diffracted by the first concentric spherical diffraction grating and propagates in the three-dimensional free space, and then diffracts this diffracted light from the three-dimensional free space. Output. That is, the optical interconnection circuit of the second invention is configured such that the output light of the light emitting element is input to the circularly polarizing plate, and the light beam diffracted by the second concentric spherical diffraction grating is input to the light receiving element.
また、第2発明の他の好適な実施形態の光インタコネクション回路によれば、上述の第1及び第2同心球状回折格子の少なくとも一方を、透明マント領域が中心部に設けられ、光偏向素子をこの透明マント領域に内蔵させた構成とするのが良い。透明マントとは、物体を特定の波長の光の電磁場から隠しそれ以外の波長の光の電磁場を通す機能を有する物質であり、最近盛んに研究されている（非特許文献1及び2参照）。透明マント領域とはこの性質を持つ物質で囲まれた領域をいう。 According to another preferred embodiment of the optical interconnection circuit of the second invention, at least one of the first and second concentric spherical diffraction gratings described above is provided with a transparent cloak region at the center, and an optical deflection element Is preferably built in the transparent cloak region. A transparent cloak is a substance having a function of concealing an object from an electromagnetic field of light of a specific wavelength and passing an electromagnetic field of light of a wavelength other than that, and has been actively studied recently (see Non-Patent Documents 1 and 2). The transparent cloak region is a region surrounded by a substance having this property.
第1発明の光インタコネクション回路によれば、第1電子回路チップと第2電子回路チップ間の通信を担う光を導波させる伝送路として2次元光導波路を利用する構成とされているので、この2次元光導波路の任意の場所に第1あるいは第2電子回路チップを配置することが可能である。すなわち、2次元光導波路は、光を導波する2次元の光導波層を2次元のクラッド層で挟んだ構成であり、クラッド層の表面の任意の場所において、回折格子によって光を2次元の光導波層に入出力させることが可能である。この回折格子の役割を果たすのが、第1及び第2回折格子である。 According to the optical interconnection circuit of the first invention, because it is configured to use a two-dimensional optical waveguide as a transmission path for guiding light responsible for communication between the first electronic circuit chip and the second electronic circuit chip, It is possible to arrange the first or second electronic circuit chip at an arbitrary position of the two-dimensional optical waveguide. In other words, a two-dimensional optical waveguide has a configuration in which a two-dimensional optical waveguide layer that guides light is sandwiched between two-dimensional cladding layers, and light is transmitted two-dimensionally by a diffraction grating at an arbitrary location on the surface of the cladding layer. Input / output to / from the optical waveguide layer is possible. The first and second diffraction gratings play a role of this diffraction grating.
一般に、回折格子で回折される回折光を光導波路に入力させる構造の説明においては、回折格子を光カプラと呼び、回折光を光導波路にカップリングさせるという言い方もされる。 In general, in the description of the structure in which the diffracted light diffracted by the diffraction grating is input to the optical waveguide, the diffraction grating is called an optical coupler and the diffracted light is coupled to the optical waveguide.
従って、発光素子を具える第１電子回路チップをクラッド層の表面のどこに配置しても、発光素子から出力される光束を第1回折格子によって2次元光導波路に入力することが可能である。また、2次元光導波路を導波された光は、クラッド層を介してこの2次元光導波路の任意の場所から第2回折格子によって出力させることが可能であるので、受光素子を具える第2電子回路チップをクラッド層の表面のどこに配置しても、2次元光導波路から出力された光束を受光素子で受光することが可能である。 Therefore, it is possible to input the light beam output from the light emitting element into the two-dimensional optical waveguide by the first diffraction grating, regardless of where the first electronic circuit chip including the light emitting element is disposed on the surface of the cladding layer. In addition, since the light guided through the two-dimensional optical waveguide can be output from the arbitrary position of the two-dimensional optical waveguide through the cladding layer by the second diffraction grating, the second light receiving element is provided. Regardless of the position of the electronic circuit chip on the surface of the cladding layer, the light beam output from the two-dimensional optical waveguide can be received by the light receiving element.
また、第1発明の光インタコネクション回路によれば、発光素子の出力光の偏光を円偏光に変換する円偏光板を具え、この円偏光板によって発光素子の出力光が円偏光に変換されてから第1回折格子によって回折されて2次元光導波路に入力される。このように円偏光の光束が第1回折格子によって回折される構成とすることによって、入力光束は2次元光導波路の360°全範囲にわたった伝播方向に均等な強度で回折される。 Further, according to the optical interconnection circuit of the first invention, it comprises a circularly polarizing plate that converts the polarized light of the output light of the light emitting element into circularly polarized light, and the circularly polarizing plate converts the output light of the light emitting element into circularly polarized light. Are diffracted by the first diffraction grating and input to the two-dimensional optical waveguide. By adopting such a configuration that the circularly polarized light beam is diffracted by the first diffraction grating, the input light beam is diffracted with uniform intensity in the propagation direction over the entire 360 ° range of the two-dimensional optical waveguide.
従って、第1電子回路チップが配置された位置に対して、何れの位置に第2電子回路チップを配置しても等しく回折光を受信することが可能であり、配置場所によって回折光の受信が困難となることはない。すなわち、第1発明の光インタコネクション回路によれば、第1及び第2電子回路チップの配置制限がなくなる。 Therefore, it is possible to receive diffracted light equally regardless of the position at which the second electronic circuit chip is disposed relative to the position at which the first electronic circuit chip is disposed. It won't be difficult. That is, according to the optical interconnection circuit of the first invention, there is no restriction on the arrangement of the first and second electronic circuit chips.
第2発明の光インタコネクション回路によれば、第1電子回路チップと第2電子回路チップ間の通信を担う光を導波させる伝送路として3次元自由空間を利用する構成とされているので、この3次元自由空間の任意の場所に第1あるいは第2電子回路チップを配置することが可能である。 According to the optical interconnection circuit of the second invention, because it is configured to use a three-dimensional free space as a transmission path for guiding the light responsible for communication between the first electronic circuit chip and the second electronic circuit chip, It is possible to arrange the first or second electronic circuit chip at an arbitrary place in the three-dimensional free space.
また、第2発明の光インタコネクション回路によれば、発光素子の出力光の偏光を円偏光に変換する円偏光板を具えており、第1同心球状回折格子が、円偏光板から出力されて3次元自由空間に入力された円偏光の光束を回折し、第2同心球状回折格子が第1同心球状回折格子で回折されて3次元自由空間を伝播する回折光の一部を回折してこの回折光を3次元自由空間から出力させる構成とされている。 Further, according to the optical interconnection circuit of the second invention, it comprises a circularly polarizing plate that converts the polarization of the output light of the light emitting element into circularly polarized light, and the first concentric spherical diffraction grating is output from the circularly polarizing plate. The circularly polarized light beam input to the three-dimensional free space is diffracted, and the second concentric spherical diffraction grating is diffracted by the first concentric spherical diffraction grating to diffract part of the diffracted light propagating through the three-dimensional free space. It is configured to output diffracted light from a three-dimensional free space.
このように円偏光の光束が第1同心球状回折格子によって回折される構成とすることによって、3次元自由空間に入力される入力光束は3次元自由空間の360°全範囲にわたった伝播方向に均等な強度で回折される。 By adopting a configuration in which the circularly polarized light beam is diffracted by the first concentric spherical diffraction grating in this way, the input light beam input to the three-dimensional free space is propagated in the propagation direction over the entire 360 ° range of the three-dimensional free space. Diffracted with uniform intensity.
3次元自由空間中に配置される第1同心球状回折格子が配置された位置に対して、何れの位置に第2同心球状回折格子を配置しても等しく回折光を第2同心球状回折格子に入力することが可能であり、第1及び第2同心球状回折格子の配置場所によって、第1電子回路チップと第2電子回路チップ間の通信が困難となることはない。 Even if the second concentric spherical diffraction grating is arranged at any position relative to the position where the first concentric spherical diffraction grating is arranged in the three-dimensional free space, the diffracted light is equally sent to the second concentric spherical diffraction grating. Input is possible, and communication between the first electronic circuit chip and the second electronic circuit chip does not become difficult depending on the location of the first and second concentric spherical diffraction gratings.
