JPH021802A

JPH021802A - 光接続器

Info

Publication number: JPH021802A
Application number: JP63323199A
Authority: JP
Inventors: Tomasz P Jannson; トマシュ・ペオトル・ヤンソン; Joanna L Jannson; ジョアンナ・レナール・ヤンソン; Peter C Yeung; ピーター・チャンキット・ヨン
Original assignee: Physical Optics Corp
Current assignee: Physical Optics Corp
Priority date: 1987-12-21
Filing date: 1988-12-21
Publication date: 1990-01-08
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH07117618B2; DE3851421T2; EP0322218B1; US4838630A; ATE111275T1; EP0322218A2; DE3851421D1; EP0322218A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は光接続器に関し、特に大規模集積回路（ＶＬ
ＳＩ）マイクロエレクトロニクス素子ないしシステム間
の極高接続度の接続用ないしは結合用の光接続器に関す
る。

従来の技術ＶＬＳＩ技術において、素子の形状寸法の縮小とチップ
規模の増大とによって、ＶＬＳ　Ｉチ・ノブとそれを搭
載する基板の相互接続能力に対する産業界の関心か急速
に高まっている。その結果、産業界は光波術へ向いて来
ている。この部分に関してはグツドマンＣＧｏｏｄｍａ
ｎ　ｅＬ　ａｌ）のＬＳＩシステムの光相互接続７２　
１ＥＥＥ予稿７（１９８４）、コスタク等（Ｋｏｓｔｕ
ｋ　ｅｔ　ａｌ）のマイクＧｌ　Ｉ　Ｌ／クトロニクス
ナップ接続への光、影像技術の応用、２４応用光学（１
９８５）等にて概観できる。

ＶＬＳＩ技術への光接続に関する技術水準についてのア
セスメントはＢｅｒｇｍａｎ　ｅｔ　ａｌ（Ｖ　Ｌ　Ｓ
　Ｉ用ホログラフ光接続２５、光波術１０．１１０９頁
１〜３図）によって提供されている。

上述の著者による光接続器は、集積回路（ＩＣ）の充分
な数のオフ−チップ（ｏｒｆ　ｃｈｉｐ）接続をなす際
の現在および未来における困難を軽減することであり、
伝送遅延を低減すること、ＲＣ時定数、線間の誘導ノイ
ズ、特に７ｕ子回路結合における線容量なとの問題を除
くことである。これらの著者によれば、同じ空間容量で
、多数の異なる光信号を干渉なしに伝送できることが認
められている。

その結果、光接続技術の良さに注目し、特にホログラフ
ィー技術を用いることの良さに注目している。

上述の要求に応じるように開発されたホログラフィ−接
続は、表面エッチダレイテイングを含む従来のブラッグ
ホログラフィ−伝送と反射を基礎にしたものであった。

これらの型のホログラム（一般にホログラフィ−）はＲ
，Ｃｏ１１ｉｅｒ等による光ホログラフィ−（１９７１
年）やＫｏｇｅｌｎｉｋによるベルンステム技術（Ｂａ
ｌｌ　　５ｙｓＬ、　Ｔｅｃｈ、　）Ｊ、　Ｍ、　　２
９０９（１９６９）およびＷｅｌｌｅｒ等によるＡｎａ
ｌｙｓｉｓ　ｏｒＷａｖｅｇｕｉｄｅ　ＧｒａＬｉｎｇ
ｓ：Ａ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｒｔｈｅ　ｒｅｓｕ
ｌｔｓ　。

ｒ　Ｒｏａｒｄ’ｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｃｏｕｐ
ｌｅｄ−ｍｏｄｅ　ｔｈｅｏｒｙ。

４　　Ｊ、　ＯｐＬ　　Ｓｏｃ、　　Ａｍ　　６０（１
９８７）ｆｏｒｓｕｒｆａｃｅ−ｅｔｃｈｅｄ　ｇｒａ
ｔｉｎｇに記載されている。従来のホログラフィック接
続技術においては、信号を搬送する導波器、レーザーダ
イオード等の入力源、光ダイオード、光ファイバ、その
他の検出器などの出力受信器は、ホログラム面ではなく
その反対面に設けられていた。上述の文書に記載されて
いる自由空間ホログラフィック光接続器は重要な限界を
有している。

