JP2926753B2 - 光接続装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光を用いて、並列高速に情報を伝送する
ために必要な光接続法に関するものである。

〔従来の技術〕

大規模な情報を処理するために、高速に演算を実行す
る計算機の研究が進んでいるが、電気回路を用いた逐次
処理による方法では、すでに性能限界に近づいている。
そこで、スーパーコンピュータやアレイプロセッサな
ど、複数の演算を同時に実行する並列処理アーキテクチ
ャなどの研究が進んでいる。一方、光は、空間的な広が
りを持ち、その物理的な性質は互いに干渉し合わないた
め、光を用いた演算は並列性に優れている。光を変調す
る手段として、振幅、位相、周波数、偏向などが考えら
れ、空間的な光変調器の開発が行われている。

このようなネットワークを光学的に構成することを目
的として、回折格子を用いたものやレンズを用いた光接
続方法が、すでに提案されている。ホログラムを用いた
接続法についての詳細は、例えば、雑誌、オプティカル
・エンジニアリング（Optical Engineering）、第27
巻、1988年、第893頁〜900頁に掲載された論文「回折格
子を用いた光接続ネットワーク（Optical interconnect
ion network utilizing diffraction gratings）」に述
べられている。この方法は、回折格子を用いて光を偏向
させ、シャッフル網を実現したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の光接続方法の中で、回折格子を用いる方法は、
集光などにレンズが必要となって光学系が複雑になる問
題点があり、また、レンズを用いる方法は、任意のネッ
トワークを実現できない欠点があった。また、従来の接
続方法では、スイッチや多段接続性等、ネットワーク全
体を検討したものはなく、受光した信号をプロセッサ等
にフィードバックして再び、光接続装置に入力するよう
な構成をとっていた。従って、並列数の大きい入力デー
タを高速に任意の場所へスイッチングできず、光を使っ
て、高速にデータを処理できなかった。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の光接続装置は、複数個の発光素子から構成
される面配列の発光手段と、前記面配列の発光手段を構
成する発光素子と同じ数の受光素子から構成される面配
列の受光手段と、前記面配列の発光手段と前記面配列の
受光手段の間に配置され、３次元的に光ビームを偏向せ
しめる光偏向素子から構成される面配列の光偏向手段
と、前記面配列の受光手段によって受光した信号をスイ
ッチングせしめる、少なくとも２入力・２出力のスイッ
チから構成される面配列のスイッチアレイから構成され
る光接続手段を複数個直列に配置したことを特徴とす
る。

〔発明の原理〕

この発明の原理を従来より電気的な接続法として知ら
れているシャッフル網に適用した例に沿って、説明す
る。第２図は、16入力・16出力のシャッフル網のネット
ワークの構成を示したものである。入力信号Ａ〜Ｐは、
８個の２入力・２出力のスイッチに入射して分岐、分配
された後に、次段のスイッチ10に入射する。16入・出力
の場合には、このようなスイッチを合計４回通過するこ
とによって、出力信号ａ〜ｐが得られる。この時、各ス
イッチ間の接続を空間伝播光で行う場合には、プリズム
やホログラム等のビーム偏向素子を用いることによっ
て、それぞれのスイッチを接続することができる。一般
に、Ｎ入力・Ｎ出力の接続を行う場合には、log₂N段の
スイッチを必要とする。

以上、１次元に配列されたスイッチの間の２次元的な
光接続法について述べたが、４入力・４出力のスイッチ
を用いて、２次元的に配列されらスイッチの間の３次元
的な光接続法も容易に実現できる。第３図は、64入力・
64出力の面接続を行う場合の前段のスイッチと次段のス
イッチの間の接続関係を示したものである。太い線で描
かれた四角形は、１つのスイッチを表し、矢印は、前段
のスイッチから次段のスイッチへの光の進む路を示した
ものである。１段目のスイッチの直後にビーム偏向素子
を置き、光を偏向させることによって、１次元の間の接
続と同じ接続を実現できる。一般に、n²入力・n²出力の
接続を行う場合には、４入力・４出力のスイッチを用い
て、log₂n段のスイッチを必要とする。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を説明する。