すなわち、第2発明の光インタコネクション回路によれば、第1同心球状回折格子及び第2同心球状回折格子の配置場所に3次元自由度があるので、これに従って、第1及び第2電子回路チップの配置制限がなくなる。 That is, according to the optical interconnection circuit of the second invention, since the first concentric spherical diffraction grating and the second concentric spherical diffraction grating are arranged in three dimensional degrees of freedom, the first and second electronic circuit chips are accordingly provided. The placement restrictions for
また、第2発明の光インタコネクション回路の好適な実施形態によれば、上述の第1及び第2同心球状回折格子の少なくとも一方は、透明マント領域が中心部に設けられており、この透明マント領域内に光偏向素子が配置された構成とされている。 According to a preferred embodiment of the optical interconnection circuit of the second invention, at least one of the first and second concentric spherical diffraction gratings described above is provided with a transparent cloak region in the center, and this transparent cloak The optical deflecting element is arranged in the region.
この透明マント領域は特定の波長の光に対してのみ機能し、この特定波長の光は、空間中に透明マント領域が全く存在しないかのごとく振舞う。また、この特定波長以外の光は透明マント領域内に侵入し光偏向素子によってその進行方向が曲げられるので、透明マント領域に対する特定波長の光と特定波長以外の光とを利用すれば、両者の光に対して同心球状回折格子は全く異なる振る舞いをする。従って、この特定波長の光とこの特定波長以外の光とを用いた多波長による光通信が効率よく実現可能である光インタコネクション回路を実現することが可能となり、このことによって一層、電子回路チップの配置の自由度を大きくとることが可能となる。 This transparent cloak region functions only for light of a specific wavelength, and the light of this specific wavelength behaves as if there is no transparent cloak region in the space. In addition, since light other than the specific wavelength enters the transparent cloak region and its traveling direction is bent by the light deflection element, if light having a specific wavelength and light other than the specific wavelength with respect to the transparent cloak region are used, Concentric spherical gratings behave completely differently with respect to light. Therefore, it is possible to realize an optical interconnection circuit capable of efficiently realizing optical communication with multiple wavelengths using light of this specific wavelength and light other than this specific wavelength, which further increases the electronic circuit chip. It is possible to increase the degree of freedom of arrangement.
以下、図を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の断面形状や配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の材料および条件等を用いることがあるが、これら材料および条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Each figure shows an example of the configuration according to the present invention, and only schematically shows the cross-sectional shape and arrangement relationship of each component to the extent that the present invention can be understood. Is not limited to the illustrated example. In the following description, specific materials and conditions may be used. However, these materials and conditions are only one of preferred examples, and are not limited to these. Moreover, in each figure, the same component is shown with the same number, and the overlapping description may be omitted.
＜第1発明の実施形態の光インタコネクション回路の構成＞
図1を参照して第1発明の実施形態の光インタコネクション回路の構成につき説明する。図1は、第1発明の実施形態の光インタコネクション回路の2次元光導波路の導波層に直交する平面で切断して示す概略的断面構造図である。
<Configuration of Optical Interconnection Circuit of First Embodiment>
The configuration of the optical interconnection circuit according to the embodiment of the first invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional structure diagram cut along a plane orthogonal to a waveguide layer of a two-dimensional optical waveguide of an optical interconnection circuit according to an embodiment of the first invention.
図1においては、第1発明の実施形態の光インタコネクション回路の一例として、プリント配線基板10に、発光素子14-1を具える第1電子回路チップ12-1、受光素子14-2を具える第2電子回路チップ12-2、及び発光素子14-3を具える第3電子回路チップ12-3が配置されている例を示している。 In FIG. 1, as an example of the optical interconnection circuit of the embodiment of the first invention, a printed circuit board 10 includes a first electronic circuit chip 12-1 having a light emitting element 14-1 and a light receiving element 14-2. In this example, the second electronic circuit chip 12-2 and the third electronic circuit chip 12-3 including the light emitting element 14-3 are arranged.
また、ここでは、第1電子回路チップ12-1から第2電子回路チップ12-2に向けた通信が行われるものとして説明する。この場合は、第1電子回路チップ12-1が具える発光素子14-1から出力される信号光が通信に使われ、第2電子回路チップ12-2が具える受光素子14-2で受信される。 Here, the description will be made assuming that communication is performed from the first electronic circuit chip 12-1 to the second electronic circuit chip 12-2. In this case, the signal light output from the light emitting element 14-1 provided in the first electronic circuit chip 12-1 is used for communication and received by the light receiving element 14-2 provided in the second electronic circuit chip 12-2. Is done.
第1電子回路チップ12-1から第2電子回路チップ12-2へ向けた通信であっても、逆に第2電子回路チップ12-2から第1電子回路チップ12-1へ向けた通信であっても、光インタコネクションの形態は同一である。すなわち、第1電子回路チップ12-1を送信側とし、第2電子回路チップ12-2を受信側とするものと定義して光インタコネクションを説明しても説明の一般性を失うことはない。 Even communication from the first electronic circuit chip 12-1 to the second electronic circuit chip 12-2, conversely, communication from the second electronic circuit chip 12-2 to the first electronic circuit chip 12-1 Even if it exists, the form of optical interconnection is the same. That is, even if the optical interconnection is described by defining the first electronic circuit chip 12-1 as the transmitting side and the second electronic circuit chip 12-2 as the receiving side, the generality of the description is not lost. .
プリント配線基板10には、一般に、発光素子及び受光素子を具えた電子回路チップが複数設置されている。電子回路チップは、電子集積回路（IC: Integrated Circuit）あるいは大規模集積回路（LSI: Large Scale Integration）等である。また、図1では発光素子と受光素子とを単に1つのブロックで模式的に示してあるが、実際の光インタコネクション回路では、発光素子および受光素子は隣接して設けられており、1つの電子回路チップは発光素子と受光素子とを共に具えている。 The printed wiring board 10 is generally provided with a plurality of electronic circuit chips each having a light emitting element and a light receiving element. The electronic circuit chip is an electronic integrated circuit (IC) or a large scale integration (LSI). In FIG. 1, the light-emitting element and the light-receiving element are schematically shown as one block. However, in an actual optical interconnection circuit, the light-emitting element and the light-receiving element are provided adjacent to each other, and one electron The circuit chip includes both a light emitting element and a light receiving element.
すなわち、第1電子回路チップ12-1は発光素子14-1と受光素子（図示を省略してある。）を具えており、第2電子回路チップ12-2も受光素子14-2と発光素子（図示を省略してある。）を具えている。従って、第2電子回路チップ12-2を送信側とし、第1電子回路チップ12-1を受信側とする場合は、受光素子14-2とあるところを発光素子14-2と読み替え、発光素子14-1とあるところを受光素子14-1と読み替えればよい。 That is, the first electronic circuit chip 12-1 includes a light emitting element 14-1 and a light receiving element (not shown), and the second electronic circuit chip 12-2 also includes the light receiving element 14-2 and the light emitting element. (The illustration is omitted.) Therefore, when the second electronic circuit chip 12-2 is set as the transmitting side and the first electronic circuit chip 12-1 is set as the receiving side, the light receiving element 14-2 is read as the light emitting element 14-2, and the light emitting element What is referred to as 14-1 may be read as the light receiving element 14-1.
一般に、光インタコネクション回路においては、第1電子回路チップ12-1と第2電子回路チップ12-2との間で双方向通信が行われる。従って、いずれの電子回路チップも送信側あるいは受信側となり得る。 In general, in the optical interconnection circuit, bidirectional communication is performed between the first electronic circuit chip 12-1 and the second electronic circuit chip 12-2. Therefore, any electronic circuit chip can be a transmission side or a reception side.
発光素子は、GaAs結晶あるいはInP結晶を主材料として形成される発光ダイオード（LED: Light Emitting Diode）あるいは半導体レーザ(LD: Laser Diode)等である。また、受光素子はGe結晶を主材料として形成されるフォトダイオード等である。プリント配線基板10は、ガラスエポキシ基板等が利用されるが、シリコン基板等の半導体基板が利用されることもある。 The light emitting element is a light emitting diode (LED: Light Emitting Diode) or a semiconductor laser (LD: Laser Diode) formed using a GaAs crystal or InP crystal as a main material. The light receiving element is a photodiode or the like formed using Ge crystal as a main material. As the printed wiring board 10, a glass epoxy substrate or the like is used, but a semiconductor substrate such as a silicon substrate may be used.
プリント配線基板10には、発光素子及び受光素子を具えた電子回路チップの他に、図示を省略してあるが、これら電子回路チップを駆動するための駆動回路も固定されている。発光素子、受光素子及び駆動回路をプリント配線基板10に固定するには、周知のボンディング技術が利用される。 In addition to an electronic circuit chip having a light emitting element and a light receiving element, a printed circuit board 10 is also fixed with a driving circuit for driving these electronic circuit chips, although not shown. In order to fix the light emitting element, the light receiving element, and the drive circuit to the printed wiring board 10, a known bonding technique is used.