先ず整合の問題が重要である。もし入力源と検出器と導
；成型とか互いに対応しているホログラフィ−機器間で
正確に整合していなければ、接続が作動しない程度にま
で、パーフォーマンスが阻害されることもある。第２に
は、より重要であるが、たとえ正常に機能したとしても
、従来のブラッグホログラフィ−接続器は、理論的にも
、実際的に＜＞　Ｖ　Ｉ、Ｓ１／ステムで要求されるよ
うな多数の接続を用意することはできない。これらの重
要な限界に関する検討はＴ、　　Ｊａｎｎｏｎ等による
“ＲｅａｌＴｉｍｅ　Ｓ　ｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓ
ｉｎｇ　ＩＸ”６９８　　Ｓ、　Ｐ、　ｌ　。

ＩＣ，Ｐｒｏｃ、　ｌ　５７（１９８６）に記載されて
おり、これに記載の技術もここに引用する。表面エツチ
ドホログラフィックグレイティングは、特に多数の接続
を用意することができない。独立の表面エツチドグレイ
ティング（ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）板のセント）には表
面グレイティングによって回折した光波間のクロストー
クなしに同量のグレイティングを３己りｊすることがで
きない。

最後に、従来の接続方式はＶＬＳ　１間の高度の接続可
能度の要求にペースを合わせることができない。

問題点を解決する手段と作用この発明によれば２次元平板状体積ブラッグホログラム
を用いた光接続を提供する。具体的には平板状体積ブラ
ッグホログラムが、ＶＬＳ　ＩチップやＶＬＳ　［ホー
ドの約１０３個の相互接続をするために１つの平板光通
路に配置される。

平板状光通路は、ＬＥＤ（発光ダイオード）や発光ダイ
オードアレイなどの光通路外におかれた光源から、音声
、映像、コンピュータデータなどの情報を担持した光信
号を得る手段を有し、光通路中に置かれた平板ホログラ
ムへ伝送するために、送信チップやボードに接続される
。平板状体積ホログラムは平板光通路面上または面外に
おかれている受信チップまた受信ボードに接続される検
出器の方へ向けるべく、光通路の他端へ該平板光通路を
通って伝ばんする光波を回折するブラング板の多重化し
たセットを含んで、いる。

１０００個に達する別々のブラッグホログラム平面が１
つの平板ホログラムに記録することが可能で、各セット
は単一のホログラフィック露出で記録した。Ｔ、　Ｊ　
ａｎｎｓｏｎ、　　Ｉ　ｎｔ’ｏｒｍａＬｉｏｎ　Ｃａ
ｐａｃｉｔｙ　　ｏｆ　　Ｂｒａｇｇ　　ｌ（ｏｌｏｇ
ｒａｍｓ　　ｉｎ　　Ｐ　　１ａｎａｒ　　０ｐｔｉｃ
ｓ、　　７Ｉ　　Ｊ　ｏｕｒｎａｌ　ｏ「０ｐｔｉｃａ
ｌ　Ｓｏｃ、　ｏｒＡｍｅｒ、　３４２　（１９８１）
参照。このようにしてＶＬＳＩ素子間で１０００個の相
互接続を得ることができた。

一実施例においては、単一波長光波が平板光通路外に置
かれた種々の光検出器の方向へ向かうソシなる方向へ回
折、回折される。池の実施例においては、多くの５ｖな
る波長の信号（波長多重化信号）を含む１つの光波が回
折され、各信号は波長の関数として、平板光通路上で異
なる方向で別位置へ回折される。

種々の回折光信号が、必要な受信チップやマイクロエレ
クトロニクス素子の方へ送られる。第１の実施例には、
たとえばＶＬＳ　Ｉ素子へクロック信号を分配するのに
有効であり、また波長多重化（ＷＤＭ）方式の２番号目
の実施例は１つのチップから他の多くのチップへ１つの
光信号を分配するのに有効であり、あるいは単一のマイ
クロエレクトロニクスチップ内での相互接続にも必要な
ら用いられる。

この発明の光接続器によれば、あらく見ても従来のこの
種のホログラフィックまたは非ホログラフィック装置の
約１００倍オーダーの高接続密度を達成することができ
る。さらに、従来の相互接続とは異なり、この発明の相
互接続はモノリシック構成によってマイクロエレクトロ
ニクス集積回路装置のコンパクトさによく適合するとと
もに、十ログラフィ・、り光接続装置の製作時や使用時
に（ｒ在する整合（アライメント）問題をうまく解消で
きる。

さらに他の実施例においては、この発明の光相互接続器
は光通路内の平面での光信号の回折には限られない。多
重、平行平板光通路に配置したカップリング手段は光を
上記多重通路間で回折させ、光情報を平板光通路面を横
切る垂直面内を通過さ仕ることができる。

