JP2624213B2 - 平面光学メッシュ接続型トリー相互接続ネットワーク - Google Patents
平面光学メッシュ接続型トリー相互接続ネットワークInfo
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- JP2624213B2 JP2624213B2 JP7036953A JP3695395A JP2624213B2 JP 2624213 B2 JP2624213 B2 JP 2624213B2 JP 7036953 A JP7036953 A JP 7036953A JP 3695395 A JP3695395 A JP 3695395A JP 2624213 B2 JP2624213 B2 JP 2624213B2
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04Q—SELECTING
- H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
- H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は平面光学メッシュ接続ト
リー型に相互接続されたトポロジネットワークに関す
る。
リー型に相互接続されたトポロジネットワークに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】情報送信用光学装置の利点は一般に良く
知られている。光学部品は、広い帯域幅の通信において
は、単に電子部品を用いて得られるもの以上の能力およ
び対応性を提供することができる。ファイバ光学部品を
うまく適用することにより、長距離かつ広い帯域幅の通
信において光学部品の利点が実証される。通信距離が短
くなり、同時に通信ノードの数が増加するにつれて、通
信領域が遠隔通信領域から通常の適用がコンピュータ間
およびコンピュータ内部の通信となる相互接続領域へと
徐々に移行している。後者のアプリケーションの場合、
フリースペース（スペースに拘束されない）の光学部品
は高度な損失特性を持つことができるから、ロスの少な
いファイバは問題の少ない部品といえる。
知られている。光学部品は、広い帯域幅の通信において
は、単に電子部品を用いて得られるもの以上の能力およ
び対応性を提供することができる。ファイバ光学部品を
うまく適用することにより、長距離かつ広い帯域幅の通
信において光学部品の利点が実証される。通信距離が短
くなり、同時に通信ノードの数が増加するにつれて、通
信領域が遠隔通信領域から通常の適用がコンピュータ間
およびコンピュータ内部の通信となる相互接続領域へと
徐々に移行している。後者のアプリケーションの場合、
フリースペース（スペースに拘束されない）の光学部品
は高度な損失特性を持つことができるから、ロスの少な
いファイバは問題の少ない部品といえる。
【０００３】ファイバのような１次元的（１Ｄ）な導波
体に限定する代わりに、光学ビームを３次元空間（３
Ｄ）を通るように方向づけることができるから、フリー
スペースの光学部品を使用することにより自由度が大き
くなる。
体に限定する代わりに、光学ビームを３次元空間（３
Ｄ）を通るように方向づけることができるから、フリー
スペースの光学部品を使用することにより自由度が大き
くなる。
【０００４】マイクロ光学部品の開発における最近の進
歩により、光学電子情報処理システム用の平面準３Ｄ光
学パッケージングが可能となっている。平面（２次元）
光学構造により設けられた準３Ｄ空間における光学信号
の取り扱いは、真性の３Ｄ空間における対応性ほど良好
ではない。しかし準３Ｄ空間システムは、１Ｄ導波体ま
たはファイバにおけるものよりも対応性が高い。準３Ｄ
システムはフリースペースのシステムよりも剛性が高
い。平面光学部品に基づく光学信号の送信を行う構成
を、Ｊ．ＪａｈｎｓおよびＡ．Ｈｕａｎｇが「応用光
学」誌２８巻（１９８９年）の１６０２頁から１６０５
頁に記載の論文「フリースペース光学部品の平面集積」
で説明している。更に複雑な操作を行うには、Ｒ．Ｌｉ
ｎｋｅの「平面導波体に基づく放送衛星ネットワークに
おける電力分配」（１９９１年、ＩＥＥＥフォトン テ
クニカルレター第３巻、８５０から８５２頁）と題する
論文およびＳ．カワイおよびＭ．ミゾグチの「大量平行
処理に対する２次元光学バス」（１９９１年、テクニカ
ルダイジェストシリーズ第６巻、光学計算、１３６頁か
ら１３９頁）と題する論文において、波長分割多重（Ｗ
ＤＭ）内部接続が提案された。分配ロスと内蔵されるＷ
ＤＭ装置の複雑さのため、内部接続ノードの数が大きく
制限される。Ｊ．ＪａｈｎｓおよびＢ．Ａｃｋｌｉｎの
論文「高密度内部接続を伴う集積２次元光学画像化シス
テム」（１９９３年１０月、オプチックレターズ第１８
巻、１５９４頁から１５９６頁）およびＭ．Ｒ．Ｆｅｌ
ｄｍａｎ他の論文「ＶＬＳＩマルチクリップ モジュー
ルにおけるホログラフィック光学内部接続」（１９９２
年（ＩＥＥＥ）第４２回電子部品および技術会議、第１
巻、５１３頁から５１８頁）において、準平面光学レイ
アウトがマルチステージネットワークにおける信号中継
に有効であることを提言している。しかし、これらの構
成では平面モジュール層のスタックの間に相互接続の付
加を必要とし、設計、製造および整合を極めて難しくし
ている。平面光学ネットワーク実現のためのマルチステ
ージネットワークでは、Ｄ．Ｎａｔｈ他がその論文「直
交トリーに基づく平行処理のための効率的なＶＬＳＩネ
ットワーク（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｐｕｔ．Ｃ
−３２、５６９頁から５８１頁、１９８３年）に説明し
ている。
歩により、光学電子情報処理システム用の平面準３Ｄ光
学パッケージングが可能となっている。平面（２次元）
光学構造により設けられた準３Ｄ空間における光学信号
の取り扱いは、真性の３Ｄ空間における対応性ほど良好
ではない。しかし準３Ｄ空間システムは、１Ｄ導波体ま
たはファイバにおけるものよりも対応性が高い。準３Ｄ
システムはフリースペースのシステムよりも剛性が高
い。平面光学部品に基づく光学信号の送信を行う構成
を、Ｊ．ＪａｈｎｓおよびＡ．Ｈｕａｎｇが「応用光
学」誌２８巻（１９８９年）の１６０２頁から１６０５
頁に記載の論文「フリースペース光学部品の平面集積」
で説明している。更に複雑な操作を行うには、Ｒ．Ｌｉ
ｎｋｅの「平面導波体に基づく放送衛星ネットワークに
おける電力分配」（１９９１年、ＩＥＥＥフォトン テ
クニカルレター第３巻、８５０から８５２頁）と題する
論文およびＳ．カワイおよびＭ．ミゾグチの「大量平行
処理に対する２次元光学バス」（１９９１年、テクニカ
ルダイジェストシリーズ第６巻、光学計算、１３６頁か
ら１３９頁）と題する論文において、波長分割多重（Ｗ
ＤＭ）内部接続が提案された。分配ロスと内蔵されるＷ
ＤＭ装置の複雑さのため、内部接続ノードの数が大きく
制限される。Ｊ．ＪａｈｎｓおよびＢ．Ａｃｋｌｉｎの
論文「高密度内部接続を伴う集積２次元光学画像化シス
テム」（１９９３年１０月、オプチックレターズ第１８
巻、１５９４頁から１５９６頁）およびＭ．Ｒ．Ｆｅｌ
ｄｍａｎ他の論文「ＶＬＳＩマルチクリップ モジュー
ルにおけるホログラフィック光学内部接続」（１９９２
年（ＩＥＥＥ）第４２回電子部品および技術会議、第１
巻、５１３頁から５１８頁）において、準平面光学レイ
アウトがマルチステージネットワークにおける信号中継
に有効であることを提言している。しかし、これらの構
成では平面モジュール層のスタックの間に相互接続の付
加を必要とし、設計、製造および整合を極めて難しくし
ている。平面光学ネットワーク実現のためのマルチステ
ージネットワークでは、Ｄ．Ｎａｔｈ他がその論文「直
交トリーに基づく平行処理のための効率的なＶＬＳＩネ
ットワーク（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｐｕｔ．Ｃ
−３２、５６９頁から５８１頁、１９８３年）に説明し
ている。
【０００５】一般に、重要なネットワークパラメータが
２つある。すなわちネットワークの直径とネットワーク
の２等分幅である。ネットワークの直径は、１組のプロ
セッサ間の距離が一方のプロセッサから他方のプロセッ
サへ移動するのに渡す必要のある配線の最小数である場
合の１組のプロセッサ間の最大距離である。ネットワー
クの２等分幅は、プロセッサを同数（相異が一つのプロ
セッサ以内で）のプロセッサに分けるのに取り除かなけ
ればならない配線の最小数となる。
２つある。すなわちネットワークの直径とネットワーク
の２等分幅である。ネットワークの直径は、１組のプロ
セッサ間の距離が一方のプロセッサから他方のプロセッ
サへ移動するのに渡す必要のある配線の最小数である場
合の１組のプロセッサ間の最大距離である。ネットワー
クの２等分幅は、プロセッサを同数（相異が一つのプロ
セッサ以内で）のプロセッサに分けるのに取り除かなけ
ればならない配線の最小数となる。
【０００６】Ｎ個のコンピュータまたはプロセッサを１
組とするもっとも簡単なネットワークはリングである。
リングに関連しては、２つの主な欠点がある。第一に、
リングは最悪の場合には、２つのプロセッサ間のホップ
の数がＮとなるような大きさの直径を有する。第二に、
ネットワークを２等分するのに２つだけノードを取り除
く必要があるから、リングの２等分幅は小さい。従っ
て、リングはメッセージの通過速度が遅く、帯域幅も小
さい。
組とするもっとも簡単なネットワークはリングである。
リングに関連しては、２つの主な欠点がある。第一に、
リングは最悪の場合には、２つのプロセッサ間のホップ
の数がＮとなるような大きさの直径を有する。第二に、
ネットワークを２等分するのに２つだけノードを取り除
く必要があるから、リングの２等分幅は小さい。従っ
て、リングはメッセージの通過速度が遅く、帯域幅も小
さい。
【０００７】ネットワークに切り替えの複雑さを更に加
えることにより性能を改良することができる。トリー構
造を採用することにより速度を上げることができ、それ
によりネットワークの直径を係数（ｌｏｇ2 Ｎ）／Ｎま
たは単にＯ［ｌｏｇ（ｎ）／Ｎ］だけ小さくすることが