2次元光導波路20-1及び20-2は、SiON光導波路、Si光導波路、ポリマー光導波路等周知の光導波路を適宜利用できる。2次元光導波路20-1及び20-2は、光を導波する2次元の光導波層を2次元のクラッド層で挟んだ構成であり、クラッド層の表面の任意の場所から、光カプラによって光を2次元の光導波層に入出力させることが可能である。2次元光導波路20-1及び20-2が、光を導波する2次元の光導波層を2次元のクラッド層で挟んだ構成であることは周知のことであるので、図面が煩雑化することを避けるために、クラッド層を省略して示してある。 As the two-dimensional optical waveguides 20-1 and 20-2, known optical waveguides such as a SiON optical waveguide, a Si optical waveguide, and a polymer optical waveguide can be used as appropriate. The two-dimensional optical waveguides 20-1 and 20-2 have a configuration in which a two-dimensional optical waveguide layer that guides light is sandwiched between two-dimensional cladding layers. From any place on the surface of the cladding layer, an optical coupler It is possible to input and output light to and from the two-dimensional optical waveguide layer. Since the two-dimensional optical waveguides 20-1 and 20-2 have a configuration in which a two-dimensional optical waveguide layer for guiding light is sandwiched between two-dimensional cladding layers, the drawing becomes complicated. In order to avoid this, the cladding layer is omitted.
第1発明の実施形態の光インタコネクション回路は、受発光素子を具えた電子回路チップが配置されたプリント配線基板10、2次元光導波路20-1及び20-2を具え、更に、円偏光板16-1、16-2及び遮光板18-1、18-2を具えている。円偏光板16-1、16-2は、光学結晶材料、フォトニック結晶基板、ポリマー膜等、周知の素子が適宜利用される。また、遮光板18-1、18-2は、Cr等の金属薄膜を蒸着法で蒸着する等の方法で形成される。 An optical interconnection circuit according to an embodiment of the first invention includes a printed wiring board 10 on which an electronic circuit chip including a light emitting / receiving element is disposed, two-dimensional optical waveguides 20-1 and 20-2, and a circularly polarizing plate 16-1 and 16-2 and light shielding plates 18-1 and 18-2 are provided. For the circularly polarizing plates 16-1 and 16-2, well-known elements such as optical crystal materials, photonic crystal substrates, polymer films, and the like are appropriately used. The light shielding plates 18-1 and 18-2 are formed by a method such as vapor deposition of a metal thin film such as Cr by a vapor deposition method.
なお、発光素子14-1等の発光面及び受光素子14-2等の受光面から2次元光導波路20-1に具えられている円偏光板16-1等の入射面との間隔が充分狭くなるように配置した場合、すなわちプリント配線基板10と2次元光導波路20-1とを充分近づけて配置した場合は、遮光板18-1は必ずしも必要とされない。同様に、2次元光導波路20-1と2次元光導波路20-2とを充分近づけて配置した場合は、遮光板18-2は必ずしも必要とされない。 The distance between the light emitting surface of the light emitting element 14-1 and the like and the light receiving surface of the light receiving element 14-2 and the like and the incident surface of the circularly polarizing plate 16-1 provided in the two-dimensional optical waveguide 20-1 is sufficiently narrow. When arranged in such a manner, that is, when the printed wiring board 10 and the two-dimensional optical waveguide 20-1 are arranged sufficiently close to each other, the light shielding plate 18-1 is not necessarily required. Similarly, when the two-dimensional optical waveguide 20-1 and the two-dimensional optical waveguide 20-2 are arranged close enough, the light shielding plate 18-2 is not necessarily required.
図1に示す第1発明の実施形態の光インタコネクション回路では、第1電子回路チップ12-1が具えている発光素子14-1の出力光が円偏光板16-1に入力されて円偏光（以下、この円偏光を第1円偏光とも称する。）に変換されて、第1回折格子22-1に入力される。第1回折格子22-1に入力された光束は、第1回折格子22-1で回折されてその回折光（以下、この回折光を第1回折光とも称する。）が2次元光導波路20-1に入力される。 In the optical interconnection circuit of the embodiment of the first invention shown in FIG. 1, the output light of the light emitting element 14-1 provided in the first electronic circuit chip 12-1 is input to the circularly polarizing plate 16-1 and circularly polarized (Hereinafter, this circularly polarized light is also referred to as first circularly polarized light) and is input to the first diffraction grating 22-1. The light beam input to the first diffraction grating 22-1 is diffracted by the first diffraction grating 22-1, and the diffracted light (hereinafter, this diffracted light is also referred to as first diffracted light) is converted into the two-dimensional optical waveguide 20-. Input to 1.
2次元光導波路20-1に入力された回折光、すなわち第1回折光は、2次元光導波路20-1を伝播してその一部が第2回折格子22-2に到達する。第2回折格子22-2に到達した第1回折光は、第2回折格子22-2によって回折されてこの回折光（以下、この回折光を第2回折光とも称する。）が受光素子14-2に入力される。 The diffracted light input to the two-dimensional optical waveguide 20-1, that is, the first diffracted light propagates through the two-dimensional optical waveguide 20-1 and part of it reaches the second diffraction grating 22-2. The first diffracted light reaching the second diffraction grating 22-2 is diffracted by the second diffraction grating 22-2, and this diffracted light (hereinafter, this diffracted light is also referred to as second diffracted light) is received by the light receiving element 14-. Input to 2.
図1に示すように、第1発明の実施形態の光インタコネクション回路によれば、発光素子14-1の出力光は、円偏光板16-1を通過した後第1回折格子22-1で回折されて2次元光導波路20-1にカップリングされる。このとき、第1回折格子22-1によって、2次元光導波路20-1の導波方向に対して垂直の方向に出力された発光素子14-1の出力光を、第1回折格子22-1を中心にして360°等方的に2次元光導波路20-1中に回折させる構造とするのが望ましい。そのためには、第1回折格子22-1として、屈折率(導波屈折率あるいは等価屈折率)の高い部分と低い部分とが交互に繰り返される周期構造が同心円状に形成された回折格子を利用すればよい(例えば、特許文献14及び15参照)。以後、同心円状に形成された回折格子を同心円状回折格子ということもある。 As shown in FIG. 1, according to the optical interconnection circuit of the first embodiment, the output light of the light emitting element 14-1 passes through the circularly polarizing plate 16-1 and then passes through the first diffraction grating 22-1. Diffracted and coupled to the two-dimensional optical waveguide 20-1. At this time, the output light of the light emitting element 14-1 output in the direction perpendicular to the waveguide direction of the two-dimensional optical waveguide 20-1 by the first diffraction grating 22-1, It is desirable to make the structure diffracted into the two-dimensional optical waveguide 20-1 isotropically around 360 °. For that purpose, a diffraction grating in which a periodic structure in which a portion having a high refractive index (waveguide refractive index or equivalent refractive index) is high and a portion having a low refractive index are concentrically formed is used as the first diffraction grating 22-1. (For example, see Patent Documents 14 and 15). Hereinafter, a concentric diffraction grating may be referred to as a concentric diffraction grating.
また、第2回折格子22-2は、第2回折格子22-2を中心にして2次元光導波路20-1中を360°の全方位から伝播して到達する第1回折光を受けて、この第1回折光を2次元光導波路20-1の伝播方向に対して垂直方向に回折させる機能を有している事が望ましい。従って、第2回折格子22-2も同様に、同心円状回折格子が利用される。 The second diffraction grating 22-2 receives the first diffracted light that propagates from all directions of 360 ° in the two-dimensional optical waveguide 20-1 around the second diffraction grating 22-2, It is desirable to have a function of diffracting the first diffracted light in a direction perpendicular to the propagation direction of the two-dimensional optical waveguide 20-1. Accordingly, a concentric diffraction grating is similarly used for the second diffraction grating 22-2.
＜2次元光導波路の積層構造＞
図1に示す第1発明の実施形態の光インタコネクション回路によれば、2次元光導波路として2次元光導波路20-1及び20-2の2層を具えている。このように2次元光導波路を2層以上設けることによって、電子回路チップの配置の自由度を増すことが可能である。
<Laminated structure of two-dimensional optical waveguide>
According to the optical interconnection circuit of the embodiment of the first invention shown in FIG. 1, two-dimensional optical waveguides 20-1 and 20-2 are provided as two-dimensional optical waveguides. Thus, by providing two or more layers of two-dimensional optical waveguides, it is possible to increase the degree of freedom of arrangement of the electronic circuit chip.
