JPH08136775A - 集光格子接続器アレイを利用したバック−ボード光信号連結モジュール - Google Patents
集光格子接続器アレイを利用したバック−ボード光信号連結モジュールInfo
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- JPH08136775A JPH08136775A JP6313862A JP31386294A JPH08136775A JP H08136775 A JPH08136775 A JP H08136775A JP 6313862 A JP6313862 A JP 6313862A JP 31386294 A JP31386294 A JP 31386294A JP H08136775 A JPH08136775 A JP H08136775A
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- grating
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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
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
-
- 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
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- G—PHYSICS
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- 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
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2848—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers having refractive means, e.g. imaging elements between light guides as splitting, branching and/or combining devices, e.g. lenses, holograms
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、超高速情報通信網や、コンピュー
ター構造におけるプロセシングボード間通信信号の分配
のためのバック−ボード連結モジュールにおいて、光学
技術を導入した光学的バック−ボード連結モジュールの
考案に関し、1%以内の光パワー分配均一度と99%の総
分配効率を有する優秀なバック−ボード光信号連結モジ
ュールの提供と、核心部品として使用される集光格子接
続器(FGC:Focusing Grating Coupler)アレイの設計
方式及びこれを利用して得られるFGC規格仕様の提供に
目的がある。 【構成】 本発明を通じて複数個のプロセシングボード
間の超高速信号連結のためのバック−ボード連結構造を
構成すると、数十個のデータバスラインと各ライン毎に
数ギガビット/秒(Giga bits/sec)以上の超高速で転
送される光信号を複数個のプロセシングボードに分配す
ることができるし、単位面積当りに集積されることので
きるデータ転送ラインの数も大いに向上させることがで
きる。
ター構造におけるプロセシングボード間通信信号の分配
のためのバック−ボード連結モジュールにおいて、光学
技術を導入した光学的バック−ボード連結モジュールの
考案に関し、1%以内の光パワー分配均一度と99%の総
分配効率を有する優秀なバック−ボード光信号連結モジ
ュールの提供と、核心部品として使用される集光格子接
続器(FGC:Focusing Grating Coupler)アレイの設計
方式及びこれを利用して得られるFGC規格仕様の提供に
目的がある。 【構成】 本発明を通じて複数個のプロセシングボード
間の超高速信号連結のためのバック−ボード連結構造を
構成すると、数十個のデータバスラインと各ライン毎に
数ギガビット/秒(Giga bits/sec)以上の超高速で転
送される光信号を複数個のプロセシングボードに分配す
ることができるし、単位面積当りに集積されることので
きるデータ転送ラインの数も大いに向上させることがで
きる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超高速情報通信網、又
はコンピューター構造でプロセシングボード間通信信号
の分配のためのバック−ボード連結モジュールにおい
て、光学技術を導入した光学的バック−ボード連結モジ
ュール(optical back-board interconnection modul
e)の考案に関するものである。
はコンピューター構造でプロセシングボード間通信信号
の分配のためのバック−ボード連結モジュールにおい
て、光学技術を導入した光学的バック−ボード連結モジ
ュール(optical back-board interconnection modul
e)の考案に関するものである。
【0002】
【発明の背景】超高速光情報通信網、又は超高速コンピ