できる。記号Ｏはネットワークの漸近動作の複雑さまた
は上限を示す。しかしトリー構造の２等分幅は小さいま
まである。更に、容量を大きくするため、すなわち２等
分幅を拡大するためには接続性を高めなければならな
い。リングと同様に、最隣接方形メッシュはリングの２
Ｄ版であるが、ノードあたりの接続性が単独リングより
２倍大きい。メッシュを２つの小さいが等しいサイズの
メッシュに分解するため、√Ｎ本の配線を切断しなけれ
ばならないから、メッシュは√Ｎの２等分幅を有するこ
とが分かる。またメッシュの直径は√Ｎであり、メッシ
ュはリングより高速のネットワークとなるが、トリー構
造よりは遅いネットワークとなる。
えることにより性能を改良することができる。トリー構
造を採用することにより速度を上げることができ、それ
によりネットワークの直径を係数（ｌｏｇ2 Ｎ）／Ｎま
たは単にＯ［ｌｏｇ（ｎ）／Ｎ］だけ小さくすることが
できる。記号Ｏはネットワークの漸近動作の複雑さまた
は上限を示す。しかしトリー構造の２等分幅は小さいま
まである。更に、容量を大きくするため、すなわち２等
分幅を拡大するためには接続性を高めなければならな
い。リングと同様に、最隣接方形メッシュはリングの２
Ｄ版であるが、ノードあたりの接続性が単独リングより
２倍大きい。メッシュを２つの小さいが等しいサイズの
メッシュに分解するため、√Ｎ本の配線を切断しなけれ
ばならないから、メッシュは√Ｎの２等分幅を有するこ
とが分かる。またメッシュの直径は√Ｎであり、メッシ
ュはリングより高速のネットワークとなるが、トリー構
造よりは遅いネットワークとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ほとんどすべての現存
の準平面光学相互接続構成は、２次元空間内の複数のビ
ームの反射に依存している。すなわち、最上部反射面に
加えて、底面の一部が光学信号の反射に使用されなけれ
ばならない。このように、底部表面は、送信および反射
部材の両方を組み合わせるよう仕切る必要があり、製造
および整合を更に困難にしている。更に、視野の制限さ
れた製造可能な光学部材と結合する平面光学部材の垂直
方向の寸法を極端に制限した結果、多くの提案された相
互接続構成内で必要となる複数の反射が、能動部材領域
に対する比率を著しく制限している。
の準平面光学相互接続構成は、２次元空間内の複数のビ
ームの反射に依存している。すなわち、最上部反射面に
加えて、底面の一部が光学信号の反射に使用されなけれ
ばならない。このように、底部表面は、送信および反射
部材の両方を組み合わせるよう仕切る必要があり、製造
および整合を更に困難にしている。更に、視野の制限さ
れた製造可能な光学部材と結合する平面光学部材の垂直
方向の寸法を極端に制限した結果、多くの提案された相
互接続構成内で必要となる複数の反射が、能動部材領域
に対する比率を著しく制限している。
【０００９】従って、本発明の主たる目的は、底部表面
が送信および反射部材を仕切る必要のない能動部材領域
の受動部材に対する比率を制限せず平面光学メッシュ接
続型トリートポロジ相互接続ネットワークを設けること
である。
が送信および反射部材を仕切る必要のない能動部材領域
の受動部材に対する比率を制限せず平面光学メッシュ接
続型トリートポロジ相互接続ネットワークを設けること
である。
【００１０】本発明の他の目的は、上記の平面光学メッ
シュ接続型トリートポロジ相互接続ネットワークに垂直
空間表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）または表面垂直送信
電子フォトン装置（ＶＳＴＥＰ）を設けることである。
シュ接続型トリートポロジ相互接続ネットワークに垂直
空間表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）または表面垂直送信
電子フォトン装置（ＶＳＴＥＰ）を設けることである。
【００１１】本発明の他の別の目的は、上記の平面光学
メッシュ接続型トリートポロジ相互接続ネットワークに
ＶＣＳＥＬまたはＶＳＴＥＰと平面配列の受動マイクロ
光学部品を組み合わせて用いることである。
メッシュ接続型トリートポロジ相互接続ネットワークに
ＶＣＳＥＬまたはＶＳＴＥＰと平面配列の受動マイクロ
光学部品を組み合わせて用いることである。
【００１２】本発明の他の別の目的は、添付図面に照ら
して以下の説明を読めば更に明らかになるであろう。
して以下の説明を読めば更に明らかになるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、各リー
フノードが光学送信器手段および光学受信器手段を備え
るメッシュ接続型リーフノードの平面アレイと、各々が
前記平面アレイの面内で前記リーフノードの関連する対
の中間に設けられ、光学送信器手段および光学受信器手
段を備え、トリー構造に従って前記リーフノードと関連
を有するように付加された親ノードと、予め選定された
リーフノードまたは予め選定された親ノードの送信器手
段から、予め定められたリーフノードまたは予め定めら
れた親ノードの受信器手段に光学信号を送信させ、この
間これら予め選定されたノードと予め定められたノード
の間で反射面において反射させて通信する手段とを備え
ることを特徴とする平面光学メッシュ接続型トリー相互
接続ネットワークが得られる。
フノードが光学送信器手段および光学受信器手段を備え
るメッシュ接続型リーフノードの平面アレイと、各々が
前記平面アレイの面内で前記リーフノードの関連する対
の中間に設けられ、光学送信器手段および光学受信器手
段を備え、トリー構造に従って前記リーフノードと関連
を有するように付加された親ノードと、予め選定された
リーフノードまたは予め選定された親ノードの送信器手
段から、予め定められたリーフノードまたは予め定めら
れた親ノードの受信器手段に光学信号を送信させ、この
間これら予め選定されたノードと予め定められたノード
の間で反射面において反射させて通信する手段とを備え
ることを特徴とする平面光学メッシュ接続型トリー相互
接続ネットワークが得られる。
【００１４】
【作用】多くの既存の構成と対照して、本発明では信号
が目的点に達しさせるのに単独反射としている。すべて
の反射は、導波体の一表面にある鏡面仕上げの反射面で
発生し、もうひとつの反射面の代わりの導波体の相対し
て設けた平行面には送信部材が含まれる。そのため、規
定の総領域については、本発明はより多くの内部接続ノ
ードを設けるようにしている。送信器と受信器の間に単
独の反射機能を用いることにより、製造および整合の難
度が効果的に減少され、対応して欠陥耐性が増大する
が、これは本発明の用途を補強するための重要で実際的
な対応である。この基準を採用すれば、開示されたＭＣ
Ｔネットワークの性能は、他の多くの既存の平面内部接
続構成と比較して好ましいものとなる。
が目的点に達しさせるのに単独反射としている。すべて
の反射は、導波体の一表面にある鏡面仕上げの反射面で
発生し、もうひとつの反射面の代わりの導波体の相対し
て設けた平行面には送信部材が含まれる。そのため、規
定の総領域については、本発明はより多くの内部接続ノ
ードを設けるようにしている。送信器と受信器の間に単
独の反射機能を用いることにより、製造および整合の難
度が効果的に減少され、対応して欠陥耐性が増大する
が、これは本発明の用途を補強するための重要で実際的
な対応である。この基準を採用すれば、開示されたＭＣ
Ｔネットワークの性能は、他の多くの既存の平面内部接
続構成と比較して好ましいものとなる。
【００１５】ネットワーク通信の目標は、小さい直径と
大きな２等分幅の両方を有するネットワークを規定する
ことである。このようなネットワークは存在しても、大
量のスイッチ類を使用する必要があり、多くの消費電力
と多額のコストを要するという犠牲を伴う。トリートポ
ロジとメッシュトポロジによりハイブリッド内部接続す
なわちメッシュ接続型トリー（ＭＣＴ）トポロジが得ら
れる。例えばＤ．Ｎａｔｈ他はその論文で直交型トリー
トポロジを説明している。
大きな２等分幅の両方を有するネットワークを規定する
ことである。このようなネットワークは存在しても、大
量のスイッチ類を使用する必要があり、多くの消費電力
と多額のコストを要するという犠牲を伴う。トリートポ
ロジとメッシュトポロジによりハイブリッド内部接続す
なわちメッシュ接続型トリー（ＭＣＴ）トポロジが得ら
れる。例えばＤ．Ｎａｔｈ他はその論文で直交型トリー
トポロジを説明している。
【００１６】ＭＣＴトポロジが制限を受ける点は、ＭＣ
Ｔトポロジが領域の効率的なレイアウトではあるが、今
日一般に用いられている平面電子パッケージング技術を
用いて物理的に実現するのは難しいということである。
プロセッサ間の内部接続手段を相互に交差させる必要の
ない従来のメッシュと異なり、列および欄が相互に通過
するから、ＭＣＴトポロジは多層パッケージングを必要
とする。この問題を解決するために、本発明では配線の
交差問題を避けるための対応技術として光学技術を採用
している。光学信号を相互に影響させることなく光学線
形媒体内で相互に交差させることができる。
Ｔトポロジが領域の効率的なレイアウトではあるが、今
日一般に用いられている平面電子パッケージング技術を
用いて物理的に実現するのは難しいということである。
プロセッサ間の内部接続手段を相互に交差させる必要の
ない従来のメッシュと異なり、列および欄が相互に通過
するから、ＭＣＴトポロジは多層パッケージングを必要
とする。この問題を解決するために、本発明では配線の
交差問題を避けるための対応技術として光学技術を採用
している。光学信号を相互に影響させることなく光学線
形媒体内で相互に交差させることができる。
【００１７】本発明の教示によれば、メッシュ接続型ト
リー（ＭＣＴ）すなわちネットワークトポロジは、好ま
しい２次元光学手段である。特に、表面垂直送信電子フ
ォトン装置（ＶＳＴＥＰ）または垂直空間表面発光レー
ザ（ＶＣＳＥＬ）および平面配列の受動マイクロ光学部
材が、光学電子ＭＣＴネットワーク手段に対する基本ビ
ルディングブロックを構成する。ＶＳＴＥＰ装置は、
Ｋ．カサハラの論文「ＶＳＴＥＰに基づく高機能ピクセ
ル」（ＩＥＥＥ量子エレクトロン、第２９巻、７５７頁