例えば、図1に示すように、第3電子回路チップ12-3が具える発光素子14-3から出力される出力光を、2次元光導波路20-1を透過して2次元光導波路20-2に設置された円偏光板26-1に入力して第1円偏光に変換し、回折格子28-1で回折させて第1回折光を2次元光導波路20-2にカップリングさせる構成とすることが可能である。そして、第1回折光は2次元光導波路20-2を伝播して、同じく2次元光導波路20-2の何れかの箇所に配置された回折格子(図示を省略してある)によって回折され、よって第2回折光が2次元光導波路20-2から出力されて、第3の受光素子(図示を省略してある)に入力されるという光経路を形成することが可能である。 For example, as shown in FIG. 1, the output light output from the light emitting element 14-3 included in the third electronic circuit chip 12-3 is transmitted through the two-dimensional optical waveguide 20-1, and the two-dimensional optical waveguide 20- 2 is input to the circularly polarizing plate 26-1 installed in 2 and converted to the first circularly polarized light, and diffracted by the diffraction grating 28-1 to couple the first diffracted light to the two-dimensional optical waveguide 20-2 Is possible. Then, the first diffracted light propagates through the two-dimensional optical waveguide 20-2 and is diffracted by a diffraction grating (not shown) disposed in any part of the two-dimensional optical waveguide 20-2, Therefore, it is possible to form an optical path in which the second diffracted light is output from the two-dimensional optical waveguide 20-2 and input to the third light receiving element (not shown).
すなわち、この場合には2次元光導波路20-2が利用されて光インタコネクションが実現される。このように積層される2次元光導波路の数を増やすことによって、光インタコネクションが実現可能となる光経路の選択幅が広がり、結果として電子回路チップの配置の自由度を増すことが可能となる。因みに、図1においては、積層される2次元光導波路の数が2層となっているが、2層に限定されること無く、3層以上の積層構造とすることも勿論可能である。 That is, in this case, the optical interconnection is realized by using the two-dimensional optical waveguide 20-2. By increasing the number of two-dimensional optical waveguides stacked in this way, the optical path selection range that enables optical interconnection can be expanded, and as a result, the degree of freedom in the arrangement of electronic circuit chips can be increased. . Incidentally, in FIG. 1, the number of two-dimensional optical waveguides to be laminated is two layers, but it is of course possible to have a laminated structure of three or more layers without being limited to two layers.
＜回折格子の構造＞
図2(A)及び図2(B)を参照して、2次元光導波路の第1回折格子22-1及び第2回折格子22-2の配置関係、及び第1回折格子22-1及び第2回折格子22-2の垂直断面形状について説明する。図2(A)は2次元光導波路を上方から見た概略的平面図であり、2次元光導波路のクラッド層上に配置された回折格子の配置の関係を示す図である。また、図2(B)は2次元光導波路20-1の導波層のa-a'で示す位置で2次元光導波路20-1の導波面に垂直な方向に切断して示した概略的断面構造図である。
<Diffraction grating structure>
Referring to FIG. 2 (A) and FIG. 2 (B), the arrangement relationship between the first diffraction grating 22-1 and the second diffraction grating 22-2 of the two-dimensional optical waveguide, and the first diffraction grating 22-1 and the second diffraction grating The vertical sectional shape of the two diffraction grating 22-2 will be described. FIG. 2 (A) is a schematic plan view of the two-dimensional optical waveguide as viewed from above, and is a diagram showing the arrangement relationship of the diffraction gratings arranged on the cladding layer of the two-dimensional optical waveguide. FIG. 2 (B) is a schematic view cut along the direction aa ′ of the waveguide layer of the two-dimensional optical waveguide 20-1 in a direction perpendicular to the waveguide surface of the two-dimensional optical waveguide 20-1. FIG.
図2(A)に示すように、2次元光導波路20-1のクラッド層上には、第1回折格子22-1及び第2回折格子22-2は勿論、第3回折格子22-3、第4回折格子22-4等、複数の回折格子が配置されている。図1では、第3回折格子22-3、第4回折格子22-4等については、煩雑を避けるため図示を省略した。 As shown in FIG. 2 (A), on the cladding layer of the two-dimensional optical waveguide 20-1, the first diffraction grating 22-1 and the second diffraction grating 22-2, as well as the third diffraction grating 22-3, A plurality of diffraction gratings such as the fourth diffraction grating 22-4 are arranged. In FIG. 1, the illustration of the third diffraction grating 22-3, the fourth diffraction grating 22-4, etc. is omitted to avoid complication.
第1回折格子22-1及び第2回折格子22-2等の同心円状回折格子の構造は同一であるので、ここでは第1回折格子22-1についてその構造を説明する。 Since the concentric diffraction gratings such as the first diffraction grating 22-1 and the second diffraction grating 22-2 have the same structure, the structure of the first diffraction grating 22-1 will be described here.
図2(B)に示すように、第1回折格子22-1は、2次元光導波路20-1のクラッド層にくぼみ部分16bと突起部分16tを交互に配置することで形成されている。このように形成される回折格子は、レリーフ型回折格子と呼ばれる。 As shown in FIG. 2 (B), the first diffraction grating 22-1 is formed by alternately arranging the recessed portions 16b and the protruding portions 16t in the cladding layer of the two-dimensional optical waveguide 20-1. The diffraction grating formed in this way is called a relief type diffraction grating.
くぼみ部分16bの底はクラッド層を通過して光導波層まで到達していても、到達していなくともよい。いずれにしても、クラッド層にくぼみ部分16b及び突起部分16tを形成することによって、くぼみ部分16b及び突起部分16tのそれぞれの箇所における等価屈折率が異なった状態となる。 The bottom of the recessed portion 16b may or may not reach the optical waveguide layer through the cladding layer. In any case, by forming the recessed portion 16b and the protruding portion 16t in the cladding layer, the equivalent refractive indexes at the recessed portion 16b and the protruding portion 16t are different from each other.
すなわち2次元光導波路20-1を導波する光は、くぼみ部分16b及び突起部分16tを伝播するときに、等価屈折率が周期的に変化する導波路を伝播する状態となる。従って、くぼみ部分16bと突起部分16tとが交互に周期的に配置されているので、回折格子としての機能を果すこととなる。 That is, the light guided through the two-dimensional optical waveguide 20-1 is in a state of propagating through a waveguide whose equivalent refractive index changes periodically when propagating through the recessed portion 16b and the protruding portion 16t. Accordingly, the recessed portions 16b and the protruding portions 16t are alternately and periodically disposed, and thus function as a diffraction grating.
図2(A)に示すように第1回折格子22-1と第2回折格子22-2とを直線で結ぶ間には、第3の回折格子が存在しない。しかしながら、一般には第1回折格子22-1と第2回折格子22-2とを直線で結ぶ間に、第3の回折格子が存在する場合もあり得る。この場合には、第3の回折格子によって、第1回折格子22-1で回折されて2次元光導波路20-1を伝播する光の一部は回折され、回折光以外の残りの光成分は第3の回折格子を通過する。そして、この第3の回折格子で回折されずに第2回折格子22-2に到達する光成分のみが、第1回折格子22-1と第2回折格子22-2との間の通信に有効に利用されることとなる。 As shown in FIG. 2 (A), there is no third diffraction grating between the first diffraction grating 22-1 and the second diffraction grating 22-2 connected by a straight line. However, generally, there may be a third diffraction grating between the first diffraction grating 22-1 and the second diffraction grating 22-2 connected by a straight line. In this case, a part of the light diffracted by the first diffraction grating 22-1 and propagating through the two-dimensional optical waveguide 20-1 is diffracted by the third diffraction grating, and the remaining light components other than the diffraction light are diffracted. Passes through the third diffraction grating. Only the light component that reaches the second diffraction grating 22-2 without being diffracted by the third diffraction grating is effective for communication between the first diffraction grating 22-1 and the second diffraction grating 22-2. Will be used.
そこで、この第3の回折格子を通過して第2回折格子22-2に到達する光成分が、最大限第2回折格子22-2に到達するように第3の回折格子が形成されていることが望ましい。また、第1回折格子から回折されて2次元光導波路20-1を伝播する光成分は、第2回折格子22-2以外の回折格子、すなわち第2電子回路チップ12-2以外の電子回路チップにも伝達する必要がある場合もある。 Therefore, the third diffraction grating is formed so that the light component that passes through the third diffraction grating and reaches the second diffraction grating 22-2 reaches the second diffraction grating 22-2 to the maximum extent. It is desirable. The light component diffracted from the first diffraction grating and propagating through the two-dimensional optical waveguide 20-1 is a diffraction grating other than the second diffraction grating 22-2, that is, an electronic circuit chip other than the second electronic circuit chip 12-2. You may also need to communicate to.