ューター構造において複数個のプロセシングボード間超
高速信号連結のためのバック−ボード連結構造(back-b
oard interconnection scheme)に本発明モジュールが
活用されると、数十個のデータバスラインと各ライン毎
に数ギガビット/秒以上の超高速で転送される光信号を
複数個のプロセシングボードで分配することができるよ
うになる。
ューター構造において複数個のプロセシングボード間超
高速信号連結のためのバック−ボード連結構造(back-b
oard interconnection scheme)に本発明モジュールが
活用されると、数十個のデータバスラインと各ライン毎
に数ギガビット/秒以上の超高速で転送される光信号を
複数個のプロセシングボードで分配することができるよ
うになる。
【0003】一例に、現在我が国内でも開発されている
2.5ギガビット/秒級の光送受信技術を本発明のバック
−ボード連結モジュールに利用するならば、コンピュー
ター内に接続された複数個のインターフェースボード間
の通信速度を現在のメガ級(Mega bits/秒)速度から
ギガ級(Giga bits/秒)に高めることができるように
なる。
2.5ギガビット/秒級の光送受信技術を本発明のバック
−ボード連結モジュールに利用するならば、コンピュー
ター内に接続された複数個のインターフェースボード間
の通信速度を現在のメガ級(Mega bits/秒)速度から
ギガ級(Giga bits/秒)に高めることができるように
なる。
【0004】なお、光学的なデータ転送方式は隣接した
転送信号間の雑音発生効果が電気的なものに比べて殆ど
無視することができるので、単位面積当りに集積される
ことのできるデータ転送ライン数も大いに向上させるこ
とができる効果がある。
転送信号間の雑音発生効果が電気的なものに比べて殆ど
無視することができるので、単位面積当りに集積される
ことのできるデータ転送ライン数も大いに向上させるこ
とができる効果がある。
【0005】複数個のプロセシングボードの間に高速信
号を連結する機能を有するバック−ボード連結構造を光
学的に具現するにおいては、各ボードに分配される光パ
ワーの均一度と総分配効率(即ち、分配された各光パワ
ーの合計の割合)が非常に重要なパラメータとして知ら
れている。
号を連結する機能を有するバック−ボード連結構造を光
学的に具現するにおいては、各ボードに分配される光パ
ワーの均一度と総分配効率(即ち、分配された各光パワ
ーの合計の割合)が非常に重要なパラメータとして知ら
れている。
【0006】
【発明の概要】従って、本発明では1%以内の光パワー
分配均一度と99%の総分配効率を有する優秀なバック−
ボード光信号連結方式を考案するとともに、核心部品と
して使用された集光格子接続器(FGC:Focusing Gratin
g Coupler)アレイの設計方式及びこれを利用して得ら
れたFGC規格仕様を提示した。
分配均一度と99%の総分配効率を有する優秀なバック−
ボード光信号連結方式を考案するとともに、核心部品と
して使用された集光格子接続器(FGC:Focusing Gratin
g Coupler)アレイの設計方式及びこれを利用して得ら
れたFGC規格仕様を提示した。
【0007】
【実施例】図1は、本発明により考案された集光格子接
続器アレイを利用したバック−ボード光信号連結モジュ
ールの3次元構造図である。
続器アレイを利用したバック−ボード光信号連結モジュ
ールの3次元構造図である。
【0008】本モジュールの構成を見ると、バック−ボ
ード連結モジュールのボデーであるガラス基板(GLASS
SUBSTRATE)11、入力信号を連結モジュールのガラス
基板11に接続するために光導波路15に連結される入
力光繊維アレイ(INPUT FIBER ARRAY)12、各ボード
毎に連結モジュールから分配された光信号を検出して光
電集積回路ボード14に電気信号を出力するために上記
ガラス基板11とボード14との間に連結された光検出
器としてのフォトダイオード(PHOTODIODE)13、光電
集積回路(Opto-Electronic Integrated Circuit)を有
するプロセッサーボード(OEIC BOARD)14、光導波路
15を通じて転送される光信号を各ボード14に配分さ
せるために光導波路15の底面に設置された集光格子接
続器(FGC:Focusing Grating Coupler)アレイ(FGC1,F
GC2,FGCN)16、光繊維アレイ12を通じて入力された
信号をガラス基板11上に転送してFGCアレイ16から
信号が分配されるようにするため、その上面にガラス基
板11が設置され、その底面にFGCが設置される光導波
路(WAVEGUIDE)15等から構成されている。
ード連結モジュールのボデーであるガラス基板(GLASS
SUBSTRATE)11、入力信号を連結モジュールのガラス
基板11に接続するために光導波路15に連結される入
力光繊維アレイ(INPUT FIBER ARRAY)12、各ボード
毎に連結モジュールから分配された光信号を検出して光
電集積回路ボード14に電気信号を出力するために上記
ガラス基板11とボード14との間に連結された光検出
器としてのフォトダイオード(PHOTODIODE)13、光電
集積回路(Opto-Electronic Integrated Circuit)を有
するプロセッサーボード(OEIC BOARD)14、光導波路