から７６８頁、１９９３年２月）に説明されている。Ｖ
ＣＳＥＬレーザは、Ｊ．Ｌ．Ｊｅｗｅｌｌ他の論文「垂
直空間表面発光レーザ：設計、成長、製造、特性化」
（ＩＥＥＥ量子エレクトロン、第２７巻、１３３２頁か
ら１３４６頁、１９８９年）に説明されている。
リー（ＭＣＴ）すなわちネットワークトポロジは、好ま
しい２次元光学手段である。特に、表面垂直送信電子フ
ォトン装置（ＶＳＴＥＰ）または垂直空間表面発光レー
ザ（ＶＣＳＥＬ）および平面配列の受動マイクロ光学部
材が、光学電子ＭＣＴネットワーク手段に対する基本ビ
ルディングブロックを構成する。ＶＳＴＥＰ装置は、
Ｋ．カサハラの論文「ＶＳＴＥＰに基づく高機能ピクセ
ル」（ＩＥＥＥ量子エレクトロン、第２９巻、７５７頁
から７６８頁、１９９３年２月）に説明されている。Ｖ
ＣＳＥＬレーザは、Ｊ．Ｌ．Ｊｅｗｅｌｌ他の論文「垂
直空間表面発光レーザ：設計、成長、製造、特性化」
（ＩＥＥＥ量子エレクトロン、第２７巻、１３３２頁か
ら１３４６頁、１９８９年）に説明されている。
【００１８】
【実施例】平面光学ＭＣＴネットワークの概念をより良
く理解するため、ＭＣＴトポロジの全般的な背景を説明
する。
く理解するため、ＭＣＴトポロジの全般的な背景を説明
する。
【００１９】さて図面特に、図１を参照すると、コンピ
ュータまたはプロセッサの６４ノードのメッシュ接続型
相互接続ネットワークのトポロジ的レイアウトが示され
ている。各列および欄に対する連結方法は単純なトリー
構成の場合と同じであるから、第一列および第一欄の接
続パターンのみを示す。接続パターンはネットワークの
各列および各欄ごとに繰り返される。６４個のリーフノ
ード１０の各々がコンピュータまたはプロセッサに接続
される。その他のノード１２、１４、および１６は、中
継用に用いられる追加スイッチノードを表す。ＭＣＴネ
ットワークの直径は、トリーと同じく０（ｌｏｇＮ）で
ある。２等分幅は、メッシュと同じ√Ｎであり、トリー
の幅よりずっと大きい。合計３Ｎ−２√Ｎ個のノード
（最初のＮ個のリーフノードスイッチを含む）を用いて
上記の性能強化を行う。２Ｎ−２√Ｎ個の追加中継ノー
ドを用いるが、ＭＣＴは、通常（Ｎ−１）ｌｏｇＮ個の
追加ノードを有するマルチステージ内部接続に用いるも
のより少ない追加ノードを使用する。
ュータまたはプロセッサの６４ノードのメッシュ接続型
相互接続ネットワークのトポロジ的レイアウトが示され
ている。各列および欄に対する連結方法は単純なトリー
構成の場合と同じであるから、第一列および第一欄の接
続パターンのみを示す。接続パターンはネットワークの
各列および各欄ごとに繰り返される。６４個のリーフノ
ード１０の各々がコンピュータまたはプロセッサに接続
される。その他のノード１２、１４、および１６は、中
継用に用いられる追加スイッチノードを表す。ＭＣＴネ
ットワークの直径は、トリーと同じく０（ｌｏｇＮ）で
ある。２等分幅は、メッシュと同じ√Ｎであり、トリー
の幅よりずっと大きい。合計３Ｎ−２√Ｎ個のノード
（最初のＮ個のリーフノードスイッチを含む）を用いて
上記の性能強化を行う。２Ｎ−２√Ｎ個の追加中継ノー
ドを用いるが、ＭＣＴは、通常（Ｎ−１）ｌｏｇＮ個の
追加ノードを有するマルチステージ内部接続に用いるも
のより少ない追加ノードを使用する。
【００２０】ノードをトポロジ的に再配置することによ
り、プロセッサとそのメモリを結合すべく完全に接続し
たネットワークとしてＭＣＴネットワークを使用できる
ことが知られている。図２において、ルーツノードは、
プロセッサをメモリに結合するＩ／Ｏノードとして用い
られる。１６個のリーフノード１０と１６個のその他の
ノード１４は、内部接続を取り扱うスイッチを表す。こ
の構成は複雑さの点で極めて効率が良くはないが、強力
な内部接続（クロスバーも同様）が達成される。２次元
ＭＣＴトポロジ概念を多次元トポロジに拡大できること
は当業者にとって明らかである。例えば３ＤＭＣＴネッ
トワークは、Ｆ．Ｔ．Ｌｅｉｇｈｔｏｎの学位論文「編
成交換グラフについてのレイアウトおよびＶＬＳＩに対
する下限技術」（ＭＩＴ、１９８１年）に説明されてい
る。ＭＣＴネットワークの光学的実現につての本発明は
２Ｄトポロジと関連して説明される。
り、プロセッサとそのメモリを結合すべく完全に接続し
たネットワークとしてＭＣＴネットワークを使用できる
ことが知られている。図２において、ルーツノードは、
プロセッサをメモリに結合するＩ／Ｏノードとして用い
られる。１６個のリーフノード１０と１６個のその他の
ノード１４は、内部接続を取り扱うスイッチを表す。こ
の構成は複雑さの点で極めて効率が良くはないが、強力
な内部接続（クロスバーも同様）が達成される。２次元
ＭＣＴトポロジ概念を多次元トポロジに拡大できること
は当業者にとって明らかである。例えば３ＤＭＣＴネッ
トワークは、Ｆ．Ｔ．Ｌｅｉｇｈｔｏｎの学位論文「編
成交換グラフについてのレイアウトおよびＶＬＳＩに対
する下限技術」（ＭＩＴ、１９８１年）に説明されてい
る。ＭＣＴネットワークの光学的実現につての本発明は
２Ｄトポロジと関連して説明される。
【００２１】ＭＣＴトポロジは、メッシュまたはトリー
に対比して優れた方法で動作を行う個とが知られてい
る。ＭＣＴネットワークにおいて有利に行われる代表的
な機能には、整数計算、マトリックス変換、たたみこ
み、乗算、および除算がある。ＭＣＴトポロジはまたグ
ラファアルゴリズムに対して効率の良いことが知られて
いる。
に対比して優れた方法で動作を行う個とが知られてい
る。ＭＣＴネットワークにおいて有利に行われる代表的
な機能には、整数計算、マトリックス変換、たたみこ
み、乗算、および除算がある。ＭＣＴトポロジはまたグ
ラファアルゴリズムに対して効率の良いことが知られて
いる。
【００２２】ＭＣＴトポロジの難点は、領域効率の良い
レイアウトではあるが、２次元電子パッケージング技術
を用いて物理的に実現するのが難しいことである。光学
ＭＣＴの実行を検討するに当たり、図３（ａ）は８つの
リーフノード１０および数個の追加ノードを含むバイナ
リトリー構造を示す。各中間ノード１２または１４は、
下位の２つの「子」ノードと上位の「親」ノードとを連
結する。このパターンは、リーフノード１０と共通のル
ーツノード１６を除くすべてのノードについて繰り返さ
れる。すべてのノンリーフノードは同一面にリーフノー
ドとして圧縮することができ、その際各ノンリーフノー
ドは、図３（ｂ）に示す様に２つの隣接するリーフノー
ド間の中間点に位置する。ノード間の接続は光学ビーム
として概念化できる。
レイアウトではあるが、２次元電子パッケージング技術
を用いて物理的に実現するのが難しいことである。光学
ＭＣＴの実行を検討するに当たり、図３（ａ）は８つの
リーフノード１０および数個の追加ノードを含むバイナ
リトリー構造を示す。各中間ノード１２または１４は、
下位の２つの「子」ノードと上位の「親」ノードとを連
結する。このパターンは、リーフノード１０と共通のル
ーツノード１６を除くすべてのノードについて繰り返さ
れる。すべてのノンリーフノードは同一面にリーフノー
ドとして圧縮することができ、その際各ノンリーフノー
ドは、図３（ｂ）に示す様に２つの隣接するリーフノー
ド間の中間点に位置する。ノード間の接続は光学ビーム
として概念化できる。
【００２３】単面反射体２０は、線形アレイのノード１
０、１２、１４、および１６より成るノード分割面１８
と平行なものとして示されている。ノードの直線寸法は
ｐであり、隣接ノード間の間隔はｓである。角度αおよ
びα0 はそれぞれ、平面反射体２０での１回のみの反射
を経て、規定の送信器から判明して入る目標受信器に光
学信号を送信するのに必要な最大角および最小角であ
る。距離ｌ（エル）′ノード分割面１８および平面反射
体２０の間の距離である。
０、１２、１４、および１６より成るノード分割面１８
と平行なものとして示されている。ノードの直線寸法は
ｐであり、隣接ノード間の間隔はｓである。角度αおよ
びα0 はそれぞれ、平面反射体２０での１回のみの反射
を経て、規定の送信器から判明して入る目標受信器に光
学信号を送信するのに必要な最大角および最小角であ
る。距離ｌ（エル）′ノード分割面１８および平面反射
体２０の間の距離である。
【００２４】単独トリーを連結するのに必要な光学送信
器および受信器は一平面内の線形アレイに沿って位置し
ているから、光学ＭＣＴトポロジレイアウト内の各列お
よび欄が平行重複となる。ほとんどの中間ノードは、２
つの角度が対称になっている３つの異なる角度で３つの
ノードと連絡している。
器および受信器は一平面内の線形アレイに沿って位置し
ているから、光学ＭＣＴトポロジレイアウト内の各列お
よび欄が平行重複となる。ほとんどの中間ノードは、２
つの角度が対称になっている３つの異なる角度で３つの
ノードと連絡している。
【００２５】図４は光学送信器／受信器配置の好ましい
実施例を示す。対称的なビーム到達距離を確実にするた
め、交互位置に設けた光学送信器／受信器の組み合わせ
が各ノードに用いられる。説明を簡潔にするため、ひと
つの列およびひとつの欄のみを詳細に示す。
実施例を示す。対称的なビーム到達距離を確実にするた
め、交互位置に設けた光学送信器／受信器の組み合わせ
が各ノードに用いられる。説明を簡潔にするため、ひと
つの列およびひとつの欄のみを詳細に示す。
【００２６】ディグリ−３ノードを実現するには、３組
の送信器および受信器が必要である。ＭＣＴトポロジは
２Ｄ対称トポロジであるから、２Ｄ対称レイアウトでの
６つの光学ピクセル（ｐｉｘｅｌ）に対して空間効率の
良いレイアウトを規定するのは難しい。従って好ましい
実施例においては、各ノードには４つの光学ピクセルが
２×２の配列で含まれる。「白抜き」ピクセル２８は送
信器を示し、「網目」ピクセル３０はリーフノードを示
し、「黒塗り」ピクセル３２はその他のノードを示す。
この構成によれば、ピクセルあたりのファンアウトまた
はファンインは２に減少する。ファンアウト信号および
ファンイン信号が対称角を形成することを確実にするた
め、ＭＣＴネットワーク全体に対する４−ピクセルノー
ドレイアウトを図４に示す様に配置することができ、そ
こではリーフノードパターンの方位および次々の「親」
ノードの方位は、対称照明角度およびホップ距離を確実