この場合は、第3の回折格子が存在することによって、回折光の伝播方向の依存性が強く発生することは望ましくない。このような場合にも対応可能であるためには、回折格子の等価屈折率が周期的に変化するように形成されている第3の回折格子の平均等価屈折率の大きさが、2次元光導波路20-1の等価屈折率に等しくなるように設定されていればよい。 In this case, it is not desirable that the dependence of the propagation direction of the diffracted light strongly occurs due to the presence of the third diffraction grating. In order to be able to cope with such a case, the average equivalent refractive index of the third diffraction grating formed so that the equivalent refractive index of the diffraction grating periodically changes is determined by the two-dimensional optical It suffices if it is set to be equal to the equivalent refractive index of the waveguide 20-1.
上述のように、第3の回折格子の周期的等価屈折率構造部分を形成することによって、2次元光導波路20-1を伝播して第3の回折格子に入力されて回折されずに通過する透過光成分は、第3の回折格子が存在しない場合と同一の光路を伝播する。すなわち、第3の回折格子が存在することによって回折される光成分のエネルギーだけその強度は弱まるが、第3の回折格子を通過する透過光は、第3の回折格子が存在しない場合と同様に2次元光導波路20-1を伝播して第2回折格子22-2に到達する。 As described above, by forming the periodic equivalent refractive index structure portion of the third diffraction grating, it propagates through the two-dimensional optical waveguide 20-1 and passes through the third diffraction grating without being diffracted. The transmitted light component propagates through the same optical path as when the third diffraction grating is not present. That is, the intensity of the light component diffracted by the presence of the third diffraction grating is weakened, but the transmitted light passing through the third diffraction grating is the same as when the third diffraction grating is not present. It propagates through the two-dimensional optical waveguide 20-1 and reaches the second diffraction grating 22-2.
従って、第3の回折格子の平均等価屈折率の大きさを2次元光導波路20-1の等価屈折率に等しくなるように設定することによって、この第3の回折格子を通過して第2回折格子22-2に到達する光成分を最大限第2回折格子22-2に到達するようにすることが可能となり、また、第3の回折格子の存在によって回折光の伝播方向の依存性が強く発生することもない。 Therefore, by setting the average equivalent refractive index of the third diffraction grating to be equal to the equivalent refractive index of the two-dimensional optical waveguide 20-1, the second diffraction grating passes through the third diffraction grating. It is possible to maximize the light component reaching the grating 22-2 and reach the second diffraction grating 22-2, and the presence of the third diffraction grating strongly depends on the propagation direction of the diffracted light. It does not occur.
＜回折格子による回折効果＞
図3(A)及び図3(B)を参照して、同心円状回折格子による回折効果について説明する。第1回折格子22-1及び第2回折格子22-2等が同心円状回折格子であるが、いずれの回折格子を取り上げてもその基本的構造は同一であるので、以後の説明においては、特に断ることなく単に同心円状回折格子という。
<Diffraction effect by diffraction grating>
The diffraction effect by the concentric diffraction grating will be described with reference to FIGS. 3 (A) and 3 (B). The first diffraction grating 22-1, the second diffraction grating 22-2, etc. are concentric diffraction gratings, but the basic structure is the same regardless of which diffraction grating is taken up. It is simply called a concentric diffraction grating without any notice.
ここで、同心円状回折格子が設置された2次元光導波路の導波面をz-ｘ平面にとり、2次元光導波路の厚さ方向をy方向にとるものとする。図3(A)はz＝0にその中心が設定されて配置されている同心円状回折格子に、z軸の負の領域から平面波で表される光束が入射しこの同心円状回折格子で反射及び透過される出射光のz-x平面における等位相波面を示す図である。また、図3(B)は同様に、この同心円状回折格子で反射及び透過される出射光のz-ｙ平面における等位相波面を示す図である。 Here, the waveguide plane of the two-dimensional optical waveguide provided with the concentric diffraction grating is taken as the zx plane, and the thickness direction of the two-dimensional optical waveguide is taken as the y direction. In FIG. 3 (A), a light beam represented by a plane wave is incident on a concentric diffraction grating arranged with its center set at z = 0, and is reflected by the concentric diffraction grating. It is a figure which shows the equiphase wave front in the zx plane of the emitted light transmitted. FIG. 3B is also a diagram showing an equiphase wavefront in the zy plane of the outgoing light reflected and transmitted by the concentric diffraction grating.
図3(A)の横軸にはx＝0を中心にμm単位で寸法が目盛ってあり、縦軸にはz＝-10μmからz＝20μmの範囲にわたりμm単位で寸法が目盛ってある。同心円状回折格子の中心は、z＝0μm、x＝0μmの位置に設定されている。また、図3(B)の横軸はｙ軸を、縦軸にz軸をとって示してあり、いずれの軸にもμm単位で寸法が目盛ってある。同心円上回折格子は、y＝0μm〜1μm範囲に存在しており、y＝1μmを超える範囲は2次元光導波路のクラッド部分に相当し、yが0μmからマイナスを付して示してある領域は空気層である。 The horizontal axis in FIG. 3 (A) has a scale in units of μm around x = 0, and the vertical axis has a scale in units of μm over a range from z = −10 μm to z = 20 μm. . The center of the concentric diffraction grating is set at a position of z = 0 μm and x = 0 μm. In FIG. 3B, the horizontal axis is the y-axis and the vertical axis is the z-axis, and the dimensions are scaled in units of μm on either axis. The concentric diffraction grating exists in the range of y = 0 μm to 1 μm, and the range exceeding y = 1 μm corresponds to the cladding part of the two-dimensional optical waveguide, and the region where y is minus from 0 μm is It is an air layer.
図3(A)及び(B)に示す等位相波面は、FDTD(Finite Difference Time Domain)法によってシミュレーションして得られた結果である。このシミュレーションでは、同心円状回折格子に入力する光の波長を1μmとし、2次元光導波路の屈折率を1.7とした。同心円状回折格子の格子間隔は、入射する光の1次回折光の伝播方向が、2次元光導波路の導波方向と直交するように、0.6μmとしてある。また、同心円状回折格子のくぼみ部分と突起部分の平均面からの高さの差はいずれも0.2μmに設定した。 The equiphase wavefronts shown in FIGS. 3A and 3B are results obtained by simulation by the FDTD (Finite Difference Time Domain) method. In this simulation, the wavelength of light input to the concentric diffraction grating is 1 μm, and the refractive index of the two-dimensional optical waveguide is 1.7. The lattice spacing of the concentric diffraction grating is 0.6 μm so that the propagation direction of the first-order diffracted light of the incident light is orthogonal to the waveguide direction of the two-dimensional optical waveguide. In addition, the difference in height from the average surface of the recessed portion and the protruding portion of the concentric diffraction grating was set to 0.2 μm.
図3(A)に示すように、同心円状回折格子によって回折される光成分（1次以上の高次回折光成分）、及び透過される光成分（0次回折光成分）のいずれも、z軸上を伝播していることが読み取れる。また、同心円状回折格子によって2次元光導波路に向けて回折される1次回折光の伝播方向は、図3(B)にkとして示すベクトルの方向（波面に対する法線方向）に伝播するように回折されていることが分かる。ベクトルkの方向は、2次元光導波路の導波方向とほぼ直交する、すなわちほぼy軸に平行な方向となっている。同心円状回折格子の格子間隔を精密に調整することによって、ベクトルkで与えられる1次回折光の伝播方向が、2次元光導波路の導波方向と厳密に直交するようにすることが可能である。 As shown in FIG. 3 (A), both the light component diffracted by the concentric diffraction grating (first-order or higher-order diffracted light component) and the transmitted light component (0-order diffracted light component) are on the z-axis. It can be read that is propagated. In addition, the propagation direction of the first-order diffracted light diffracted toward the two-dimensional optical waveguide by the concentric diffraction grating is diffracted so as to propagate in the vector direction (normal direction with respect to the wavefront) shown as k in FIG. You can see that. The direction of the vector k is substantially perpendicular to the waveguide direction of the two-dimensional optical waveguide, that is, substantially parallel to the y axis. By precisely adjusting the lattice spacing of the concentric diffraction grating, it is possible to make the propagation direction of the first-order diffracted light given by the vector k strictly orthogonal to the waveguide direction of the two-dimensional optical waveguide.