15を通じて転送される光信号を各ボード14に配分さ
せるために光導波路15の底面に設置された集光格子接
続器(FGC:Focusing Grating Coupler)アレイ(FGC1,F
GC2,FGCN)16、光繊維アレイ12を通じて入力された
信号をガラス基板11上に転送してFGCアレイ16から
信号が分配されるようにするため、その上面にガラス基
板11が設置され、その底面にFGCが設置される光導波
路(WAVEGUIDE)15等から構成されている。
【0009】即ち、入力光繊維アレイ12から入力され
る入力光信号は光導波路15に有するFGC16によりOEI
Cボード14に分配されるように構成されている。
る入力光信号は光導波路15に有するFGC16によりOEI
Cボード14に分配されるように構成されている。
【0010】図2は、図1のモジュールの底面図であ
り、光繊維12から入射された光を導波路15内で平行
に進行させるために入力繊維アレイ12の末端近隣に設
置された導波路レンズ(WAVEGUIDE LENS)21、FGCア
レイ16により分配されなくて導波路15内に残った光
を吸収して除去させるため光導波路15の末端部に設置
された吸収層(ABSORPTION LAYER)22等が示されてい
る。
り、光繊維12から入射された光を導波路15内で平行
に進行させるために入力繊維アレイ12の末端近隣に設
置された導波路レンズ(WAVEGUIDE LENS)21、FGCア
レイ16により分配されなくて導波路15内に残った光
を吸収して除去させるため光導波路15の末端部に設置
された吸収層(ABSORPTION LAYER)22等が示されてい
る。
【0011】図2には4つの入力信号と4つのFGCアレ
イ,各々のFGCアレイ毎に5個(N=5)のFGCを有する場
合が図示されている。
イ,各々のFGCアレイ毎に5個(N=5)のFGCを有する場
合が図示されている。
【0012】入力光繊維12を通じて光導波路15に入
射された入力光信号は単一モード光波(single-mode wa
ve)であり、この光波は導波路レンズ21により平行光
にされた後、y軸方向に進行しながらN個のFGCによりガ
ラス基板11側に分配される。
射された入力光信号は単一モード光波(single-mode wa
ve)であり、この光波は導波路レンズ21により平行光
にされた後、y軸方向に進行しながらN個のFGCによりガ
ラス基板11側に分配される。
【0013】図3は、図1の連結モジュールの側面図で
ある。
ある。
【0014】図2で説明されたように、導波される光が
FGCによりθの角度で光検出器13側に分配されること
を示す。
FGCによりθの角度で光検出器13側に分配されること
を示す。
【0015】このように分配された光信号が均一な光強
さ(optical power)を有するためには各々のFGCが有す
る分配効率(η1,η2,η3,ηNで図4に示されている)
が次の数1のような関係式を満たさなければならない。
さ(optical power)を有するためには各々のFGCが有す
る分配効率(η1,η2,η3,ηNで図4に示されている)
が次の数1のような関係式を満たさなければならない。
【0016】
【数1】
【0017】図5は、図4又は図1の1次元FGCアレイ
の中から一つのFGCに対する構造図である。
の中から一つのFGCに対する構造図である。
【0018】長さがLで、導波路(WAVEGUIDE)内で進行
される信号光波が単一モードであるTEoモード(TEoMOD
E)で、入力信号光波の導波路内における進行角度はθ
o、一回の光波とFGCとの接触によりガラス基板(SUBSTR
ATE)側に分配された光の量はSq、ガラス基板側に分配
された光の進行角度はθq、一回の光波とFGCとの接触に
より空気中(AIR)に分配された光の量はCq、一回の光
波とFGCとの接触で外部に分配されなくて導波路内をそ
のまま進行する光の量はtというように表記されてお
り、FGCの格子周期はA、FGCの一つの格子周期内で格子
媒質の長さが占める比率はD、そして、格子媒質の厚さ
はhと表記されている。
される信号光波が単一モードであるTEoモード(TEoMOD
E)で、入力信号光波の導波路内における進行角度はθ
o、一回の光波とFGCとの接触によりガラス基板(SUBSTR
ATE)側に分配された光の量はSq、ガラス基板側に分配
された光の進行角度はθq、一回の光波とFGCとの接触に
より空気中(AIR)に分配された光の量はCq、一回の光
波とFGCとの接触で外部に分配されなくて導波路内をそ
のまま進行する光の量はtというように表記されてお
り、FGCの格子周期はA、FGCの一つの格子周期内で格子
媒質の長さが占める比率はD、そして、格子媒質の厚さ
はhと表記されている。
【0019】入射されて導波路内を平行に進行する単一
モード光波が、一つのFGCと複数回接触しながら光信号
を分配するが、接触回数Mは次の数2により与えられ
る。
モード光波が、一つのFGCと複数回接触しながら光信号
を分配するが、接触回数Mは次の数2により与えられ
る。
【0020】
【数2】
【0021】図6は、図1又は図4の1次元FGCアレイ
において、N=10,20,50である場合の、分配される光を均
一にするためのFGCの分配効率(out-coupling efficien
cy:OCE)分布図及びFGC長さ(L)による分配効率変化