にするため交番する。
の送信器および受信器が必要である。ＭＣＴトポロジは
２Ｄ対称トポロジであるから、２Ｄ対称レイアウトでの
６つの光学ピクセル（ｐｉｘｅｌ）に対して空間効率の
良いレイアウトを規定するのは難しい。従って好ましい
実施例においては、各ノードには４つの光学ピクセルが
２×２の配列で含まれる。「白抜き」ピクセル２８は送
信器を示し、「網目」ピクセル３０はリーフノードを示
し、「黒塗り」ピクセル３２はその他のノードを示す。
この構成によれば、ピクセルあたりのファンアウトまた
はファンインは２に減少する。ファンアウト信号および
ファンイン信号が対称角を形成することを確実にするた
め、ＭＣＴネットワーク全体に対する４−ピクセルノー
ドレイアウトを図４に示す様に配置することができ、そ
こではリーフノードパターンの方位および次々の「親」
ノードの方位は、対称照明角度およびホップ距離を確実
にするため交番する。
【００２７】本発明は、Ｊ．ＪａｈｎｕｓおよびＢ．Ａ
ｃｋｌｉｎが以前に説明した様な所謂透過反射型平面光
学方式に基づいている。図５は平面光学キャビティの一
部分の好ましい実施例の横断面図を示す。目標ノード４
０は、各送信器ノード４２と関連したピクセル電子装置
（図示せず）によって選択される。切り替えられた信号
は、平面反射体２０に向かって、図５に示す方位で垂直
方向上向きに送信器４２から送信され、信号は平面反射
体で目的ノード４０の予め決められた目標受信器に向か
って反射される。一回のホップで送信器４２からの信号
を目標光学受信器４０へ案内するため、線形配列の視準
／偏向平面光学部材４６は、インタフェース４４が必要
となる。従って、ノード分割面１８と反射体２０との間
の空間は、光学的に透明な材料による２つの層５２およ
び５４が占めている。層５２の長さはｌ（エル）′であ
り、屈折率はｎ′である。層５４の長さはｌ（エル）で
あり、屈折率はｎである。層５２および５４にとって好
ましい材料は、ガラスまたは石英である。各層は同一ま
たは異なる材料で構成してもよい。反射性の平面光学部
材を平面反射体２０に配置できることは当業者にとって
明白なことであるが、インタフェース４４で合体する２
つの層５２および５４を含む図５に示す実施例は、空間
利用効率の点で優れた結果をもたらす。その理由は、分
岐光学信号が視準光学部材に到達する前に辿らなければ
ならない距離が、反射性部材を用いた実施例に比較して
透過性光学部材を用いた実施例においては短いからであ
る。
ｃｋｌｉｎが以前に説明した様な所謂透過反射型平面光
学方式に基づいている。図５は平面光学キャビティの一
部分の好ましい実施例の横断面図を示す。目標ノード４
０は、各送信器ノード４２と関連したピクセル電子装置
（図示せず）によって選択される。切り替えられた信号
は、平面反射体２０に向かって、図５に示す方位で垂直
方向上向きに送信器４２から送信され、信号は平面反射
体で目的ノード４０の予め決められた目標受信器に向か
って反射される。一回のホップで送信器４２からの信号
を目標光学受信器４０へ案内するため、線形配列の視準
／偏向平面光学部材４６は、インタフェース４４が必要
となる。従って、ノード分割面１８と反射体２０との間
の空間は、光学的に透明な材料による２つの層５２およ
び５４が占めている。層５２の長さはｌ（エル）′であ
り、屈折率はｎ′である。層５４の長さはｌ（エル）で
あり、屈折率はｎである。層５２および５４にとって好
ましい材料は、ガラスまたは石英である。各層は同一ま
たは異なる材料で構成してもよい。反射性の平面光学部
材を平面反射体２０に配置できることは当業者にとって
明白なことであるが、インタフェース４４で合体する２
つの層５２および５４を含む図５に示す実施例は、空間
利用効率の点で優れた結果をもたらす。その理由は、分
岐光学信号が視準光学部材に到達する前に辿らなければ
ならない距離が、反射性部材を用いた実施例に比較して
透過性光学部材を用いた実施例においては短いからであ
る。
【００２８】本発明をより良く理解するために幾何学的
パラメータを定義する必要がある。距離はノード分離面
１８とインタフェース４４における透過性光学部材アレ
イの間の距離（層５４の長さ）である。ノード分離面１
８とインタフェース４４における透過性光学部材アレイ
の間に設けられ、層５４よりなる媒体の屈折率はｎで表
され、面反射体２０とインタフェース４４の間の層５２
よりなる媒体の屈折率はｎ′で表される。距離ｌ（エ
ル）′は、面反射体２０とインタフェース４４の間の距
離である（層５２の長さ）。送信器４２の線寸法はｐl
（エル）、受信器の線寸法はｐd であり、ｐ＝ｐl （エ
ル）＋ｐd となる。数値ｓはノード間の直線距離であ
る。数値β＝ｓ／ｐは、間隔パラメータであり、β≧１
となる。各ノードについて、３×３ピクセル配置の代わ
りに２×２ピクセル配置を用いた結果、中間トリーノー
ドから真下のトリーノードへの同時信号送信が必要とな
る。どの信号を受信すべきかを判断するために、通信プ
ロトコルで通常採用される方法を用いて正しい信号を確
認することができる。
パラメータを定義する必要がある。距離はノード分離面
１８とインタフェース４４における透過性光学部材アレ
イの間の距離（層５４の長さ）である。ノード分離面１
８とインタフェース４４における透過性光学部材アレイ
の間に設けられ、層５４よりなる媒体の屈折率はｎで表
され、面反射体２０とインタフェース４４の間の層５２
よりなる媒体の屈折率はｎ′で表される。距離ｌ（エ
ル）′は、面反射体２０とインタフェース４４の間の距
離である（層５２の長さ）。送信器４２の線寸法はｐl
（エル）、受信器の線寸法はｐd であり、ｐ＝ｐl （エ
ル）＋ｐd となる。数値ｓはノード間の直線距離であ
る。数値β＝ｓ／ｐは、間隔パラメータであり、β≧１
となる。各ノードについて、３×３ピクセル配置の代わ
りに２×２ピクセル配置を用いた結果、中間トリーノー
ドから真下のトリーノードへの同時信号送信が必要とな
る。どの信号を受信すべきかを判断するために、通信プ
ロトコルで通常採用される方法を用いて正しい信号を確
認することができる。
【００２９】透過マイクロ光学部材４６の平面アレイ
は、後述する様に平面光学ＭＣＴネットワークを実行す
る際に、設計および製造が最も難しい部材である。平面
反射体２０は平らな鏡で構成される。ノード分割面１８
に沿った送信器および受信器の各要素は、最先端のＶＬ
ＳＩ処理技術を用いて正確に作成することができる。
は、後述する様に平面光学ＭＣＴネットワークを実行す
る際に、設計および製造が最も難しい部材である。平面
反射体２０は平らな鏡で構成される。ノード分割面１８
に沿った送信器および受信器の各要素は、最先端のＶＬ
ＳＩ処理技術を用いて正確に作成することができる。
【００３０】一般に光源またはレーザー源を送信器とし
て使用することができるが、好ましい送信器は、垂直キ
ャビティ表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）または垂直キャ
ビティ垂直対表面送信電子フォトン（ＶＳＴＥＰ）レー
ザである。ＶＣＳＥＬレーザおよびＶＳＴＥＰレーザの
アレイから発光されるビームは、端部発光レーザのアレ
イから発光されるビームは、端部発光レーザに通常関連
する非点収差の問題を生じない。
て使用することができるが、好ましい送信器は、垂直キ
ャビティ表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）または垂直キャ
ビティ垂直対表面送信電子フォトン（ＶＳＴＥＰ）レー
ザである。ＶＣＳＥＬレーザおよびＶＳＴＥＰレーザの
アレイから発光されるビームは、端部発光レーザのアレ
イから発光されるビームは、端部発光レーザに通常関連
する非点収差の問題を生じない。
【００３１】ＭＣＴネットワークの性能を分析する際、
直径５から１０μｍの通常のビームウェイストについて
は、レーザをレンズで視準可能な理想的な点源と見るこ
とはできない。従って、以下の分析は、実際の状況に酷
似したガウスビーム想定に基づいている。
直径５から１０μｍの通常のビームウェイストについて
は、レーザをレンズで視準可能な理想的な点源と見るこ
とはできない。従って、以下の分析は、実際の状況に酷
似したガウスビーム想定に基づいている。
【００３２】図６にガウスビーム４８を示す。ガウスビ
ームと理想的な点源想定の大きな相違点は、ガウスビー
ムの場合にはレンズ間に特定の距離があり、点源想定の
場合は無数の可能性があることである。図６において、
ｆは撮影レンズの焦点距離、ω0 は対象物におけるガウ
スビームウェイスト、ωl （エル）はレンズにおけるガ
ウスビームウェイスト、ω0 は画像面におけるガウスビ
ームウェイストである。対称設計を想定した場合、受光
面での誤焦点合わせを避けるため、平面ミラー２０をレ
ンズ面から距離ｌ（エル）′の位置に設ける必要があ
る。またガウスビースの伝播条件を確認するため、レン
ズの直径をレンズでの伝播ビームウェイストωl （エ
ル）より大きくする必要がある。このように、最大偏向
角度、ピクセルサイズ、平面光学ＭＣＴネットワークが
相互接続し得る最大ノード数は、ガウスビームの伝播条
件に密接に関係している。
ームと理想的な点源想定の大きな相違点は、ガウスビー
ムの場合にはレンズ間に特定の距離があり、点源想定の
場合は無数の可能性があることである。図６において、
ｆは撮影レンズの焦点距離、ω0 は対象物におけるガウ
スビームウェイスト、ωl （エル）はレンズにおけるガ
ウスビームウェイスト、ω0 は画像面におけるガウスビ
ームウェイストである。対称設計を想定した場合、受光
面での誤焦点合わせを避けるため、平面ミラー２０をレ
ンズ面から距離ｌ（エル）′の位置に設ける必要があ
る。またガウスビースの伝播条件を確認するため、レン
ズの直径をレンズでの伝播ビームウェイストωl （エ
ル）より大きくする必要がある。このように、最大偏向
角度、ピクセルサイズ、平面光学ＭＣＴネットワークが
相互接続し得る最大ノード数は、ガウスビームの伝播条
件に密接に関係している。
【００３３】上述した様に、一部のノードは画像化と偏
向動作のみを行い、他のノードは付加的な２対１ファン
インまたは１対２ファンアウト能力を有する。
