WO2023224109A1 - 光処理システム - Google Patents
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
Definitions
- the present invention relates to an optical processing system.
- PLCs planar lightwave circuits
- AWGs arrayed waveguide gratings
- AWG integrated arrayed wavelength grating
- the first set of waveguides is a set of optical amplifiers doped with rare earth ions.
- the second set of waveguides are multiplexers or demultiplexers, such as arrayed wavelength gratings (AWGs).
- the set of optical amplifiers and the AWG are interconnected via waveguides formed in the optical integrated circuit.
- Other elements on the optical integrated circuit are connected to a set of optical amplifiers and an AWG via optical fibers.
- the AWG's spectral response is modified to compensate for the AWG's spectral gain.
- the length of the individual optical amplifiers in a set of optical amplifiers may be varied to provide a constant power distribution across the channel.
- the optical integrated circuit further includes a pump coupler for connecting the pump source to the set of optical amplifiers.
- Japanese Patent Publication No. 2019-159075 describes that a small optical device using an optical integrated circuit (optical IC) achieves skew adjustment and optical loss reduction to improve the output characteristics of the optical device. ing.
- This optical device includes an optical integrated circuit that has a modulating section and a light receiving section and transmits and receives optical signals through a plurality of channels, and a wiring board that transmits electrical signals between the optical integrated circuit and the modulating section.
- the first optical waveguide from the output of the optical integrated circuit to the output port of the optical integrated circuit, and the second optical waveguide from the input port of the optical integrated circuit to the input of the light receiving section, the optical waveguide is the shortest in each of the plurality of channels.
- the wiring board has a plurality of electrical wirings corresponding to the plurality of channels, and the lengths of the plurality of electrical wirings compensate for the difference in length of the optical waveguide between the plurality of channels. The length is set.
- Japanese Patent Publication No. 2020-52269 provides an optical chip in which an optical functional element with suppressed characteristic deterioration is formed, and an optical integrated circuit and optical module that can be manufactured at a good yield by integrating this chip. It is stated that This optical chip is configured as an optical chip in which an optical functional element composed of an optical waveguide is formed.
- the optical chip has a rectangular shape when viewed from above, having first and second sides that are parallel to each other, and third and fourth sides that are orthogonal to the first and second sides.
- the widths of the first side and the second side are designed with predetermined specific dimensions.
- One or more input/output ports are formed in one or both of the first end on the first side and the second end on the second side.
- the input/output ports are formed at unique positions predetermined according to the number of input/output ports with respect to the width of the first side or the second side.
- Japanese Patent Publication No. 2009-42469 describes an optical module in which optical wiring patterns and electrical wiring patterns can be easily created, a method for manufacturing the optical module, an optical/electronic composite circuit configured using the optical module, and It is described that a manufacturing method thereof is provided.
- This optical module consists of a circuit board on which an electrical wiring pattern is formed, and a plurality of optical modules arranged and mounted on the electrical wiring pattern with a receiving part and a receiving part guide combined, and two optical modules. An optical connection is made between two adjacent entrances and exits formed on the contact surface of the circuit board through an optical connection part formed by applying and curing an optical connection adhesive. Electric wiring is formed by the bottom electrode of the module, and optical wiring is formed by the optical waveguide of the optical module.
- a wide variety of devices are provided that perform light-related processing. Furthermore, devices with integrated circuits (optical integrated circuits, optical ICs, optical chips), devices with integrated image sensors, and the like are provided. Furthermore, an optical module is also provided in which a plurality of optical modules are connected to form an optical integrated circuit. The functions provided as these devices can be assembled and used as a spectrometer or other device. On the other hand, even for spectrometers, different optical circuits are required depending on specifications such as input wavelength range and resolution, and a wide variety of spectrometers are provided. There is a need for a system that allows optical circuits suitable for various uses to be easily assembled and customized depending on the user or application.
- One aspect of the present invention is to connect a plurality of optical chips (optical integrated elements, optical integrated devices) each having an optical circuit section for predetermined processing so as to be optically exchangeable via a plurality of optical interfaces.