これによって、ホログラフィック平板光相互接続能力を
高め、高密度で信頼度の高い相互接続を小スペースで実
現できる。

実施例第１図と第２図において、１０はＶＬＳＩシステムを示
し、金属の冷却基板１１は４枚の光ジグザグ波を伝送す
る光基板形式の平板状の光通銘板１２を支持し、この光
通銘板１２は標準ＶＬＳＩチップ１３、ＶＬＳ　Ｉチッ
プ１３に対して中央側に配置した平板状のホログラム板
１４と各ＶＬＳ■チ、プと関連動作する光−電子伝送器
１５を念む。光−７ｕ子伝送器１５は、光−電子源と検
出器とを含む。第２図に示すように、ホログラム［＋４
は光波がこのホログラム板１４と各ＶＬＳ　ｌチップの
光−電子伝送器１５間で抵抗なしに伝送されるように、
光通銘板１２」二に配置される。

金属導体冷却基板１１は標準的なものである。

基板１１に含まれた４枚の光通銘板１２は方形状であり
、レーザー光の連続照射にも耐えるガラスやポリマー樹
脂等や半導体あるいは光回折材料にてなる透明な光導波
材料が用いられる。

ホログラム板１４は重クロム酸塩ゼラチン（ＤＣＧ）の
ような硬化性ゼラチンが用いられる。ＤＣＧは約１．５
５の回折率を有し、ガラス平板光通路と組み合わせて用
いることによって、両者の材料の回折率が非常に近似し
ていることにより、簡単な構造のガラスを用いることが
できる効果を得ることができる。光通銘板とホログラム
板用の池の材料の組み合わせは、ホログラム板が配置さ
れている部分で局部的にドープあるいは増感された光回
折可能なモノリシックポリマーであってもよい。

以下に述べるように、ホログラム板１４は技術水準での
ホログラフィック記録技術を用いて平板状の光通路形状
に作られる。このホログラム板は上記光通銘板と同形で
ある。ＤＣＧ層の厚さは１ミクロンないし５ミクロンの
間であることが好ましく、さらに５０ミクロン厚であっ
てもよい。

さらに詳述するように、ブラッグホログラム板としての
ＤＣＧ層の有効厚は、従来の回折伝送式ブラッグホログ
ラムでの堆積厚ではなく、単一モード導波器であるとし
た場合の四角形の最短辺の長さより短い。この現象は平
板ホログラム板の２次元構造による結果であり、ホログ
ラム板を伝ばんする光波は、光通銘板とホログラム板を
横切る方向に波頭部の構造が固定されているので、ホロ
グラムによって限定される２次元空間に制限される。後
述のようにこの発明の平板状体積ブラッグホログラムは
、板状ホログラムの有効ブラッグ厚さはＤＣＧ層の何倍
にも増やしであるので、公知の非平板ブラッグ装置を用
いた場合に生じると予測された相互接続性の制限よりは
るかに越える。

この発明は接続度が低いものでもよい場合にも勿論使用
し得る。

ＶＬＳ　１チツプ１３は公知または周知の多数の接続ピ
ンを周辺に備えた集積回路装置である。各チップの電子
回路伝送装置１５は光源と検出器との組み合わせである
。光源は単一のレーザーダイオードまたは複数の発光ダ
イオードである。光源はらし光接続器に多数の非多重光
信号を連結する場合には、多数の光源を並べた光アレイ
として編成される。検出器は典型的には、単一高速光ダ
イオードか用いられ、必要に応じて多数の検出器をＵＳ
Ｅべた検出器アレイとして編成される。

第１図と第２図に示した接続器構造は、第３図に示すよ
うに、ファンイン、ファンアウト、接続システムとして
用いられる。ファンアウトシステムでは１つのＶＬＳ　
ｌチップ１７か信号情報源として用いられる。このチッ
プ１７からの電子信号は当該チップが関連している伝送
ｉ４ｉ：　ｌ　５　（作動は第２図のものと同じ）内の
光電子源１８によって光信号に変換され、光通路１２へ
連絡される。

光信号はジグザグ波として光進路板１２を伝ばんして、
全体的に光通路数１２の上下内面を反射してホログラム
板１４の方経伝ばんする。ホログラム板１４に達すると
、ホログラム板１４内に記録されているブラッグ面（焦
点合わせ、光集中、光平行化および他のレンズと同様の
動作に用いられるホログラフィック光素子（ＨＯＥ）用
の曲面状のブラッグ表面を含む）によって受信チップの
方へ信号が回折される。受信チップ１９へ伝ばんする光
信号θνは当該チップに関連している伝送器１５内の検
出器２０に入射する。検出器はこの光信号を受信Ｖ　１
．、　Ｓ　ｌチップあるいはボードに用いる７ｕ子的な
信号に変換する。