量等を示す図表である。
において、N=10,20,50である場合の、分配される光を均
一にするためのFGCの分配効率(out-coupling efficien
cy:OCE)分布図及びFGC長さ(L)による分配効率変化
量等を示す図表である。
【0022】この時、FGCが有する格子は図5で定義さ
れたD値が0.5で、hが50nmである場合である。
れたD値が0.5で、hが50nmである場合である。
【0023】FGC長さが長くなる程分配効率が96%まで
増加されることがわかる。また、N/2個までのFGCの分配
効率〜0.2、即ち、20%より小さい場合にのみ均一な光
信号分配がなされる。
増加されることがわかる。また、N/2個までのFGCの分配
効率〜0.2、即ち、20%より小さい場合にのみ均一な光
信号分配がなされる。
【0024】ところが、大部分の場合、FGCの長さが数
十μmしかならないため、光検出器(PHOTODIODE)に分
配される光信号の分布面積が非常に大きくなる。
十μmしかならないため、光検出器(PHOTODIODE)に分
配される光信号の分布面積が非常に大きくなる。
【0025】一例として、ガラス基板の厚さが10mmで、
FGCの長さが20μmである時、光信号の分布直径は約1m
mになるので、光信号検出効率が低下し、入力光信号間
の距離が1mm以上離れなければならないので分配される
ことのできる入力光信号の個数が限定されることにな
る。
FGCの長さが20μmである時、光信号の分布直径は約1m
mになるので、光信号検出効率が低下し、入力光信号間
の距離が1mm以上離れなければならないので分配される
ことのできる入力光信号の個数が限定されることにな
る。
【0026】即ち、入力光信号の集積度は1mm当り最大
限1個となる。
限1個となる。
【0027】従って、このような信号集積度を高めるた
めには光検出器(PHOTODIODE)に分配される光信号の分
布直径を減らすことが必要である。
めには光検出器(PHOTODIODE)に分配される光信号の分
布直径を減らすことが必要である。
【0028】本発明では分布直径を減らす方法として、
D値(FGCの一つの格子周期内で格子媒質の長さが占める
比率)を図6における0.5以外に複数個を選択する方法
を考案した。
D値(FGCの一つの格子周期内で格子媒質の長さが占める
比率)を図6における0.5以外に複数個を選択する方法
を考案した。
【0029】図7に図4の1次元FGCアレイでN=10であ
る場合、光検出器(PHOTODIODE)に分配される光信号の
分布直径を100μm以下に減らすために3種のD値(0.5,
0.8,0.9)を使用し、この時の各々のFGCの長さが図示さ
れている。
る場合、光検出器(PHOTODIODE)に分配される光信号の
分布直径を100μm以下に減らすために3種のD値(0.5,
0.8,0.9)を使用し、この時の各々のFGCの長さが図示さ
れている。
【0030】図7に有する10個の点から表記された各FG
CのD値及び長さを見ると、一番目FGC(n=1)から順に、
(D=0.9,L=180μm),(D=0.9,L=205μm),(D=0.9,
L=245μm),(D=0.9,L=280μm),(D=0.9,L=345μ
m),(D=0.9,L=440μm),(D=0.9,L=500μm),
(D=0.8,L=200μm),(D=0.8,L=410μm),(D=0.5,
L=500μm)等で与えられる。
CのD値及び長さを見ると、一番目FGC(n=1)から順に、
(D=0.9,L=180μm),(D=0.9,L=205μm),(D=0.9,
L=245μm),(D=0.9,L=280μm),(D=0.9,L=345μ
m),(D=0.9,L=440μm),(D=0.9,L=500μm),
(D=0.8,L=200μm),(D=0.8,L=410μm),(D=0.5,
L=500μm)等で与えられる。
【0031】このような10個のFGCの総分配効率は99.1
%で、分配光量の均一度は1%以内であった。
%で、分配光量の均一度は1%以内であった。
【0032】
【発明の効果】上記の如く構成された本発明モジュール
が超高速光情報通信網、又は超高速コンピューター構造
において複数個のプロセシングボード間超高速信号連結
のためのバック−ボード連結構造(back-board interco
nnection scheme)に活用されると、数十個のデータバ
スラインと各ライン毎に数ギガビット/秒(Giga bits
/sec)以上の超高速で転送される光信号を複数個のプ
ロセシングボードに分配することができるようになる。
が超高速光情報通信網、又は超高速コンピューター構造
において複数個のプロセシングボード間超高速信号連結
のためのバック−ボード連結構造(back-board interco
nnection scheme)に活用されると、数十個のデータバ
スラインと各ライン毎に数ギガビット/秒(Giga bits
/sec)以上の超高速で転送される光信号を複数個のプ
ロセシングボードに分配することができるようになる。
【0033】なお、光学的なデータ転送方式は隣接した
転送信号間の雑音発生効果が電気的であることに比べて
殆ど無視することができるので、本発明により単位面積
当りに集積されることのできるデータ転送ラインの数も
大いに向上させることができる効果を奏する。
転送信号間の雑音発生効果が電気的であることに比べて