- This is an optical processing system (optical processing device) having an optical circuit platform that constitutes one optical circuit.
- the optical circuit platform includes a plurality of identification interfaces that obtain information related to the specifications of the plurality of optical chips connected to the plurality of optical interfaces from each of the plurality of optical chips, and the optical processing system further includes a first optical It has an output interface that reconfigures the processing results obtained through the circuit based on information obtained through the plurality of identification interfaces and outputs the result.
- This optical processing system has a layer (first layer) that connects multiple optical chips to form a circuit, and the meaning of the optical circuit formed by multiple optical chips by acquiring the conditions of those optical chips. (second layer).
- the optical circuit platform allows selecting optical chips containing optical circuits suitable for various uses, and easily assembling and customizing the first optical circuit according to the user or application. Further, information related to the specifications of the plurality of optical chips constituting the first optical circuit is automatically obtained via an identification interface connected with the optical interface, and processing results obtained via the first optical circuit are obtained. By reconfiguring, it is possible to automatically output processing results that match the specifications of the optical chip that constitutes the first optical circuit.
- Information related to the specifications of the optical chip may be obtained directly from the optical chip, or may be obtained indirectly from an internal or external library (on the cloud) via identification information obtained from the optical chip. Good too. Further, the specifications may include attributes such as individual differences between individual optical chips. Therefore, the present invention can provide a plug-and-play type optical processing system that allows a desired optical circuit to be easily assembled, customized, and reconfigured using optical chips.
- An example of the plurality of optical chips constituting the first optical circuit is an AWG (arrayed waveguide analysis grating) chip, an input interface chip that inputs light to be separated by the AWG chip, and an input interface chip that inputs light to be separated by the AWG chip. It includes an image sensor chip that detects. It may also include a connection interface chip that optically connects the AWG chip and the image sensor chip.
- This optical processing system includes information related to the scattered image obtained by the image sensor chip (processing result of the first optical circuit), information including the wavelength band of light to be separated by the AWG chip, and the resolution of the image sensor. It can be reconstructed based on the information, and in combination with the scattering image and intensity, a spectrum with a predetermined resolution in a predetermined wavelength band can be output as a processing result.
- the optical circuit platform may include connection circuitry for connecting multiple optical chips via multiple optical interfaces, and the optical processing system may further include connection circuitry for connecting multiple optical chips via multiple identification interfaces. It may also have a connected environment control device (optical circuit control platform) that reconfigures the circuit.
- the optical processing system includes an environment measurement device (environment measurement sensor) that detects the operating environment of the optical circuit platform, including temperature, and an operating environment control device that adjusts the operating environment, including the temperature, of the optical circuit platform to predetermined conditions. You may.
- the optical processing system includes an environment measurement device that detects the operating environment of the optical circuit platform including temperature, and a fluctuation suppression control device that reconfigures at least one of the processing result and the connected circuit based on the measured operating environment. You may.
- the optical processing system may include an optical circuit testing device that inputs a conditioned optical signal to verify characteristics of a first optical circuit configured on the optical circuit platform. Further, it may include a self-tuning device that reconfigures at least one of the processing result of the first optical circuit and the connection circuit based on the self-check result.
- the present invention includes an optical processing system having a plurality of optical chips forming a first optical circuit.
- Another aspect of the present invention is to connect a plurality of optical chips each having an optical circuit section for predetermined processing so as to be optically exchangeable via a plurality of optical interfaces, thereby forming a first optical circuit.
- 1 is a method for controlling an optical processing system having an optical circuit platform comprising:
- the optical circuit platform includes a plurality of identification interfaces that obtain information related to the specifications of the plurality of optical chips connected to the plurality of optical interfaces from each of the plurality of optical chips, and the method includes: This includes reconfiguring and outputting the processing results obtained through multiple identification interfaces based on information obtained through a plurality of identification interfaces.