次に、同心円状回折格子の回折光の偏光方向依存性について説明する。 Next, the polarization direction dependence of the diffracted light of the concentric diffraction grating will be described.
第1電子回路チップ12-1が具えている発光素子14-1は、上述したようにLEDあるいはLDである。これらの半導体発光素子から出力される出力光の偏光状態は直線偏光である。後述するように、直線偏光の光を図1に示すように、第1回折格子22-1で回折させて2次元光導波路20-1にカップリングさせると、第1回折格子22-1を中心として2次元的に等方的に回折光が伝播せず、その伝播光の強度が方向依存性を持つ。 The light emitting element 14-1 provided in the first electronic circuit chip 12-1 is an LED or an LD as described above. The polarization state of the output light output from these semiconductor light emitting elements is linearly polarized light. As will be described later, when linearly polarized light is diffracted by the first diffraction grating 22-1 and coupled to the two-dimensional optical waveguide 20-1 as shown in FIG. 1, the first diffraction grating 22-1 is centered. As a result, diffracted light does not propagate isotropically in two dimensions, and the intensity of the propagated light has direction dependency.
図4(A)及び図4(B)を参照して、同心円状回折格子による回折光の偏光方向依存性についてのシミュレーション結果の説明をする。このシミュレーションにおける設定条件は、上述の図3(A)及び図3(B)に示すシミュレーションを行った条件と同一に設定してある。 With reference to FIG. 4 (A) and FIG. 4 (B), the simulation result about the polarization direction dependence of the diffracted light by the concentric diffraction grating will be described. The setting conditions in this simulation are set to be the same as the conditions in which the simulations shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B) are performed.
図4(A)及び図4(B)は、2次元光導波路の光カプラとして形成された同心円状回折格子に、2次元光導波路の導波面に対して垂直の方向から入射された入力光が、同心円状回折格子で回折されてその回折光が2次元光導波路を伝播する様子を示す図である。図4(A)及び図4(B)では、2次元光導波路を伝播する回折光の等位相波面の空間形状を示している。図4(A)は入射する入力光の偏光が円偏光である場合の回折光の等位相波面の空間形状のx-ｚ平面での切断面を示し、図4(B)は、入射する入力光の偏光が直線偏光である場合の回折光の等位相波面の空間形状のx-ｚ平面での切断面を示す図である。 4 (A) and 4 (B) show that input light incident on a concentric diffraction grating formed as an optical coupler of a two-dimensional optical waveguide from a direction perpendicular to the waveguide surface of the two-dimensional optical waveguide is shown. FIG. 3 is a diagram showing a state in which the diffracted light is diffracted by a concentric diffraction grating and propagates through a two-dimensional optical waveguide. 4 (A) and 4 (B) show the spatial shape of the equiphase wavefront of the diffracted light propagating through the two-dimensional optical waveguide. Fig. 4 (A) shows the cut surface in the xz plane of the spatial shape of the equiphase wavefront of the diffracted light when the polarization of the incident input light is circularly polarized, and Fig. 4 (B) shows the incident input. It is a figure which shows the cut surface in the xz plane of the spatial shape of the equiphase wavefront of diffracted light in case light polarization is linearly polarized light.
図4(A)及び図4(B)において、x＝0、z＝0を中心にした略同心円が等位相波面を示している。両図において、中心部分の濃淡が周辺部分の濃淡より濃いのは、回折光の振幅の大きさが周辺部分に伝播するにつれて伝播方向に依存することなく均等な割合で小さくなっていることを示している。 In FIG. 4 (A) and FIG. 4 (B), a substantially concentric circle centering on x = 0 and z = 0 indicates an equiphase wavefront. In both figures, the shading of the central part is darker than the shading of the peripheral part, indicating that the amplitude of the diffracted light decreases at an equal rate without depending on the propagation direction as it propagates to the peripheral part. ing.
入射する入力光の偏光が円偏光である場合の回折光の等位相波面は、図4(A)に示すように、x＝0、z＝0を中心にした360°の全方位にわたって途切れていないことが分かる。これは、回折光の伝播方向依存性がなく、伝播方向に均等な強度で回折されることを意味している。すなわち、円偏光を同心円状回折格子によって回折させる構成とすることによって、この同心円状回折格子から見て2次元導波路上の任意の位置に受信側の回折格子を配置することが可能であることを示している。従って、第1電子回路チップが配置された位置に対して、何れの位置に第2電子回路チップを配置しても等しく回折光を受信することが可能であり、第1及び第2電子回路チップの配置制限がなくなることを意味している。 As shown in FIG. 4 (A), the equiphase wavefront of the diffracted light when the polarization of the incident input light is circularly polarized is interrupted over 360 ° around x = 0 and z = 0. I understand that there is no. This means that the diffracted light is not dependent on the propagation direction and is diffracted with uniform intensity in the propagation direction. In other words, it is possible to place the diffraction grating on the receiving side at an arbitrary position on the two-dimensional waveguide when viewed from the concentric diffraction grating by adopting a configuration in which the circularly polarized light is diffracted by the concentric diffraction grating. Is shown. Therefore, it is possible to receive the diffracted light equally regardless of the position at which the second electronic circuit chip is disposed relative to the position at which the first electronic circuit chip is disposed. This means that there will be no placement restrictions.
一方、入射する入力光の偏光が直線偏光である場合の回折光の等位相波面は、図4(B)に示すように、x＝0、z＝0を中心にした特定の方向（図4(B)では、x軸に平行な方向）で消えていることが見て取れる。これは、この方向に伝播する回折光が存在しないことを意味しており、等位相波面が消えている領域に受信側の電子回路チップを配置しても、送信側から送られた光信号を受信できないことを意味している。 On the other hand, the equiphase wavefront of the diffracted light when the incident input light is linearly polarized light has a specific direction centered around x = 0 and z = 0 as shown in FIG. 4B (FIG. 4). In (B), it can be seen that it disappears in the direction parallel to the x-axis). This means that there is no diffracted light propagating in this direction. Even if the electronic circuit chip on the receiving side is placed in the area where the equiphase wavefront has disappeared, the optical signal sent from the transmitting side is not transmitted. It means that you cannot receive.
＜第2発明の実施形態の光インタコネクション回路の構成＞
図5を参照して第2発明の実施形態の光インタコネクション回路の構成につき説明する。図5は、3次元自由空間に配置された同心球状回折格子が立体サポート材料に支えられて配置されて構成される第2発明の実施形態の光インタコネクション回路の概略的立体構造図である。
<Configuration of Optical Interconnection Circuit of Second Embodiment>
The configuration of the optical interconnection circuit according to the embodiment of the second invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic three-dimensional structure diagram of the optical interconnection circuit according to the second embodiment of the present invention, in which concentric spherical diffraction gratings arranged in a three-dimensional free space are arranged supported by a three-dimensional support material.
図5においては、第2発明の実施形態の光インタコネクション回路の一例として、立体サポート材料30に光信号を中継する複数の同心球状回折格子42-1、42-2等、発光素子34-1を具える第1電子回路チップ32-1、受光素子34-2を具える第2電子回路チップ32-2が配置されている例を示している。この他に、図5においては、識別符号を付していない複数の同心球状回折格子を示してある。 In FIG. 5, as an example of the optical interconnection circuit of the embodiment of the second invention, a plurality of concentric spherical diffraction gratings 42-1 and 42-2 etc. that relay an optical signal to the three-dimensional support material 30, a light emitting element 34-1 In this example, a first electronic circuit chip 32-1 including a second electronic circuit chip 32-2 including a light receiving element 34-2 is disposed. In addition to this, FIG. 5 shows a plurality of concentric spherical diffraction gratings to which no identification code is attached.
ここでも、上述の第1発明の実施形態の光インタコネクション回路の説明と同様に、第1電子回路チップ32-1から第2電子回路チップ32-2に向けた通信が行われるものとして説明する。この場合は、第1電子回路チップ32-1が具える発光素子34-1から出力される信号光が通信に使われ、第2電子回路チップ32-2が具える受光素子34-2で受信される。 Here, similarly to the description of the optical interconnection circuit of the first embodiment of the invention described above, it is assumed that communication is performed from the first electronic circuit chip 32-1 to the second electronic circuit chip 32-2. . In this case, the signal light output from the light emitting element 34-1 included in the first electronic circuit chip 32-1 is used for communication and received by the light receiving element 34-2 included in the second electronic circuit chip 32-2. Is done.