向動作のみを行い、他のノードは付加的な２対１ファン
インまたは１対２ファンアウト能力を有する。
【００３４】画像化および偏向動作のみを行う場合を考
える。図７（ａ）を参照すると、屈折型平面マイクロレ
ンズ（ＰＭＬ）３８を用いて画像化および偏向を行うた
めの図形が示されている。図７（ｂ）は軸外し画像化の
ための送信器４２に対する軸外し位置でのレンズ３８を
示す上面図である。
える。図７（ａ）を参照すると、屈折型平面マイクロレ
ンズ（ＰＭＬ）３８を用いて画像化および偏向を行うた
めの図形が示されている。図７（ｂ）は軸外し画像化の
ための送信器４２に対する軸外し位置でのレンズ３８を
示す上面図である。
【００３５】この場合必要とする間隔ｓ（図５）は、下
記数１により得られる。
記数１により得られる。
【００３６】
【数１】 ここにおいて、γ≧１は定数であり、ωl （エル）は下
記数２に対応する。
記数２に対応する。
【００３７】
【数２】 ここにおいて、ｚ0 は下記数３となるようなガウスビー
ムの焦点深度（レーリー距離）である。
ムの焦点深度（レーリー距離）である。
【００３８】
【数３】 ここにおいて、λは光の波長である。
【００３９】概略ガウスビーム伝播条件を確実にするに
はγ≧１．６が必要であることが知られている。図３
（ｂ）から、間隔ｓは下記数４の様に表すことができ
る。
はγ≧１．６が必要であることが知られている。図３
（ｂ）から、間隔ｓは下記数４の様に表すことができ
る。
【００４０】
【数４】 このように、数１および数４から、ＮノードＭＣＴの単
独トリー内のノード数は下記数５の通りとなる。
独トリー内のノード数は下記数５の通りとなる。
【００４１】
【数５】 数５が示す様に、ＭＣＴネットワークアレイのサイズ
は、画像拡大率のｌ（エル）′／ｌ（エル）に比例し、
最大偏向角度α（ｎ＝ｎ′およびα＝α′の場合）から
はほとんど独立している。この関係は図１および図７
（ｂ）の図形を検討すれば理解できる。一回の反射で大
きな到達距離（飛行距離）を得、同時にレンズの直径を
小さくしておくためには、ｌ（エル）′／ｎ′を大きく
し、ｌ（エル）／ｎを小さくする必要がある。屈折に関
してはガラスに異なる屈折率を持つ材料を拡散させ、回
折に関しては透明な材料にフレネルゾーンレンズをエッ
チングして平面型マイクロレンズを作ることができる。
Ｉ型部材と呼ぶ軸外し屈折型平面マイクロレンズ（ＰＭ
Ｌ）は、製作の間その外形を保持するものでなければな
らず、軸外し口径のみのものとして製作することはでき
ない。その結果、Ｉ型部材を用いるこの方法は、空間効
率が良くない。
は、画像拡大率のｌ（エル）′／ｌ（エル）に比例し、
最大偏向角度α（ｎ＝ｎ′およびα＝α′の場合）から
はほとんど独立している。この関係は図１および図７
（ｂ）の図形を検討すれば理解できる。一回の反射で大
きな到達距離（飛行距離）を得、同時にレンズの直径を
小さくしておくためには、ｌ（エル）′／ｎ′を大きく
し、ｌ（エル）／ｎを小さくする必要がある。屈折に関
してはガラスに異なる屈折率を持つ材料を拡散させ、回
折に関しては透明な材料にフレネルゾーンレンズをエッ
チングして平面型マイクロレンズを作ることができる。
Ｉ型部材と呼ぶ軸外し屈折型平面マイクロレンズ（ＰＭ
Ｌ）は、製作の間その外形を保持するものでなければな
らず、軸外し口径のみのものとして製作することはでき
ない。その結果、Ｉ型部材を用いるこの方法は、空間効
率が良くない。
【００４２】別の方法として、偏向および画像化という
目標を達成するため、所謂フレネルゾーンレンズを作成
することができる。この方法を用いて、レンズ口径を設
計する際に不使用部分を削除することができる。対応す
るトリーのサイズを下記数６の様に増大できることを示
し得る。
目標を達成するため、所謂フレネルゾーンレンズを作成
することができる。この方法を用いて、レンズ口径を設
計する際に不使用部分を削除することができる。対応す
るトリーのサイズを下記数６の様に増大できることを示
し得る。
【００４３】
【数６】 偏向角度が大きければ大きいほど、トリーのサイズは大
きくなる。数６の性能をもたらす光学部材をII型部材と
称する。
きくなる。数６の性能をもたらす光学部材をII型部材と
称する。
【００４４】付加的なファンインまたはファンアウト動
作を行う必要のあるノードに対する光学部材は更に複雑
である。ひとつは軸上画像化動作用であり、もうひとつ
は対称分割または組み合わせ動作用である２つのカスケ
ード型部材を用いて、必要条件を満たすことができる。
特に、シヌソイダル位相格子を軸上ＰＭＬに取りつけ
て、回折屈折型光学部材を作成することができる。画像
化および分割機能を単独の回折部材に設けることができ
る。すなわち、Ｉ型およびII型部材の組み合わせまたは
II型部材のみを用いて、すべての必要な信号回路操作を
行うことができる。II型部材のみを使用する利点は、空
間効率の良いレイアウトを達成できることである。ただ
し、II型部材の欠点はＩ型部材よりも光学上のパワーロ
スが大きいことである。
作を行う必要のあるノードに対する光学部材は更に複雑
である。ひとつは軸上画像化動作用であり、もうひとつ
は対称分割または組み合わせ動作用である２つのカスケ
ード型部材を用いて、必要条件を満たすことができる。
特に、シヌソイダル位相格子を軸上ＰＭＬに取りつけ
て、回折屈折型光学部材を作成することができる。画像
化および分割機能を単独の回折部材に設けることができ
る。すなわち、Ｉ型およびII型部材の組み合わせまたは
II型部材のみを用いて、すべての必要な信号回路操作を
行うことができる。II型部材のみを使用する利点は、空
間効率の良いレイアウトを達成できることである。ただ
し、II型部材の欠点はＩ型部材よりも光学上のパワーロ
スが大きいことである。
【００４５】ガウスビームの場合、対象物および結像距
離は下記数７に示す関係がある。
離は下記数７に示す関係がある。
【００４６】
【数７】 ここで、ｆはレンズの焦点距離であり、Ｍは倍率であ
る。従って、下記数８となる。
る。従って、下記数８となる。
【００４７】
【数８】 ｌ（エル）′／ｌ（エル）の比率の解は下記数９の通り
である。
である。
【００４８】
【数９】 ここで、下記数１０がある。
【００４９】
【数１０】 数９はｘ0 をパラメータとして図８にプロットされてい
る。大きなｌ（エル）′／ｌ（エル）比率を得るために
２つの条件を同時に満足させなければならない。第一
に、レンズを焦点距離より若干長い距離を置いて対象物
に対して設ける必要があり、第二に小さいレーリー距離
と大きい焦点距離を組み合わせて用いる必要がある。一
定の波長については、小さいビームウェストを有する送
信器が必要である。図８に示す結果および以下の仮定条
件すなわちｎ＝ｎ′＝１．５、ｌ（エル）＝２ｍｍ、λ
＝１μｍ、α＝１６°、β＝１．２およびγ＝１．６を
用いて、ＭＣＴネットワーク内のリーフノードの最大数
を図９、１０および１１に示す。画像化および偏向に対
してＩ型およびII型部材を使用する場合の焦点距離の関
数としての相互接続容量（ノードの最大数）を図９に示
す。画像化および偏向についてII型部材のみを用いる場
合の焦点距離の関数としての相互接続容量を図１０およ
び図１１に示す。図１０と図１１のグラフ間の条件の唯
一の相違点は、図１１の状態について用いる偏向角度が
３２°であり、図１０に示す状態に対する角度１６°の
２倍あることである。II型部材を用いた場合、デバイス
間隔は採用した偏向角度からは独立している。この独立
性により、大きな偏向を行って相互接続容量を大きくす
ることができる。図９、図１０および１１の各グラフに
おいて、発光したビームのウェイストを３μｍ、５μ
ｍ、１０μｍおよび１５μｍと想定した。設計構成の詳
細要約を表に示すが、ここで、Ｆ／＃は対応する焦点距
離と有効なレンズ口径の比率を示し、ＤはＭＣＴアレイ
全体の直線寸法を示す。Ｉ型およびII型部材の両方を用
いた場合、相互接続の要領が極端に制限される。ただ
し、II型部材のみを用いた場合、一般的な５μｍスポッ
トサイズのレーザアレイを用いて、最大４，０９６個の
ノードに対する相互接続容量が得られる。この方法によ
り、それだけのデータが下記表１に含まれていないが、
１０4 以上のノードのＭＣＴ相互接続部が可能となる。
る。大きなｌ（エル）′／ｌ（エル）比率を得るために
２つの条件を同時に満足させなければならない。第一
に、レンズを焦点距離より若干長い距離を置いて対象物
に対して設ける必要があり、第二に小さいレーリー距離
と大きい焦点距離を組み合わせて用いる必要がある。一
定の波長については、小さいビームウェストを有する送
信器が必要である。図８に示す結果および以下の仮定条
件すなわちｎ＝ｎ′＝１．５、ｌ（エル）＝２ｍｍ、λ
＝１μｍ、α＝１６°、β＝１．２およびγ＝１．６を
用いて、ＭＣＴネットワーク内のリーフノードの最大数
を図９、１０および１１に示す。画像化および偏向に対
してＩ型およびII型部材を使用する場合の焦点距離の関
数としての相互接続容量（ノードの最大数）を図９に示
す。画像化および偏向についてII型部材のみを用いる場
合の焦点距離の関数としての相互接続容量を図１０およ
び図１１に示す。図１０と図１１のグラフ間の条件の唯
一の相違点は、図１１の状態について用いる偏向角度が
３２°であり、図１０に示す状態に対する角度１６°の
２倍あることである。II型部材を用いた場合、デバイス
間隔は採用した偏向角度からは独立している。この独立
性により、大きな偏向を行って相互接続容量を大きくす
ることができる。図９、図１０および１１の各グラフに
おいて、発光したビームのウェイストを３μｍ、５μ
ｍ、１０μｍおよび１５μｍと想定した。設計構成の詳
細要約を表に示すが、ここで、Ｆ／＃は対応する焦点距
離と有効なレンズ口径の比率を示し、ＤはＭＣＴアレイ
全体の直線寸法を示す。Ｉ型およびII型部材の両方を用
いた場合、相互接続の要領が極端に制限される。ただ
し、II型部材のみを用いた場合、一般的な５μｍスポッ
トサイズのレーザアレイを用いて、最大４，０９６個の
ノードに対する相互接続容量が得られる。この方法によ
り、それだけのデータが下記表１に含まれていないが、
１０4 以上のノードのＭＣＴ相互接続部が可能となる。
【００５０】