殆ど無視することができるので、本発明により単位面積
当りに集積されることのできるデータ転送ラインの数も
大いに向上させることができる効果を奏する。
【図1】本発明による集光格子接続器アレイを利用した
バック−ボード光信号連結モジュールの3次元構造図で
ある。
バック−ボード光信号連結モジュールの3次元構造図で
ある。
【図2】図1の底面図である。
【図3】図1のモジュールの側面図である。
【図4】導波路内を進行する光が1次元にアレイされた
N個のFGCから分配される時、分配される光の強さが均一
になるためのFGCの分配効率η1,η2,η3,…,ηNを
示す図である。
N個のFGCから分配される時、分配される光の強さが均一
になるためのFGCの分配効率η1,η2,η3,…,ηNを
示す図である。
【図5】図4の1次元FGCアレイの中の一つのFGCの構造
図である。
図である。
【図6】図4の1次元FGCにおいて、N = 10,20,50で
ある場合、分配される光の強さが均一になるためのFGC
の分配効率(out-coupling efficiency:OCE)の分布及
びFGC長さ(FGC length)による分配効率変化量等を示
す図である。
ある場合、分配される光の強さが均一になるためのFGC
の分配効率(out-coupling efficiency:OCE)の分布及
びFGC長さ(FGC length)による分配効率変化量等を示
す図である。
【図7】N=10の時、図4の1次元FGCの長さとD(各FGC
の一つの格子周期内で格子媒質の長さが占める比率)を
示す図である。
の一つの格子周期内で格子媒質の長さが占める比率)を
示す図である。
11 ガラス基板 12 入力光繊維アレイ 13 光検出器 14 光電集積回路ボード 15 光導波路 16 集光格子接続器アレイ 21 導波路レンズ 22 吸収層
Claims (4)
- 【請求項1】 バック−ボード連結モジュールのボデー
であるガラス基板(Glass Substrate)(11)、入力信
号を連結モジュールの上記ガラス基板(11)に接続する
ために光導波路に連結される入力光繊維アレイ(Input
Fiber Array)(12)、各ボード毎に連結モジュールか
ら分配された光信号を検出して光電集積回路ボード(OE
IC Board)(14)に電気信号を出力するために上記ガラ
ス基板とボードの間に連結された光検出器(Photo Diod
e)(13)、光繊維アレイを通じて入力された信号をガ
ラス基板上に転送し、集光格子接続器アレイから信号が
分配されるようにするためその上面に上記ガラス基板が
設置され、その底面に集光格子接続器が設置される光導
波路(Waveguide)(15)、及び上記光導波路を通じて
転送される光信号を各ボードに分配させるために光導波
路の底面に設置される集光格子接続器(FGC:Focusing
Grating Coupler)アレイ(16)、を備えるバック−ボ
ード光信号連結モジュール。 - 【請求項2】 上記光導波路(15)は、入射された光を
光導波路内で平行に進行させるために上記入光繊維アレ
イ(12)の近所に設置される導波路レンズ(Waveguide
Lense)(21)、及びFGCアレイにより分配されなくて光
導波路内に残った光を吸収して除去させるため上記光導
波路の末端部に設置される吸収層(Absorption Layer)
(22)を含む、請求項1記載のバック−ボード光信号連
結モジュール。 - 【請求項3】 上記集光格子接続器(FGC)アレイ(1
6)は、一集光格子接続器の一格子周期内で格子媒質の
長さが占める比率を複数個選択することを特徴とする、
請求項1記載のバック−ボード光信号連結モジュール。 - 【請求項4】 上記集光格子接続器(FGC)アレイ(1
6)は、一集光格子接続器の一格子周期内で格子媒質の
長さが占める比率(D)及び上記集光格子接続器の長さ
(L)について、これらD,Lが一番目集光格子接続器
(n=1)から順に、(D=0.9,L=180μm),(D=0.9,L=20
5μm),(D=0.9,L=245μm),(D=0.9,L=280μ
m),(D=0.9,L=345μm),(D=0.9,L=440μm),
(D=0.9,L=500μm),(D=0.8,L=200μm),(D=0.8,
L=410μm),(D=0.5,L=500μm)で与えられることを
特徴とする、請求項1記載のバック−ボード光信号連結
モジュール。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019940029914A KR0162753B1 (ko) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | 집광격자 접속기 어레이를 이용한 백-보드 광신호 연결모듈 |
KR94-29914 | 1994-11-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08136775A true JPH08136775A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=19397928
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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