もし伝送器１５が光信号を直接的にピックアップするよ
うに同じ光通銘板内で配置されているならば、どのよう
な連結手段もあるいは公知の板状連結板も不要である。

伝送器１５と光進路板１２との間で光信号の垂直接続が
必要ならば、上記光進路板に接続された全内部反射（Ｔ
ＩＲ）ホログラム、連結、プリズム、ホログラフィック
グレイティングのような連結手段を用いることによって
得られる。上記連結手段は３次元空間の動作から２次元
空間へ光波を変換する。第４（ａ）図は光進路板１２の
下面に取り付けられた連結器１６および１６゛によって
光進路板１２へ連結されるように光波の変換を特別に図
示している。左側の光源から放射される３次元球面波は
連結手段１６へ入射する。連結手段１６に到達した後、
上記球面波は光通路数１２に沿って伝送するに従って、
該光通路数１２の」二側あるいは下側内面に全体的に反
射されるジグザグ波に変換される。

連結手段１６°を有する光進路板にジグザグ波か伝わる
と、上記と反対の動作が生じる。これらの波は平板状の
２次元空間から３次元空間に変換されていくらかは連結
手段１６°を出て拡散される。光通路数１２内の伝送光
信号はホログラム板１４内でとどまり、あるいは通過す
る平板状の２次元波を残すことが第４（ｂ）図に示され
る。

第５図に示されるように光接続１ＡＨ２１は光通路数２
４内のほぼ中央部に位置しているホログラム板２２をも
含んでいる。レーザーダイオードアレイ２６にてなる光
源が光進路板の下面に配置されている。ＴＩＲホログラ
ムを用いた連結手段２８がレーザーダイオードアレイと
光進路板との間に設置され光進路板の下面に接着される
。このレーザーダイオードアレイ２６はＶＬＳ　Ｉタイ
プであり、ＶＬＳ　ｌチップ（図示せず）からの電子的
信号を光信号に変換する。レーザーダイオードアレイ２
６から放射された光は該ダイオードアレイから外側に放
射する球状の波であり、連結手段２８へ入射する。この
連結手段２８は球状の光波を波頭３２を有する２次元の
光波に変換してこの光波を平面波ベクトル３０の方向へ
光進路板を通ってホログラム板２２の方へ向かう平面上
の波頭３２へ送る。波ベクトル３０として示された光波
は製造時あるいはポログラフィック記録時に記録された
ブラッグ面によって、ホログラム板２２に遭遇すると回
折される。この回折した光波は光進路板２４の下面に接
着された池の連結手段３８の方へ向かう平面波ベクトル
３４の方向に向かう波頭３５としてホログラム板から外
側へ向けて伝ばんする。

連結手段３８は波ベクトル３４と波頭３５とによって表
される平面波信号から球面波信号に変換してこの球面波
信号は連結手段３８を出て行く。この出て行く球面波は
光進路板２４の下側の面の下側に位置してレーザーダイ
オードアレイ２６とは別の同じ面内で存在している高速
度の光検出器アレイ３６によって検出される。光検出器
アレイ３６は球面波を電子信号に変換し、この電子信号
は■ＬＳＩチップ状をイ云ばんする。

第５図に示す光相互接続器２１は単一波長及び多重ｌ成
長システムのどちらにでも用いられる。単一波長システ
ムではたとえばレーザーダイオード２６によって供給さ
れる単一波長光波を含むクロック信号が連結手段２８に
よって光通銘板２４に連結されるあろう。ホログラム板
２２に」費遇することによって、この単一波長信号は製
造時において記録されたブラッグ平面セントに依存する
１０００個の別々の方向へ回折される。各回折された光
波はクロック信号を要求している他の異なる１゜００個
のチップや素子へ光信号を分配する高速度光検出器アレ
イ３６内の各検出器によって抽出される。この非常に多
数の相互接続は以下に述べる光相互接続器２１の平面体
積ホログラフィック構造によって得られる高度のブラッ
グ角度選択制によって可能となる。さらに電子時計の場
合において１ＧＨｚよりも高い周波数においてもクロッ
ク動作は低品質化しない。

多重波長応用の場合においてはたとえば第６図に示すよ
うな多重チャンネル波長分割マルチプレクサあるいはデ
マルチプレクサとして光接続器２１を利用できる。波長
λ１＋λ、＋λ３・・・λｎを有し、光通銘板４２を通
って多！■ホログラム板４４に達する光を含む複合多重
波か第６図に示されている。