【表１】 本発明の教示に従って構成された光学ＭＣＴネットワー
クには、送信器および受信器のＶＳＴＥＰレーザファミ
リが含まれるのが好ましい。現在のＶＳＴＥＰ技術を用
いれば、５μｍの特定寸法の光学送信器アレイを作成す
ることができるが、以下の例では１０μｍの特定寸法を
用いている。表１のデータに従い１０μｍＶＳＴＥＰレ
ーザを採用した、例えば１０２４個のプロセッサを有す
る相互接続ネットワークを設計するには、最大偏向角度
が３２°の場合、２×２ｃｍ2 の面積を持つ平面キャビ
ティで十分である。各マイクロレンズの直径は１３０μ
ｍである。ガラス板の合計厚さは約４ｍｍである、極め
て小型で剛性の高い光学ネットワークとなっている。
クには、送信器および受信器のＶＳＴＥＰレーザファミ
リが含まれるのが好ましい。現在のＶＳＴＥＰ技術を用
いれば、５μｍの特定寸法の光学送信器アレイを作成す
ることができるが、以下の例では１０μｍの特定寸法を
用いている。表１のデータに従い１０μｍＶＳＴＥＰレ
ーザを採用した、例えば１０２４個のプロセッサを有す
る相互接続ネットワークを設計するには、最大偏向角度
が３２°の場合、２×２ｃｍ2 の面積を持つ平面キャビ
ティで十分である。各マイクロレンズの直径は１３０μ
ｍである。ガラス板の合計厚さは約４ｍｍである、極め
て小型で剛性の高い光学ネットワークとなっている。
【００５１】図１２はII型部材のみを用いた好ましい平
面光学ネットワークの横断面図である。２枚の平板ガラ
スまたは低吸収の透明材料による上方板５６および下方
板５８を用いて、透過性マイクロ光学部材の平面アレイ
を挟持している。ファンインまたはファンアウト動作を
行わせるために、下方板５８の上面６２上の対応位置を
軸上ＰＭＬに対して設ける。上方板５６の下面をエッチ
ングして一連の格子を形成し、底板５６の上面６２には
２つの異なる光学部材を形成するため、小さいレンズ６
８が設けられる。各格子６６と関連してレンズ６８（図
示せず）がある。
面光学ネットワークの横断面図である。２枚の平板ガラ
スまたは低吸収の透明材料による上方板５６および下方
板５８を用いて、透過性マイクロ光学部材の平面アレイ
を挟持している。ファンインまたはファンアウト動作を
行わせるために、下方板５８の上面６２上の対応位置を
軸上ＰＭＬに対して設ける。上方板５６の下面をエッチ
ングして一連の格子を形成し、底板５６の上面６２には
２つの異なる光学部材を形成するため、小さいレンズ６
８が設けられる。各格子６６と関連してレンズ６８（図
示せず）がある。
【００５２】すなわちＰＭＬのレンズ６８と反対の位置
には、１対２のレンズ分割位相の格子６６が設けられ
る。そのほかの位置には、軸外し偏向および画像化フレ
ネルゾーンレンズ（ＦＺＬ）のレンズ６８が設けられ
る。光送信はノードの送信器または受信器部分のいずれ
かにおいて一回だけビーム分割素子を通過する。
には、１対２のレンズ分割位相の格子６６が設けられ
る。そのほかの位置には、軸外し偏向および画像化フレ
ネルゾーンレンズ（ＦＺＬ）のレンズ６８が設けられ
る。光送信はノードの送信器または受信器部分のいずれ
かにおいて一回だけビーム分割素子を通過する。
【００５３】動作を述べると、送信器素子４２は、パル
スを反射体２０の面に偏向するレンズ６８および格子６
６を介して光学エネルギーのパルスを送信する。親ノー
ド送信器ノードの場合、反射体面２０における入射角度
は、異なる格子６６およびレンズ６８（図示せず）を通
過した後、２つの隣接した子ノード受信ノードに向かっ
てパルスが反射される様になっている。送信器および受
信器ノードを関連するレンズ６８および格子６６の組み
合わせに対して選択的に位置決めし、媒体５６および５
８とその寸法との選択に関連してレンズ６８および格子
６６を選択的に設けることにより、ノード対１０および
その関連ノード１２の間、ノード対１２およびその関連
したノードの間、およびノード対１４およびその関連し
たルーツノード１６の間で飛行するのに必要とする角度
が得られ、本発明を構成する平面光学メッシュ接続型ト
リートポロジネットワークが得られる。
スを反射体２０の面に偏向するレンズ６８および格子６
６を介して光学エネルギーのパルスを送信する。親ノー
ド送信器ノードの場合、反射体面２０における入射角度
は、異なる格子６６およびレンズ６８（図示せず）を通
過した後、２つの隣接した子ノード受信ノードに向かっ
てパルスが反射される様になっている。送信器および受
信器ノードを関連するレンズ６８および格子６６の組み
合わせに対して選択的に位置決めし、媒体５６および５
８とその寸法との選択に関連してレンズ６８および格子
６６を選択的に設けることにより、ノード対１０および
その関連ノード１２の間、ノード対１２およびその関連
したノードの間、およびノード対１４およびその関連し
たルーツノード１６の間で飛行するのに必要とする角度
が得られ、本発明を構成する平面光学メッシュ接続型ト
リートポロジネットワークが得られる。
【００５４】ＰＭＬのレンズ６８は軸上および軸外し画
像化およびビーム視準を行うことができる。平面ＭＣＴ
ネットワークにおいてより有効な部材とするため、ＶＳ
ＴＥＰレーザ送信器からＰＭＬのレンズ６８からできる
だけ離れた位置への光信号を画像化する位置にＰＭＬの
レンズ６８を設ける。好ましくはこれを小さい平らなレ
ンズを用いて行う。直径２５０μｍおよび焦点距離５６
０μｍ、口径数値が０．２２のＰＭＬのレンズ６８を設
けた。光発射領域はＰＭＬのレンズ６８の面積の約８０
パーセントであった。ＰＭＬのレンズ６８の基板の厚さ
は、ＶＳＴＥＰレーザとＰＭＬ表面の間の距離が焦点距
離より若干大きくなる様に選択された。ＰＭＬ基板は感
光性接着剤を用いてＶＳＴＥＰレーザに取りつけた。そ
の結果、重大な問題を生ずることなく、ＰＭＬを用いて
光信号を約２０ｍｍの距離を送信できた。
像化およびビーム視準を行うことができる。平面ＭＣＴ
ネットワークにおいてより有効な部材とするため、ＶＳ
ＴＥＰレーザ送信器からＰＭＬのレンズ６８からできる
だけ離れた位置への光信号を画像化する位置にＰＭＬの
レンズ６８を設ける。好ましくはこれを小さい平らなレ
ンズを用いて行う。直径２５０μｍおよび焦点距離５６
０μｍ、口径数値が０．２２のＰＭＬのレンズ６８を設
けた。光発射領域はＰＭＬのレンズ６８の面積の約８０
パーセントであった。ＰＭＬのレンズ６８の基板の厚さ
は、ＶＳＴＥＰレーザとＰＭＬ表面の間の距離が焦点距
離より若干大きくなる様に選択された。ＰＭＬ基板は感
光性接着剤を用いてＶＳＴＥＰレーザに取りつけた。そ
の結果、重大な問題を生ずることなく、ＰＭＬを用いて
光信号を約２０ｍｍの距離を送信できた。
【００５５】別の実験においては、直径および口径数値
がそれぞれ２５０μｍおよび０．３４のマイクロＭＺＬ
が使用された。軸上ＦＺＬアレイを直接ＧａＡｓ基板に
組みつけた。その結果、ＦＺＬから近回折限界性能が期
待できた。回折手段を用いてビーム偏向作業を行うに
は、軸外しＦＺＬを設けるかまたは簡単なビーム分割格
子の第二層が必要となる。
がそれぞれ２５０μｍおよび０．３４のマイクロＭＺＬ
が使用された。軸上ＦＺＬアレイを直接ＧａＡｓ基板に
組みつけた。その結果、ＦＺＬから近回折限界性能が期
待できた。回折手段を用いてビーム偏向作業を行うに
は、軸外しＦＺＬを設けるかまたは簡単なビーム分割格
子の第二層が必要となる。
【００５６】上記の平面キャビティ内の送信器および受
信器間のビーム伝播に関連したパワーロスを以下の様に
見積もる。まず、あるＶＳＴＥＰから発生させまたは終
端させた光がＧａＡｓ基板７０を通過するものとする。
ＶＳＴＥＰピクセルの発光波長にもよるが、ＧａＡｓ材
料は２０ｃｍ-1から３０ｃｍ-1の範囲の吸収定数を有す
る。１００μｍの適正な基板厚さと２５ｃｍ-1の代表的
な吸収定数を用いれば、ＧａＡｓ層を透過する際に生じ
るパワーロスは、およそ２３％または１．０ｄＢとな
る。ＶＳＴＥＰ装置の発光波長範囲において、ＧａＡＳ
材料の屈折率は約３．５である。ＧａＡｓ基板と層５８
のガラス材の間の屈折率の差は、パワー伝達率の４ｎ1
ｎ2 ／（ｎ1 ＋ｎ2 ）２＝０．８４または等量的にパワ
ーロス０．７５に相当する。ガラスまたは石英板５８は
好ましくはＧａＡｓ基板にフリップチップ接着されるか
ら、インタフェースに非反射性塗布剤を塗布することが
できる。ここでは反射ロスが０．４５ｄＢ以下に制御さ
れる。ガラス材内の吸収ロスは一定の伝播距離について
は無視出来るものであり、上部のガラス−空気反射イン
タフェースでの透過ロスは塗装を介して４．５％または
０．２ｄＢ以下に最小化出来る。唯一重要なパワーロス
は、透過性マイクロ光学部材の格子６６とレンズ（ＰＭ
Ｌ）６８とで発生するロスである。発射されたビームは
始めにビームを分割することなく偏向する軸外しＦＺＬ
のレンズ６８を通り、次に１対２の分割位相の格子６６
および軸上ＰＭＬを有する第二のマイクロ光学部材６６
を通るものとする。通常、ＦＺＬの効率はＰＭＬまたは
ビーム分割格子よりはるかに低い。ＦＺＬを通過する際
の総ロスを約４０％または２．２ｄＢとする。１対２分
割を行う部材の場合、ビーム分割格子のロスは１２％、
ＰＭＬのロスは４％とする。基本的な５０％のパワー分
割機能を組み込むため、部材全体の総ロスは３．７ｄＢ
となる。最近は所謂区分比率分割方式を用いることによ
り、石英材上の一部の軸外し部材発生ＦＺＬ型ホログラ
ムは最大８９．２％の回折効率を有すると報告されてい
るから、見積もりは若干控えめである。上記の見積もり
パワーロスデータによれば、正しい検出を確実にするた
め、１．０ｄＢの付加的安全度を光学パワー供給を行
う。そのため、送信器から受信器への一回の送信を完了
するため、光学信号について合計１０ｄＢのパワーロス
が見積もられている。
信器間のビーム伝播に関連したパワーロスを以下の様に
見積もる。まず、あるＶＳＴＥＰから発生させまたは終
端させた光がＧａＡｓ基板７０を通過するものとする。
ＶＳＴＥＰピクセルの発光波長にもよるが、ＧａＡｓ材
料は２０ｃｍ-1から３０ｃｍ-1の範囲の吸収定数を有す
る。１００μｍの適正な基板厚さと２５ｃｍ-1の代表的
な吸収定数を用いれば、ＧａＡｓ層を透過する際に生じ
るパワーロスは、およそ２３％または１．０ｄＢとな