上述の同心球状回折格子は、例えば、マイクロ球体にTi(OC2H5)4のエタノール溶液に漬けて400〜800℃で焼成処理してTiO2膜を形成し、続いてSiO2スピンオンガラスに漬けて同様に焼成処理してSiO2膜を形成するという工程を交互に繰り返すことで形成することが可能である(例えば、非特許文献3参照)。 The above-mentioned concentric spherical diffraction grating, for example, is immersed in an ethanol solution of Ti (OC 2 H 5 ) 4 in a micro sphere and baked at 400 to 800 ° C. to form a TiO 2 film, followed by SiO 2 spin-on glass. It can be formed by alternately repeating the steps of immersing and similarly baking to form a SiO 2 film (see, for example, Non-Patent Document 3).
立体サポート材料30としては、モールド樹脂等の透明材料を適宜選択して利用することが可能である。また、一つ一つの同心球状回折格子それぞれを、ポールで支える方法、あるいは吊り下げる等によって空気中に配置することも可能である。 As the three-dimensional support material 30, a transparent material such as a mold resin can be appropriately selected and used. It is also possible to place each concentric spherical diffraction grating in the air by a method of supporting it with a pole or hanging it.
立体サポート材料30としてモールド樹脂を使用する場合は、同心球状回折格子の高屈折率部分の屈折率と低屈折率部分の屈折率の平均値が、モールド樹脂の屈折率に等しくなるように設定するのがよい。これは、上述した2次元状の回折格子である同心円状回折格子の場合と同様に、同心球状回折格子に入力されて回折されずに通過する透過光成分が、この回折格子が存在しない場合と同一の光路を伝播するようにすることが可能となる。すなわち、この回折格子が存在することによって回折される光成分のエネルギーだけその強度は弱まるが、この回折格子を通過する透過光は、この回折格子が存在しない場合と同様に3次元自由空間を伝播するという効果が得られる。 When mold resin is used as the three-dimensional support material 30, the average value of the refractive index of the high refractive index portion and the low refractive index portion of the concentric spherical diffraction grating is set to be equal to the refractive index of the mold resin. It is good. As in the case of the concentric diffraction grating, which is a two-dimensional diffraction grating, the transmitted light component that is input to the concentric spherical diffraction grating and passes through without being diffracted is not present. It is possible to propagate the same optical path. That is, the intensity of the light component diffracted by the presence of this diffraction grating is weakened, but transmitted light that passes through this diffraction grating propagates through the three-dimensional free space in the same way as when this diffraction grating does not exist. The effect of doing is obtained.
図5に示す第2発明の実施形態の光インタコネクション回路において、第1電子回路チップ32-1及び第2電子回路チップ32-2のそれぞれは、立体サポート材料30を囲む側壁面（図5では立体サポート材料30の底面）に配置されている。 In the optical interconnection circuit of the embodiment of the second invention shown in FIG. 5, each of the first electronic circuit chip 32-1 and the second electronic circuit chip 32-2 has a side wall surface surrounding the three-dimensional support material 30 (in FIG. The bottom surface of the three-dimensional support material 30 is disposed.
第1電子回路チップ32-1が具える発光素子34-1から出力された出力光は、第1円偏光板36-1で第1円偏光36-1-pに変換されて第1同心球状回折格子42-1に到達すると回折されて第1回折光となり、3次元自由空間である立体サポート材料30を伝播して、この第1回折光の一部42-1-dが第2同心球状回折格子42-2に到達する。第2同心球状回折格子42-2に到達した第1回折光42-1-dは、この第2同心球状回折格子42-2で再度回折されて、この第2回折光42-2-dが受光素子34-2に入力される。 The output light output from the light emitting element 34-1 included in the first electronic circuit chip 32-1 is converted into the first circularly polarized light 36-1-p by the first circularly polarizing plate 36-1, and the first concentric spherical shape is obtained. When it reaches the diffraction grating 42-1, it is diffracted to become the first diffracted light, propagates through the three-dimensional free space three-dimensional support material 30, and a part 42-1-d of this first diffracted light becomes the second concentric spherical shape. It reaches the diffraction grating 42-2. The first diffracted light 42-1-d that has reached the second concentric spherical diffraction grating 42-2 is diffracted again by the second concentric spherical diffraction grating 42-2, and the second diffracted light 42-2-d is Input to the light receiving element 34-2.
図5において、第2電子回路チップ32-2に対しても第2円偏光板36-2が配置されている。これは、第2電子回路チップ32-2も送信側となる場合があり、この場合は、第2電子回路チップ32-2が具える発光素子の出力光を円偏光に変換するために、第2円偏光板36-2が必要となるためである。なお、第2電子回路チップ32-2の受光素子34-2に入力される回折光42-2-dも第2円偏光板36-2を通過することとなるが、一般に受光素子の受信感度は入力光の偏光状態に依存しないので、第2電子回路チップ32-2が受信側となった場合に、第2円偏光板36-2の存在がこの光通信の障害になることはない。 In FIG. 5, the second circularly polarizing plate 36-2 is also arranged for the second electronic circuit chip 32-2. In this case, the second electronic circuit chip 32-2 may also be on the transmission side, and in this case, in order to convert the output light of the light emitting element provided in the second electronic circuit chip 32-2 into circularly polarized light, This is because a two-circular polarizing plate 36-2 is required. Note that the diffracted light 42-2-d input to the light receiving element 34-2 of the second electronic circuit chip 32-2 also passes through the second circularly polarizing plate 36-2. Does not depend on the polarization state of the input light. Therefore, when the second electronic circuit chip 32-2 is on the receiving side, the presence of the second circularly polarizing plate 36-2 does not hinder this optical communication.
図5は、第1電子回路チップ32-1及び第2電子回路チップ32-2のそれぞれが立体サポート材料30を囲む6平面の内の底面に配置されている場合を示しているが、電子回路チップは立体サポート材料30の6平面のいずれの平面に設置することも可能である。従って、第2発明の実施形態の光インタコネクション回路によれば、第1発明の実施形態の光インタコネクション回路以上に、電子回路チップの配置に関する制限が少なくなるという効果が得られる。 FIG. 5 shows a case where each of the first electronic circuit chip 32-1 and the second electronic circuit chip 32-2 is disposed on the bottom surface of the six planes surrounding the three-dimensional support material 30. The chip can be installed on any of the six planes of the three-dimensional support material 30. Therefore, according to the optical interconnection circuit of the embodiment of the second invention, there is an effect that restrictions on the arrangement of the electronic circuit chip are reduced as compared with the optical interconnection circuit of the embodiment of the first invention.
また、上述の第1同心球状回折格子42-1、第2同心球状回折格子42-2及びこれ以外の同心球状回折格子のいずれかを、物体を特定の波長の光の電磁場から隠しそれ以外の波長の光の電磁場を通す透明マント領域が中心部に設けられ、特定の波長以外の波長の光を偏向して透明マント領域から出力させる光偏向素子をこの透明マント領域に内蔵させた構成とするのが良い。 Further, any one of the above-mentioned first concentric spherical diffraction grating 42-1, second concentric spherical diffraction grating 42-2, and other concentric spherical diffraction gratings is used to hide the object from the electromagnetic field of light of a specific wavelength. A transparent cloak region that transmits an electromagnetic field of light having a wavelength is provided at the center, and a light deflection element that deflects light of a wavelength other than a specific wavelength and outputs the light from the transparent cloak region is built in the transparent cloak region. Is good.
図6を参照して、透明マント領域が中心部に設けられこの透明マント領域内に光偏光子が設置された構成の同心球状回折格子の構造につき説明する。図6は、透明マント領域が中心部に設けられこの透明マント領域内に光偏光子が設置された構成の同心球状回折格子の概略的断面構造図である。 With reference to FIG. 6, a structure of a concentric spherical diffraction grating having a configuration in which a transparent cloak region is provided at the center and an optical polarizer is installed in the transparent cloak region will be described. FIG. 6 is a schematic cross-sectional structure diagram of a concentric spherical diffraction grating having a configuration in which a transparent cloak region is provided in the center and an optical polarizer is installed in the transparent cloak region.