複合多Ｉｎ波の保護の波長成分はそれぞれの連結手段の
方へ回折され、光通銘板４２から光ファイバー４３へ連
結される。多重ホログラム板４４はこの場合それぞれの
波長成分に対応している１夏数のブラッグ板のセットを
含んでいる。このブラッグ（反のセット４５は周知のｉ
ｉＪ造技術によって多重ホログラム板４４に別々に記録
される。それぞれのブラッグ板は単一のブラッググレイ
ティング板を有しそれぞれのホログラム板において、複
合多重波のうちのただ１つの波長に応答可能であり、そ
の波長の光信号を光通銘板４２上にある保護の位置光信
号を回折させ、各光信号は連結手段４６の様な個々の受
信素子によってピックアップされ、光ファイバー４３を
通して受信ＶＬＳＩの方へ送られる。

第７図に示した多重平面光接続器４９は相互に離れてか
つ平行な光通銘板５０．５２．５４を含んでいる。それ
ぞれは該当するノード５１，５３，５５．５７．５９に
配置された公知のＴＩＲや連結素子を備えている。光波
は連結手段による光通銘板に対して横切る方向の垂直面
内での平面上の体積ブラッグホログラム仮によって光通
銘板５０，５２．５４．５６の面内へ回折される。たと
えば信号波５１’はホログラム板５０’による光通銘板
内で回折された後、最上の光）ｍ銘板で右から左へ伝ば
んし、ノード５１に配置された連結手段に遭遇する。こ
の光波は垂直に下方に向けられて二段目の光通銘板５２
を通って第三段面の光通路数５４に配置されているノー
ド５５に配置されている連結手段に入る。ノード５５に
おける連結手段は光波５１’を右方向へ水平方向に回折
して光通銘板５４に沿って伝ばんさせる。同時に光通銘
板５２内を左から右へ伝ばんする光波５３°はノード５
３にある連結手段に遭遇し、下方向に回折して光通路数
５４を通って光通銘板５６内にあるノード５７に設けた
連結手段に達する。光波５３゛はその後ノード５７の連
結手段によって左方向へ回折して光通路数５６の最下段
に沿って光を伝ばんさせる。さらにレーザーダイオード
源５８から上向きに発生した光波は最下段の光通路数５
６と５４を通ってその直上で光通銘板５２にあるノード
５９に配置された連結手段と遭遇し、その光通銘板に沿
って右方向へ回折する。第７図に示すように極度に高度
で柔軟性のある相互接続が非常に小さなスペース内で光
接続器４９によって達成される。

」二連の各実施例は既ａの技術水準の光、ホログラム製
造技術を用いて作”Ｊ２できる。第８図において、光接
続のＬ（礎的段階か、この発明の光接続の作用を述べる
べく示されている。光接続器６２は光通路数６４内に配
置されるか、その底面に接ｉりされた信号源連結手段６
６を含む光通路数６４と、付随平面グレイティングヘク
トルを各ブラッグ面に対して直角な方向で垂直」二方に
指向させたホロダラム板６８と、２つの出力連結手段７
２と７４とを備えている。

レーザーダイオード（図示せず）からの光信号波は連結
手段６６を介して光通銘板６４に連結される。連結手段
６６を出る平面波は彼ベクトルとｆ皮頭６７によって特
徴づけられる。〆皮ベクトルと波頭６７によって特徴つ
けられた光波は光ベクトルと波頭７０に対応してホログ
ラム板６８によって一方向へ回折される。第２の波ヘク
トルと波頭７１は光波６７の非回折部に対応する。連結
手段７２の方へ伝ばんする回折波は平面波から球面波に
変換され、連結手段７２によって光通銘板６４外へ連結
される。

彼ベクトルと波頭７１て表される回折された光波は連結
手段７４の方へ伝ばんして、平面波から球面波に変換さ
れ、連結手段７４によって光通路数６４外へ連結される
。

光通銘板６４は標準の透明な光学導波器であり、細長く
方形状の低次元プロファイル形式をもち、好ましくはガ
ラス製である。シングルモード形式のものにおいては、
厚さは１０μｍである。ホログラム板６８は体積ホログ
ラムであり、好ましくは重クロム酸塩セラチン（ＤＣＧ
）にてなる。光接続器が薄い、平板状構造であるために
、光通銘板６４を横切って通る波の伝ばん構造はシング
ルモードであると仮定すると、固定されている。換言す
れば、通常の３次元波の動きは、Ｔ、　Ｊ　ａｎｎｓｏ
ｎ。

Ｉ　ｎ［ｏｒｍａＬｉｏｎ　ＣａｐａｃｉＬｙ　ｏｆ　
Ｂｒａｇｇ　Ｈｏｌｏｇｒａｍｓｉｎ　Ｔ’１ａｎａｒ
　０ｐｔｉｃｓ、　７１　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　０
ｐｔｉｃａｌＳｏｃ、　ｏｆΔｍＯｒ、　　３４２　（
１９８１）に記載されているように、２次元の動きに変
えられる。光通銘板６４の厚さか１０μｍ以」−になる
と、マルチモードとなる。後者の場合には多種の導波器
モードが光通銘板で受容される。もし光通銘板の厚さが
１００μｍ以上になれば連続モードとなる。