る。ＶＳＴＥＰ装置の発光波長範囲において、ＧａＡＳ
材料の屈折率は約３．５である。ＧａＡｓ基板と層５８
のガラス材の間の屈折率の差は、パワー伝達率の４ｎ1
ｎ2 ／（ｎ1 ＋ｎ2 ）２＝０．８４または等量的にパワ
ーロス０．７５に相当する。ガラスまたは石英板５８は
好ましくはＧａＡｓ基板にフリップチップ接着されるか
ら、インタフェースに非反射性塗布剤を塗布することが
できる。ここでは反射ロスが０．４５ｄＢ以下に制御さ
れる。ガラス材内の吸収ロスは一定の伝播距離について
は無視出来るものであり、上部のガラス−空気反射イン
タフェースでの透過ロスは塗装を介して４．５％または
０．２ｄＢ以下に最小化出来る。唯一重要なパワーロス
は、透過性マイクロ光学部材の格子６６とレンズ（ＰＭ
Ｌ）６８とで発生するロスである。発射されたビームは
始めにビームを分割することなく偏向する軸外しＦＺＬ
のレンズ６８を通り、次に１対２の分割位相の格子６６
および軸上ＰＭＬを有する第二のマイクロ光学部材６６
を通るものとする。通常、ＦＺＬの効率はＰＭＬまたは
ビーム分割格子よりはるかに低い。ＦＺＬを通過する際
の総ロスを約４０％または２．２ｄＢとする。１対２分
割を行う部材の場合、ビーム分割格子のロスは１２％、
ＰＭＬのロスは４％とする。基本的な５０％のパワー分
割機能を組み込むため、部材全体の総ロスは３．７ｄＢ
となる。最近は所謂区分比率分割方式を用いることによ
り、石英材上の一部の軸外し部材発生ＦＺＬ型ホログラ
ムは最大８９．２％の回折効率を有すると報告されてい
るから、見積もりは若干控えめである。上記の見積もり
パワーロスデータによれば、正しい検出を確実にするた
め、１．０ｄＢの付加的安全度を光学パワー供給を行
う。そのため、送信器から受信器への一回の送信を完了
するため、光学信号について合計１０ｄＢのパワーロス
が見積もられている。
【００５７】１０ｄＢのパワーロス見込みにより、シス
テム全体の電力消費を現行のＶＳＴＥＰレーザ装置に基
づいて見積もることができる。全体の電気−光変換効率
を１０％以上として、ＶＳＴＥＰピクセルを現在８００
Ｍｂ／ｓの速度で変調することが出来る。だだし、その
光学切り換えエネルギーは約２．２ｐＪであり、低感光
性検出装置となっている。光検出感度を改善するため、
ｐｎｐｎ−ＶＳＴＥＰとヘテロ接合フォトトランジスタ
（ＨＰＴ）よりなる集積型ＶＳＴＥＰ装置を、５０ｆＪ
の切り換えエネルギーにより最大２００Ｍｂ／ｓの速度
で使用することが出来る。２００Ｍｂ／ｓの速度では、
必要とする光学電力は１０μＷであり、１０μＡの光学
電流を発生する。利得１００で１ｍＡの電流がＨＰＴに
流れる。１．５Ｖの駆動電圧では、ＨＰＴは１．５ｍＷ
の電源を取る。１ｍＡの電流が２Ｖで駆動される後続の
ｐｎｐｎ−ＶＳＴＥＰに流れると、別に１ｍＷの電力が
消費され（「０」および「１」ビットを５０／５０に分
割するとする）、受信器側での総電力消費は２．５ｍＷ
になる。送信器側においては、１０ｄＢの光学ロスを補
うための十分な光学電力を供給するため１００μＷの光
学電力が必要となる。１０％の電気−光変換効率により
ＶＳＴＥＰｓｏｋｉは２００Ｍｂ／ｓで作動し、総電力
消費は１ｍＷとなる。このように一組のＶＳＴＥＰ送信
器／受信器は、２００Ｍｂ／ｓのデター速度で約ＰE ＝
３．５ｍＷの総電力を消費するが、他の支援電子装置の
電力消費は計算から除外する。ＮノードＭＣＴは下記数
１１の総ピーク電力密度を取る。
テム全体の電力消費を現行のＶＳＴＥＰレーザ装置に基
づいて見積もることができる。全体の電気−光変換効率
を１０％以上として、ＶＳＴＥＰピクセルを現在８００
Ｍｂ／ｓの速度で変調することが出来る。だだし、その
光学切り換えエネルギーは約２．２ｐＪであり、低感光
性検出装置となっている。光検出感度を改善するため、
ｐｎｐｎ−ＶＳＴＥＰとヘテロ接合フォトトランジスタ
（ＨＰＴ）よりなる集積型ＶＳＴＥＰ装置を、５０ｆＪ
の切り換えエネルギーにより最大２００Ｍｂ／ｓの速度
で使用することが出来る。２００Ｍｂ／ｓの速度では、
必要とする光学電力は１０μＷであり、１０μＡの光学
電流を発生する。利得１００で１ｍＡの電流がＨＰＴに
流れる。１．５Ｖの駆動電圧では、ＨＰＴは１．５ｍＷ
の電源を取る。１ｍＡの電流が２Ｖで駆動される後続の
ｐｎｐｎ−ＶＳＴＥＰに流れると、別に１ｍＷの電力が
消費され（「０」および「１」ビットを５０／５０に分
割するとする）、受信器側での総電力消費は２．５ｍＷ
になる。送信器側においては、１０ｄＢの光学ロスを補
うための十分な光学電力を供給するため１００μＷの光
学電力が必要となる。１０％の電気−光変換効率により
ＶＳＴＥＰｓｏｋｉは２００Ｍｂ／ｓで作動し、総電力
消費は１ｍＷとなる。このように一組のＶＳＴＥＰ送信
器／受信器は、２００Ｍｂ／ｓのデター速度で約ＰE ＝
３．５ｍＷの総電力を消費するが、他の支援電子装置の
電力消費は計算から除外する。ＮノードＭＣＴは下記数
１１の総ピーク電力密度を取る。
【００５８】
【数１１】 各ノードは２組の送信器および受信器を有するから、２
つのうちのひとつの要因が現れる。表１に示すデータＮ
＝１，０２４を用いた場合の２１Ｗの総ピーク電力はω
o ＝１０μｍのＶＳＴＥＰを用いた場合の電力密度５．
５Ｗ／ｃｍ2 に相当する。このような電力密度は冷却に
関する問題を提起する。しかしノード間の長い距離を規
定するω0 ＝５μｍＶＳＴＥＰを用いた場合、この電力
密度は１．４Ｗ／ｃｍ2 に落ちるが、従来の対流冷却が
可能となる。Ｎ＝４，０９６の場合、電力密度が１．４
Ｗ／ｃｍ2 を越えない様に、８６Ｗのピーク電力消費を
６４ｃｍ2 の領域に分配することが出来る。他の切り換
え電子装置を設けることにより、さらに電力消費がチッ
プに加わる。表１のデータに基づき、２組の送信器およ
び受信器を含むノードには、ω0 ＝１０ｍｍの場合３１
５×３１５μｍ2 ，ω0 ＝５μｍの場合６３０×６３０
ｍｍ2 の総空間がある。この空間は、切り換え論理を支
援するのに必要な中程度の電子回路を収容することが出
来る。この場合、従来の強制空冷で十分とする。
つのうちのひとつの要因が現れる。表１に示すデータＮ
＝１，０２４を用いた場合の２１Ｗの総ピーク電力はω
o ＝１０μｍのＶＳＴＥＰを用いた場合の電力密度５．
５Ｗ／ｃｍ2 に相当する。このような電力密度は冷却に
関する問題を提起する。しかしノード間の長い距離を規
定するω0 ＝５μｍＶＳＴＥＰを用いた場合、この電力
密度は１．４Ｗ／ｃｍ2 に落ちるが、従来の対流冷却が
可能となる。Ｎ＝４，０９６の場合、電力密度が１．４
Ｗ／ｃｍ2 を越えない様に、８６Ｗのピーク電力消費を
６４ｃｍ2 の領域に分配することが出来る。他の切り換
え電子装置を設けることにより、さらに電力消費がチッ
プに加わる。表１のデータに基づき、２組の送信器およ
び受信器を含むノードには、ω0 ＝１０ｍｍの場合３１
５×３１５μｍ2 ，ω0 ＝５μｍの場合６３０×６３０
ｍｍ2 の総空間がある。この空間は、切り換え論理を支
援するのに必要な中程度の電子回路を収容することが出
来る。この場合、従来の強制空冷で十分とする。
【００５９】回折型光学部材を使用した場合、拡散の問
題が生じる。ＶＳＴＥＰアレイから出される波長は、半
導体処理でのバラツキのため均一にならない場合があ
る。ＦＺＬは下記数１２の送信関数ｇ（ｘ）を持つ。
題が生じる。ＶＳＴＥＰアレイから出される波長は、半
導体処理でのバラツキのため均一にならない場合があ
る。ＦＺＬは下記数１２の送信関数ｇ（ｘ）を持つ。
【００６０】
【数１２】 ここで、ξはｘでの瞬時空間周波数であり、下記数１３
で得られる。
で得られる。
【００６１】
【数１３】 θは偏向角度である。波長の不正確さによって生じるＦ
ＺＬ角度の不正確さは下記数１４の通りである。
ＺＬ角度の不正確さは下記数１４の通りである。
【００６２】
【数１４】 上記の平面光学ジオメトリを用いた場合、偏向ビームは
第二マイクロレンズの位置に達し、拡散による空間変動
Δｘを伴う。第二マイクロレンズにより角度変動は修正
されるが、正味の空間変動により受信器側で焦点ミスを
生じる場合がある。受信器の直線幅をｘｄとすれば、下
記数１５の検出帯域幅が必要となる。
第二マイクロレンズの位置に達し、拡散による空間変動
Δｘを伴う。第二マイクロレンズにより角度変動は修正
されるが、正味の空間変動により受信器側で焦点ミスを
生じる場合がある。受信器の直線幅をｘｄとすれば、下
記数１５の検出帯域幅が必要となる。
【００６３】
【数１５】 ２００Ｍｂ／ｓ受信器の場合には、ｘｄは１００μｍよ
り小さくても良い。Ｎ＝１，０２４の場合、表１で得ら
れるデータを用いた場合の波長の不正確さを、ω0 ＝１
０μｍおよびα＝３２°を組み合わせて用いた場合の
１．６％（Δ％λ＝１６ｍｍ）以内、ω0 ＝５ｍｍおよ
びα＝１６°組み合わせの場合の０．８％（Δλ＝８ｍ
ｍ）以内に制御する必要がある。
り小さくても良い。Ｎ＝１，０２４の場合、表１で得ら
れるデータを用いた場合の波長の不正確さを、ω0 ＝１
０μｍおよびα＝３２°を組み合わせて用いた場合の
１．６％（Δ％λ＝１６ｍｍ）以内、ω0 ＝５ｍｍおよ
びα＝１６°組み合わせの場合の０．８％（Δλ＝８ｍ
ｍ）以内に制御する必要がある。
【００６４】平面光学メッシュ接続型トリートポロジ相
互接続ネットワークを説明したが、特許請求の範囲によ
ってのみ限定される本発明の原理および精神から逸脱し
なければ、さらなる変更および修正が可能なことは当業
者にとって明らかである。
互接続ネットワークを説明したが、特許請求の範囲によ
ってのみ限定される本発明の原理および精神から逸脱し
なければ、さらなる変更および修正が可能なことは当業
者にとって明らかである。
【図１】６４ノードのメッシュ接続型トリー相互接続ネ
ットワークのトポロジ的レイアウトである。
ットワークのトポロジ的レイアウトである。
【図２】ＭＣＴトポロジの再配置レイアウトである。
【図３】従来のバイナリトリー接続を示す。
【図４】光学送信器・受信器のレイアウトの好ましい実
施例の概略図である。
施例の概略図である。
【図５】平面光学空間（キャビティ）の好ましい実施例
の横断面図である。
の横断面図である。
【図６】ガウスビームを示す。
【図７】（ａ）は平面マイクロレンズ（ＰＭＬ）で画像