第１図は、この発明の光接続法を実現する実施例の一
例を示す斜視図で、16入力・16出力の例である。この光
接続装置は、例えば、半導体レーザアレイのような発光
素子アレイ１と、例えばホログラム等の光ビーム偏向素
子２と、受光素子アレイ３と、例えば４入力・４出力の
クロスバスイッチを配列して受光素子アレイの出力端に
接続したスイッチアレイ４と、発光素子に電圧を印加す
る回路から構成される発光素子駆動装置５と、スイッチ
を制御する回路から構成されるスイッチ駆動装置６とか
ら構成される光接続手段を複数個直列接続している。次
段との接続はスイッチアレイの出力端と次段の発光素子
アレイの制御信号入力端とを接続することで実現でき
る。第１図は２段直列接続した例である。

以上の構成の光演算装置において、装置に入力するデ
ータは、発光素子駆動装置によって制御される。発光素
子アレイの各発光素子から出射した光は、光ビーム偏向
素子によって、第３図のように偏向され、受光素子に集
光される。受光した信号は、例えば、４入力・４出力の
クロスバスイッチによって、分岐、分配され、発光素子
制御信号として次段の発光素子アレイに入力される。64
入力・64出力の場合は合計４回の接続によって、面全体
64本の信号の間の接続を実現できる。

第３図に示すシャッフル網の他に、バンヤン網やクロ
スオーバー網などにも適用できる。第４図は、その一例
として、第５図に示すネットワーク構成を有するバンヤ
ン網の１段目のスイッチと２段目のスイッチの関係を示
したものである。同様にして、光ビーム偏向素子に用い
たホログラムのパタンを変えることによって、任意の接
続関係を実現できる。

光ビーム偏向素子に用いたホログラムは下記のように
して設計して作った。空間を伝搬する球面波の振幅分布
は、次式で表される。

ここで、ｋは波数を表す。また、平面波の振幅分布は
次式で表される。

A_p（ｒ）＝a_pexp（ikr） ……（２） （１），（２）式より、複数の球面波と平面波が干渉
するホログラム面上の光の強度分布は、次式で表され
る。

ただし、r_jは偏向した光の集光点の座標を（x_j,y_j,
z_j）として、次式で表わされる。

G_p＝１とおいて、（３）式を変形すると ホログラムの各分解点において、（５）式を計算し、Ｉ
がG_pよりも大きい場合に縞を描画する。

前述の設計法に従って計算されたデータを用いて、電
子ビーム等によってレジスト上にホログラムを描画し、
振幅型ホログラムであるクロムマスクを作る。このクロ
ムマスクを用いて、位相型のホログラムを作る。振幅型
ホログラムをマスクとして用い、紫外光によって、例え
ばプラスチックなどの基板に塗布された、例えばAZ−13
50（商品名）などのレジストを露光する。この時、レジ
ストの深さは、回折効率が最大となるように、透過光の
位相差がπ/2になるように制御する。次に、完成した位
相ホログラムから電鋳金型を作り、例えば光硬化性の樹
脂を用いて、レプリカをとる。レプリカの材料の屈折率
を1.5、使用波長を0.78μｍとすれば、レジストに形成
される溝の最適な深さは次式で表わされる。

0.39μｍの深さの溝を得るために、AZ−1350レジスト
を2:1に希釈したものをスピナによって3500rpmで回転し
て塗布した。完成した原板からニッケルの金型を作り、
アクリル系の樹脂を用いてレプリカをとり、35％の回折
効率をもつものを得た。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明の接続法を用いること
により、面情報を高速にスイッチングできる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明の光接続法の実施例を示す斜視図、
第２図は、シャッフル網の接続のネットワークを示す
図、第３図は、シャッフル網のスイッチの間の接続関係
を示す図、第４図は、バンヤン網のスイッチの間の接続
関係を示す図、第５図は、バンヤン網の接続のネットワ
ークを示す図である。 １……発光素子アレイ、２……光ビーム偏向素子、３…
…受光素子アレイ、４……スイッチアレイ、５……発光
素子駆動装置、６……スイッチ駆動装置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の発光素子から構成される面配列の
   発光手段と、前記面配列の発光手段を構成する発光素子
   と同じ数の受光素子から構成される面配列の受光手段と
   を互いの発光面と受光面を対向させて配置し、前記面配
   列の発光手段と前記面配列の受光手段の間に、３次元的
   に光ビームを偏向せしめるホログラムを配置し、前記面
   配列の受光手段によって受光した信号をスイッチングせ
   しめる、少をくとも２入力・２出力のスイッチから構成
   される面配列のスイッチアレイの入力端を前記受光手段
   の出力端に接続して構戯される光接続手段を複数個直列
   に配置したことを特徴とする光接続装置。