Ｖｅｒｂｅｒ　ｅｔ　ａｌ、、　　１０　Ｆｅｒｒｏｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　２５３　（１９７６）　ａｎｄ
　Ｖａｈｅｙ　ｅｔ　ａｌ、、　　１３９　Ｓ　ｉｇｎ
ａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｌ、ｌシ、　　＋５１　（
１９７６）は、ホログラム板６８の製作時に生じる導波
された２つの波間での干渉による板状ホログラムの記録
について記述している。

２次元平面波の場合におけるブラッグホログラムの記録
は、′Ｆ、　Ｊ　ａｎｎｓｏｎ、　　ｉｎ　Ｔ　ｎｆｏ
ｒｍａｔｉｏｎ　Ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｂｒａｇｇ
　Ｈｏｌｏｇｒａｍｓ　ｉｎ　Ｐｌａｎａｒ　０ｐｔｉ
ｃｓに記述されている。ＤＣＧホログラムの記録の光化
学と光学については“Ｔｏｐｐｉｃｓ　ｉｎ　Ａｐｐｌ
、　ＰｈｙｓＶｏｌ、２０１（ｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　
Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”（Ｉｌ、　
Ｓｍ１ｔｈ　Ｅｄ　１９７７）に記述されている。

上述のようにこれらの記述は本明細書に引用する。

ブラッグ厚さＴ１はホログラム板の光接続における重要
なパラメータである。ホログラム板６８が、光通銘板６
４を充たして、ホログラム板の最短辺の長さが好ましく
は１ｍｍ〜１ｃｍの範囲にあるとすると、ホログラムの
ブラッグ厚さ′「６であるとみなせる。重要なことは、
従来のブラッグホログラムはホログラムの周辺寸法では
な（、ホログラムの１１Ｂ積厚さにより制御されると考
えられている。

従来のブラッグホログラフィ−の堆積厚さは２０μｍか
ら３０μｍであり、明らかにブラッグホログラフィ−仮
の周縁寸法より、も小さい。それ故従来の場合における
よりも小さなブラッグ厚を生じる。」二連のＩ　ｎｆｏ
ｒｍａｔｉｏｎ　Ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｂ　ｒａｇ
ｇＨｏｌｏｇｒａｍｓ　ｉｎ　Ｐｌａｎｎｅｒ　０ｐｔ
ｉｃｓｌこｌ？己載されているように、ブラ、グ厚さは
２つのパラメータを決定するとともに、光接続器６２が
用意できる接続数に直接影響する。」二連の２つのパラ
メータはホログラム板６８のブラッグの角度選択性と、
波長選択性である。

情報チャンネル間ての不要のクロストークを起こす、隣
接ブランク板間の相互接続を避けるために、製造工程に
おいて、ホログラム板であるブランク板の記録をする間
に基準ビーム間に保たれなければならない最小角度へ〇
、によるブラッグ選択角によってブラッグ選択性が定め
られる。

最小ブラッグ選択角Δθ１．とホログラム板厚との関係からみて判るようにブラッグ厚Ｔ、か増加すると与えら
れた光の波長に対して最小ブラッグ選択角は減少する。

たとえばＴ、、−１ｃｍ、ｎ＝１．５５　（ＤＣＧ）、
λ−１μｍとすると、Δθｎ＜１０−’。単一波長の場
合これはＴ、が増すほどより独立した十ログラフイック
ブラッグ平面がホログラム板６８に記録できることを意
味する。

これによって、光学的接続を最小クロストークでＶＬＳ
　［素子間で行うことができる接続機構を用意できる。

多重波長の場合には接続性はで決まる波長選択性により定まる。

たとえばλ−１μｍに対してｎ＝１．５５．Δｎ−０゜
００１てΔλ＝０．６ｎｍである。

特殊な場合であるリップマンブラッグ（Ｌｉｐｐｍａｎ
　Ｂｒａｇｇ）ホログラムは式（１）と（２）に対して
、本発明の平板堆積ブラッグホログラムが用意できる接
続の数を予測するりツブマンブラッグホログラムは、ホ
ログラムの少なくとも１つの端縁に対して平行なブラッ
グ面を有している。