化および偏向を行う際のジオメトリを示す。（ｂ）はＰ
ＭＬと軸外画像化用の送信器の関係を示す。
化および偏向を行う際のジオメトリを示す。（ｂ）はＰ
ＭＬと軸外画像化用の送信器の関係を示す。
【図８】入力ビームの最細部の関数としてのガウスビー
ムの拡大比率のグラフである。
ムの拡大比率のグラフである。
【図９】画像化および偏向のためＩおよびII型部材の両
方を用いる場合の焦点距離の関数としての内部接続空間
（ノードの最大数）のグラフである。
方を用いる場合の焦点距離の関数としての内部接続空間
（ノードの最大数）のグラフである。
【図１０】画像化および回折のためII型部材のみを用い
る場合の焦点距離の関数としての相互接続空間のグラフ
である。
る場合の焦点距離の関数としての相互接続空間のグラフ
である。
【図１１】図１０に示す以外の異なる最大角度αによる
画像化および偏向のためII型部材を用いる場合の焦点距
離の関数としての相互接続容量のグラフである。
画像化および偏向のためII型部材を用いる場合の焦点距
離の関数としての相互接続容量のグラフである。
【図１２】上下光学板に組み付けたII型部材のみを用い
た好ましい平面光学ネットワークの横断面図である。
た好ましい平面光学ネットワークの横断面図である。
１０ リーフノード １２，１４，１６ 追加スイッチノード １８ ノード分割面 ２０ 単面反射面 ２８，３０ ピクセル ４０ 目的ノード ４２ 送信器ノード ４４ インタフェース ４６ 線形配列の視準／偏向平面光学部材 ４８ ガウスビーム ５２，５４ 層 ５６，５８ 板 ６２ 上面 ６６ 格子 ６８ レンズ（ＰＭＬ） ７０ ＧａＡｓ基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヤオ リ アメリカ合衆国，95134 カリフォルニ ア，サン ジョーズ，リオ ロブルス 110 エヌ イー シー アメリカ，イ ンコーポレイテッド内 (72)発明者 リチャード エイ．リンケ アメリカ合衆国，95134 カリフォルニ ア，サン ジョーズ，リオ ロブルス 110 エヌ イー シー アメリカ，イ ンコーポレイテッド内 (72)発明者 ユー−ダー リュー アメリカ合衆国，95134 カリフォルニ ア，サン ジョーズ，リオ ロブルス 110 エヌ イー シー アメリカ，イ ンコーポレイテッド内 (56)参考文献 特開 平４−220027（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−248258（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−144612（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−344077（ＪＰ，Ａ)
Claims (22)
- 【請求項１】 各リーフノードが光学送信器手段および
光学受信器手段を備えるメッシュ接続型リーフノードの
平面アレイと、各々が前記平面アレイの面内で前記リー
フノードの関連する対の中間に設けられ、光学送信器手
段および光学受信器手段を備え、トリー構造に従って前
記リーフノードと関連を有するように付加された親ノー
ドと、予め選定されたリーフノードまたは予め選定され
た親ノードの送信器手段から、予め定められたリーフノ
ードまたは予め定められた親ノードの受信器手段に光学
信号を送信させ、この間これら予め選定されたノードと
予め定められたノードの間で反射面において反射させて
通信する手段とを備えることを特徴とする平面光学メッ
シュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項２】 さらに前記光学信号の通路に設けられた
マイクロ光学手段のアレイを備えることを特徴とする請
求項１に記載の平面光学メッシュ接続型トリー相互接続
ネットワーク。 - 【請求項３】 前記マイクロ光学手段が格子およびレン
ズを備えることを特徴とする請求項２に記載の平面光学
メッシュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項４】 前記レンズが平面型マイクロレンズを備
えることを特徴とする請求項３に記載の平面光学メッシ
ュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項５】 前記レンズがフレネルゾーンレンズを備
えることを特徴とする請求項３に記載の平面光学メッシ
ュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項６】 第一の材料層５２が前記ノードと前記マ
イクロ光学手段のアレイの間に設けられ、第二の材料層
５４が前記マイクロ光学手段のアレイと前記反射面の間
に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の平
面光学メッシュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項７】 前記第一の材料層および前記第二の材料
層が同じ材料を備えることを特徴とする請求項６に記載
の平面光学メッシュ接続型トリー相互接続ネットワー
ク。 - 【請求項８】 前記第一の材料層および前記第二の材料
層が異なる材料を備えることを特徴とする請求項６に記
載の平面光学メッシュ接続型トリー相互接続ネットワー
ク。 - 【請求項９】 前記第一の材料層および前記第二の材料
層がガラスおよび石英から成るグループから選定される
ことを特徴とする請求項６に記載の平面光学メッシュ接
続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項１０】 前記送信器手段が垂直キャビティ表面
発光レーザを備えることを特徴とする請求項１に記載の
平面光学メッシュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項１１】 前記送信器手段が垂直キャビティ表面
垂直型送信電子フォトン装置を備えることを特徴とする
請求項１に記載の平面光学メッシュ接続型トリー相互接
続ネットワーク。 - 【請求項１２】 前記リーフノードおよび前記親ノード
がＶＬＳＩ処理技術により形成されることを特徴とする
請求項１に記載の平面光学メッシュ接続型トリー相互接
続ネットワーク。 - 【請求項１３】 前記リーフノードおよび前記親ノード
が対称送信による光学信号角度および前記予め選定した
ノードと前記予め決めたノードの間を飛光距離に対して
設けられたことを特徴とする請求項１に記載の平面光学
メッシュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項１４】 各リーフノードが光学送信器手段と光
学受信器手段とを備えて構成されるメッシュ接続型リー
フノードと、各親ノードがトリー構造に従って関連する
リーフノードの対の中間に設けられかつ光学送信器手段
と光学受信器手段とを備える親ノードの線形アレイを備
える平面基板と、この平面基板の並列位置に第一表面を
有する第一の材料層と、この第一の材料層の反対側の表
面に設けたマイクロ光学手段と、第一面に追加マイクロ
光学手段を有し、前記マイクロ光学手段および前記追加
マイクロ光学手段が互いに定められた関係に配置される
ように前記第一層の並列位置に設けられ、反対側表面が
反射面で構成される第二の材料層とを備える平面光学メ
ッシュ接続型トリー相互接続ネットワークであって、前
記リーフノードおよび前記親ノードが、予め選定された
リーフノードの光学送信器手段から送信された光学信号
を前記第一の材料層、前記マイクロ光学手段、前記追加
マイクロ光学手段、前記第二の材料層を通過させ、前記
反射面で反射させ、前記第二の材料層、前記追加マイク
ロ光学手段、前記マイクロ光学手段、前記第一の材料層
を通過させ、予め定められたリーフノードの光学受信器
手段で受信するよう設けられたことを特徴とする平面光
学メッシュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項１５】 前記リーフノードおよび親ノードが垂
直キャビティ表面発光ネットワークを備えることを特徴
とする請求項１４に記載の平面光学メッシュ接続型トリ
ー相互接続ネットワーク。 - 【請求項１６】 前記リーフノードおよび親ノードが垂
直キャビティ垂直対表面送信電子フォトン装置を備える
ことを特徴とする請求項１４に記載の平面光学メッシュ
接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項１７】 前記マイクロ光学手段および前記追加
マイクロ光学手段がレンズおよび格子を備えることを特
徴とする請求項１４に記載の平面光学メッシッシュ接続
型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項１８】 前記レンズが平面マイクロレンズを備
えることを特徴とする請求項１７に記載の平面光学メッ
シュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項１９】 前記レンズがフレネルゾーンレンズを
備えることを特徴とする請求項１７に記載の平面光学メ
ッシュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項２０】 前記第一の材料層および前記第二の材
料層がガラスおよび石英からなるグループから選定され
ることを特徴とする請求項１７に記載の平面光学メッシ
ュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項２１】 前記リーフノードおよび前記親ノード
が対称送信された光学信号角度および前記予め選定した
ノードおよび前記予め定められたノード間の飛光距離に
対して設けられることを特徴とする請求項１７に記載の
平面光学メッシュ接続型トリー相互接続ネットワーク。 - 【請求項２２】 前記リーフノードおよび前記親ノード
がＶＬＳＩ処理技術により形成されることを特徴とする
請求項１７に記載の平面光学メッシュ接続型トリー相互
接続ネットワーク。
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