同心球状回折格子52は、透明マント領域56の外側が高屈折率部分54aと低屈折率部分54bとが交互に同心球状に分布された同心球状回折格子部分54が配置され、透明マント領域56内に円錐プリズム等の光偏向素子58が配置されて構成されている。図6では、透明マント領域56が、波長λ1の光に対しては透明マントとしての機能を果さず、波長λ2の光に対して透明マントとして機能するものとして示してある。また、同心球状回折格子60も同様な構造とされているものとして示してある。一方、同心球状回折格子62は同様の構成であるが、波長λ2の光に対しては透明マントとしての機能を果さず、波長λ1の光に対して透明マントとして機能するものとして示してある。 The concentric spherical diffraction grating 52 includes a concentric spherical diffraction grating portion 54 in which a high refractive index portion 54a and a low refractive index portion 54b are alternately distributed concentrically on the outer side of the transparent cloak region 56. In addition, a light deflection element 58 such as a conical prism is arranged. In FIG. 6, the transparent cloak region 56 does not function as a transparent cloak for light of wavelength λ 1 but functions as a transparent cloak for light of wavelength λ 2 . The concentric spherical diffraction grating 60 is also shown as having the same structure. On the other hand, the concentric spherical diffraction grating 62 has the same configuration, but does not function as a transparent cloak for light with a wavelength λ 2 , and functions as a transparent cloak for light with a wavelength λ 1. It is.
図6に示すような構成とされている場合、波長λ1の光は同心球状回折格子52及び60が具える透明マント領域に侵入できるが、同心球状回折格子62が具える透明マント領域には侵入できない。従って、波長λ1の光は同心球状回折格子52及び60が具える光偏向素子によってその伝播経路が曲げられるが、同心球状回折格子62が存在しない場合と同一の伝播経路を伝って導波される。逆に波長λ2の光は同心球状回折格子62が具える光偏向素子によってその伝播経路が曲げられるが、同心球状回折格子52及び60が存在しない場合と同一の伝播経路を伝って導波される。 In the case of the configuration shown in FIG. 6, the light of wavelength λ 1 can enter the transparent cloak region provided with concentric spherical diffraction gratings 52 and 60, but the transparent cloak region provided with concentric spherical diffraction grating 62 has I can't invade. Therefore, the propagation path of the light of wavelength λ 1 is bent by the optical deflecting element provided in the concentric spherical diffraction gratings 52 and 60, but is guided along the same propagation path as the case where the concentric spherical diffraction grating 62 does not exist. The On the contrary, the propagation path of the light of wavelength λ 2 is bent by the optical deflection element provided in the concentric spherical diffraction grating 62, but is guided along the same propagation path as the case where the concentric spherical diffraction gratings 52 and 60 are not present. The
一例として、図5に示した第2発明の実施形態の光インタコネクション回路における第1同心球状回折格子42-1及び第2同心球状回折格子42-2として、図6に示す同心球状回折格子52、60あるいは62を利用することが可能である。この場合、図5に示した第2発明の実施形態の光インタコネクション回路の構成で、多波長を用いた光通信が実行可能である光インタコネクション回路が実現される。 As an example, as the first concentric spherical diffraction grating 42-1 and the second concentric spherical diffraction grating 42-2 in the optical interconnection circuit of the embodiment of the second invention shown in FIG. 5, the concentric spherical diffraction grating 52 shown in FIG. , 60 or 62 can be used. In this case, an optical interconnection circuit capable of executing optical communication using multiple wavelengths is realized with the configuration of the optical interconnection circuit according to the embodiment of the second invention shown in FIG.
このように、透明マント領域を具える同心球状回折格子を採用する事によって、多波長による光通信が効率よく実現可能である光インタコネクション回路を実現することが可能となる。すなわち、このことによって一層、電子回路チップの配置の自由度を大きくとることが可能となる。 As described above, by adopting the concentric spherical diffraction grating having the transparent cloak region, it is possible to realize an optical interconnection circuit capable of efficiently realizing optical communication with multiple wavelengths. That is, this makes it possible to further increase the degree of freedom in the arrangement of the electronic circuit chip.
10：プリント配線基板
12-1、32-1：第1電子回路チップ
12-2、32-2：第2電子回路チップ
12-3：第3電子回路チップ
14-1、14-3、34-1：発光素子
14-2、34-2：受光素子
16-1、16-2、26-1、36-1、36-2：円偏向板
18-1、18-2：遮光板
20-1、20-2：2次元光導波路
22-1：第1回折格子
22-2：第2回折格子
22-3：第3回折格子
22-4：第4回折格子
28-1：回折格子
30：立体サポート材料
42-1、42-2、52、60、62：同心球状回折格子
54：同心球状回折格子部分
54a：高屈折率部分
54b：低屈折率部分
56：透明マント領域
58：光偏向素子
10: Printed circuit board
12-1, 32-1: First electronic circuit chip
12-2, 32-2: Second electronic circuit chip
12-3: Third electronic circuit chip
14-1, 14-3, 34-1: Light emitting element
14-2, 34-2: Light receiving element
16-1, 16-2, 26-1, 36-1, 36-2: Circular deflector
18-1, 18-2: Shading plate
20-1, 20-2: Two-dimensional optical waveguide
22-1: First diffraction grating
22-2: Second diffraction grating
22-3: Third diffraction grating
22-4: Fourth diffraction grating
28-1: Diffraction grating
30: Three-dimensional support material
42-1, 42-2, 52, 60, 62: Concentric spherical diffraction grating
54: Concentric spherical diffraction grating
54a: High refractive index part
54b: Low refractive index part
56: Transparent cloak area
58: Light deflection element
Claims (7)
前記発光素子の出力光の偏光を円偏光に変換する円偏光板と、
該円偏光板から出力される円偏光の光束を回折して前記2次元光導波路へ導入する第1回折格子と、
該第1回折格子で回折されて前記2次元光導波路を伝播する導波光の一部を回折して該2次元光導波路から出力させる第2回折格子と
を具え、
前記発光素子の出力光が前記円偏光板に入力され、前記第2回折格子で回折された光束が前記受光素子に入力される構成とされている
ことを特徴とする光インタコネクション回路。 An optical interconnection circuit for communicating with light propagating through a two-dimensional optical waveguide between a first electronic circuit chip having a light emitting element and a second electronic circuit chip having a light receiving element,
A circularly polarizing plate that converts the polarized light of the output light of the light emitting element into circularly polarized light;
A first diffraction grating that diffracts a circularly polarized light beam output from the circularly polarizing plate and introduces it into the two-dimensional optical waveguide;
A second diffraction grating that diffracts a part of guided light that is diffracted by the first diffraction grating and propagates through the two-dimensional optical waveguide and outputs the diffracted light from the two-dimensional optical waveguide;
An optical interconnection circuit, wherein output light from the light emitting element is input to the circularly polarizing plate, and a light beam diffracted by the second diffraction grating is input to the light receiving element.
前記第2回折格子は、前記2次元光導波路を伝播した導波光を前記2次元光導波路の導波方向に対して垂直方向に回折する機能を有している
ことを特徴とする請求項1に記載の光インタコネクション回路。 The first diffraction grating has a function of diffracting the circularly polarized light beam in a waveguide direction of the two-dimensional optical waveguide,
2. The second diffraction grating has a function of diffracting guided light propagating through the two-dimensional optical waveguide in a direction perpendicular to a waveguide direction of the two-dimensional optical waveguide. The optical interconnection circuit described.
前記発光素子の出力光の偏光を円偏光に変換する円偏光板と、
該円偏光板から出力されて前記3次元自由空間に入力された円偏光の一部を回折する第1同心球状回折格子と、
前記第1同心球状回折格子で回折されて前記3次元自由空間を伝播する前記第1同心球状回折格子の回折光の一部を回折して当該回折光を該3次元自由空間から出力させる第2同心球状回折格子と
を具え、
前記発光素子の出力光が前記円偏光板に入力され、前記第2同心球状回折格子で回折された光束が前記受光素子に入力される構成とされている
ことを特徴とする光インタコネクション回路。 An optical interconnection circuit for performing communication using light propagating in a three-dimensional free space between a first electronic circuit chip having a light emitting element and a second electronic circuit chip having a light receiving element,
A circularly polarizing plate that converts the polarized light of the output light of the light emitting element into circularly polarized light;
A first concentric spherical diffraction grating that diffracts a part of circularly polarized light output from the circularly polarizing plate and input to the three-dimensional free space;
A part of the diffracted light of the first concentric spherical diffraction grating that is diffracted by the first concentric spherical diffraction grating and propagates in the three-dimensional free space is diffracted to output the diffracted light from the three-dimensional free space. Concentric spherical diffraction grating,
An optical interconnection circuit, wherein output light from the light emitting element is input to the circularly polarizing plate, and a light beam diffracted by the second concentric spherical diffraction grating is input to the light receiving element.
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