式（１）と（２）とは特にリップマンブラッグのホログ
ラムを拘束するけれども、両式はともに′Ｆ７．か増加
すると角度と波長の選択性は増加するので、ブラッグ反
射ホログラムをも−ＩＩＱに拘束する。最明にホログラ
ムの効率りはホログラムに入った入射光の何％か回折さ
れるかで決まる。ブラッグの場合には結合係数γで定ま
る。

ここでフケルニクス（Ｋｏｇｅｌｎｉｋ’　ｓ）の式て
はＤ　＝　ｔａｎｈ２７　　　　　　　　　　　（３）
と “１°””　　　　　　（７１）７＝　　λ である。

９９％のホログラフインク効率にり・ｉして、Ｄに９９
を代入ｒると、式（３）はγ−πとなる。。

（４）式のγにπを代入してを得る。この式はりツブマンブラッグホログラムにおけ
る極度に高い効率を維持するために、回折率変化分とブ
ラッグ厚さとのｆｌりを波長で割ったものは、ｌより太
き（なければならないことを意味している。与えられた
波長に対して、高い回折率を確保するにはΔｎが減少す
ると、Ｔが増加しなければならにことが判る。２次元ブ
ラ、グ厚さＴ、が従来のブラッグホログラムのＴ、より
も１０００倍大きいとすると、２次元における回折率変
化分は３次元の自由空間の回折率変化よりも１０００倍
小さい。それ故へ〇変化すると（２）式で定まる波長選
択性か変化する。（２）式における八〇か減少すると、
波長選択性が増加し、多重波長における光接続部が用意
できる接続数が増加する。

接続可能性が単一波長の場合は、（１）式で定まり、ま
た多重波長の場合には（２）式で定まりおよび効率が（
５）式で定まる。どの場合にも接続部６２の光の接続可
能性を向上するには′「、を増加しなければならないこ
とか解る。

これらの式によれば、単一波長の場合の接続では約１０
００個の接続が可能であり、また多重波長の場合でも約
１０００個の接続が可能である。

ホログラム板６２が光通銘板に配置される数か少なくな
ると、接続可能数は少なくなる。

第９図において、反射式光学接続器を示す。

この接続器は平板状の光通銘板８２と、平行なブラッグ
板８６を有するプラノグリップマンホログラム板８４と
を有する。ブラッグ板８６の垂直突起部分を８８で示し
ている。ＤＣＧホログラム板コーティング厚さは、光通
銘板８２の厚さｄ　（８１で示す）と同じである。換言
すれば、ホログラム板は光通銘板の垂直部分を満たして
いる。

ホログラム板８４へ入射する平面波ベクトル９０と波頭
９２はホログラム板で回折する。回折によって、波頭９
２は波ベクトル９４と９８を有する波頭９６と１００に
分けられる。波ベクトル９４で表される光ｌ皮は波ベク
トル９０で表される光波の回折部と反射部である。波ベ
クトル９８によって表される光波は波ベクトル９０て表
される光波の伝送された部分である。波ベクトル９４と
関連する波頭９６の垂直部分は、ホログラム板８４から
反射されるジグザグｌ皮である。ｒ皮ヘクトル９８と関
連する波頭１００の垂直突出部分はホログラム板８４を
】ＩＴ！るか、伝送される／グザグ波である。

波ベクトル９０と関連する原入射波頭９２の垂直突出部
分はジグザグ彼１０６である。第９図によればシングル
モードの場合においてのみもしホログラム板が、光通路
板厚ｄを満たすならば、式（５）に使われたホログラム
ブラッグ厚さＴ、はホログラムの最短辺の長さＴと同じ
である。他の場合には、Ｔ、＜Ｔならば、角度選択性、
波長選択性は式５にしたがって減少する。

第１０図を参照すると、この発明の基本的なファンアウ
ト光接続ホログラフィック光素子（ＨＯＥ）を示してい
る。平面光通路板＋１２におかれたホログラム板１１０
は、公知の技術で記録された曲がったブラッグ表面１１
４を有する。ホログラム１１１００曲かったブラッグ面
は入射光１１６を回折させ、焦点へむける。入射光１１
６の回折部分１１８は曲がったブラッグ面＋１４によっ
て合焦される。ホログラフィック光素子はファンアウト
だけではなく、焦点合わせや他のレンズと同様の機能を
示す。

ここに記載されていない本発明の例も、特許請求の範囲
に入るものは本発明の範囲内に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＶ　１．、　Ｓ　Ｉシステムに用いるチップ−
チップ間接続に用いる光接続器の一実施例を示す斜視図
、第２図は第１図に示した光接続器の内部を示す図、第
３図はこの発明の光接続器の内部を拡大して示した斜視
図、第４（ａ）図および第４（ｂ）図はそれぞれ円形波
と平面波を示す図、第５図はこの発明の光接続器の他の
実施例を示す斜視図、第６図は第１図に示した光接続器
を高チャンネル密度波長多重装置に用いた例を示す図、
第７図はこの発明の多層光接続器の一例を示す斜視図、
第８図は１対２のファンアウトの光接続器の例を示す斜
”ｆｌ１図、第９図はこの発明の光接続器の一部を破断
して示した図、第１Ｏ図はこの発明のホログラフ素子を
示した図である。ＩＯ・・・ＶＬＳ　［システム１１・・・冷却基板１２・・・光通銘板１３・・・ＶＬＳＩチップ１４・・・ホログラム板１５・・光−電子伝送器特許出願人　フィジカル・オプティクス・コーポレイシ
ョン

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力部と出力部とを有し、平面光波のための平面
状の光通路板と、光通路板に設けられ、上記平面光波を入力部から出力部
へ回折させる平面式体積ブラッグホログラムとを備えたことを特徴とする光接続器。
（２）ブラッグホログラムが重クロム酸塩ゼラチンであ
る請求１項記載の光接続器。
（３）光通路板はガラスである請求１項記載の光接続器
。
（４）光通路板と体積ブラッグホログラムは同じ種類の
光学材料を有し、ブラッグホログラムは増感されている
請求１項記載の光接続器。
（５）ホログラムは入力部からの光を出力部へ焦点合わ
せし、かつ回折する曲がったブラッグ表面を有する請求
１項記載の光接続器。
（６）ブラッグホログラムは出力部の所定部分へ単一波
長のクロック信号を回折させるブラッグ面を有する請求
１項記載の光接続器。
（７）ブラッグホログラムは出力部のそれぞれ独立した
部分へ多重波長光信号の各光成分を回折させるブラッグ
面を有する請求１項記載の光接続器。
（８）入力部と出力部とを有し、平面波用の平板状の光
通路と、３次元光波を平面状光通路へ入射させ３次元光波を平面
上光波に変換する３次元連結手段と、平面光通路に配置
された平面体積ブラッグホログラムと、入力部から出力部へ平面光波を回折させるブラッグ面を
有するホログラムと、回折された平面光波を３次元の光波に変換し、上記３次
元の光波を上記平面光通路へ出力する変換手段とを備え
たことを特徴とする光接続器。
（９）連結手段は全内部反射ホログラムである請求８項
記載の光接続器。
（１０）変換手段は全内部反射ホログラムである請求８
項記載の光接続器。
（１１）入力部と出力部とを有し、平面波用の平面状の
光通路と、入力部へ機能的に接続された３次元光源と、平面光通路
に配置された平面体積ブラッグホログラムと、入力部から出力部へ平面光波を回折させるブラッグ面を
有するブラッグホログラムと、機能的に出力手段に接続され、回折した平面光波を検出
する検出手段とを備えたことを特徴とする光接続器。
（１２）信号光源は光通路内には置かれていない請求１
１項記載の光接続器。
（１３）検出手段はフォトダイオードである請求１１項
記載の光接続器。
（１４）検出器は光通路面には置かれていない請求１１
項記載の光接続器。
（１５）信号光源はレーザーダイオードである請求１１
項記載の光接続器。
（１６）信号光源はＬＥＤである請求１１項記載の光接
続器。
（１７）それぞれ入力部と出力部とを有し平面光波を伝
達するための互いに離れた平行な平板状の光通路と、各
平板光通路に設けられ入力部からの平面光波を出力部の
平面光通路へ回折させてさらに１つの光通路において他
の光通路の手段へ回折させる手段を有することを特徴と
する光接続器。
（１８）複数のＶＬＳＩ素子と各素子間を接続する接続
手段とを備え、各素子を含んでいる平面状の光通路と、電子信号を光信
号に変換する手段と、光信号を平面上の光通路に連結させる入力手段と、平面光通路からの光信号を連結する出力手段と、入力手
段からの光信号を出力手段へ回折させる平板体積ホログ
ラム手段と、出力手段における光信号を各素子で使用できるように電
子信号に変換する手段とを備えたことを特徴とするＶＬ
ＳＩを含むシステム。
（１９）ＶＬＳＩ素子から発生する信号を接続する方法
であつて、電子信号を光信号に変換する工程と、光信号を光通路へ連結する工程と、複数のブラッグ面のセットを記録した平面体積ブラッグ
ホログラムを有し平面光通路に配置され、連結された光
信号を回折させる工程と、平面光通路外で回折した光信
号を連結させ、光信号を電子信号に変換する工程と、電子信号をＶＬＳＩ素子に向ける工程とを備えた方法。