- the optical circuit platform may include a connection circuit for connecting the plurality of optical chips via the plurality of optical interfaces, and the method further includes connecting the connection circuit based on the information obtained through the plurality of identification interfaces. It may also include reconfiguring.
- the optical processing system may include an environmental measurement sensor that detects an operating environment of the optical circuit platform, including temperature, and the method may include adjusting the operating environment, including temperature, of the optical circuit platform to a predetermined condition. .
- the method may include reconfiguring the processing result and/or the connected circuit based on the measured operating environment.
- the method may also include performing a self-check by inputting an optical signal adjusted to check the characteristics of the first optical circuit. Reconfiguring and outputting the processing results of the method may include further reconfiguring the processing results based on the results of the self-check.
- control methods may be provided directly as a program (program product) for controlling the computer resources of the optical processing system, or by being recorded on a suitable recording medium.
- FIG. 1 is a block diagram showing an example in which a spectrometer is installed as an example of the optical processing system of the present invention.
- FIG. 3 is a block diagram showing another example in which different spectrometers are implemented as an example of the optical processing system of the present invention.
- FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a LIBS measurement device. 3 is a flowchart illustrating an example of a method for controlling an optical processing system.
- FIG. 1 shows, as an example of a light processing system, the configuration of a customizable spectrometer (smart spectrometer, system) 1 that can easily provide spectrometers with specifications depending on the application.
- This optical processing system (system) 1 includes optical devices 31 to 35 in which optical circuit sections 31c to 35c for predetermined processing are chipped or integrated, respectively.
- An example of these chip devices (optical chips, optical chips, optical integrated circuits, optical ICs) 31 to 35 includes an AWG chip 31 including an AWG (arrayed waveguide analysis grating) 31c as an optical circuit section, and a spectroscopy using the AWG chip 31.
- AWG chip 31 including an AWG (arrayed waveguide analysis grating) 31c as an optical circuit section, and a spectroscopy using the AWG chip 31.
- the interface chip 32 is an input interface chip that inputs light for the purpose of processing, and can integrate elements as a waveguide and an optical amplifier as an optical circuit section 32c, and detects light separated by the AWG chip 31.
- An image sensor chip 33 that includes an image sensor as an optical circuit section 33c, and a connection interface chip that includes a function as a waveguide and/or a filter that optically connects the AWG chip 31 and the image sensor chip 33 as an optical circuit section 34c.
- 34 and a self-check chip 35 including a laser module that generates test (self-check) light as an optical circuit section 35c.
- the system 1 includes an optical circuit platform (first layer, optical integrated platform) 10 including optical interfaces 11 to 15 to which these optical chips 31 to 35 can be optically connected in a detachable manner.
- the optical interfaces 11 to 15 are identification interfaces (information collection interfaces, electronic interfaces) 21 to 25 that acquire characteristic information including specifications of each optical chip 31 to 35 or identification information corresponding thereto via optical signals or electrical signals. It may also include the function of Further, the optical circuit platform 10 may include a connection circuit 105 for connecting a plurality of optical chips 31 to 35 via a plurality of optical interfaces 11 to 15. This connection circuit 105 may have a function of changing or reconfiguring (rearrangement, reconfiguration) the connection method, order, branching, delay, etc. of some or all of the plurality of optical interfaces 11 to 15. good.
- An example of the AWG chip 31 uses a planar lightwave circuit (PLC) made of a quartz-based material, but it may also be made of a semiconductor material.
- PLC planar lightwave circuit
- An example of the input interface 32 is an optical chip that includes a function of receiving an optical signal via an optical fiber 32a, and is a part of a circuit element for connecting to the AWG, such as an input slab waveguide for connecting to the AWG chip 31, or All of them may be included as the optical circuit section 32c, and some or all of these circuit elements may be provided by the connection circuit 105 of the optical circuit platform 10.
- the image sensor chip 33 may include an array including an image sensor (image element) such as a CCD or CMOS as an optical circuit section 33c.
- connection interface chip 34 may include a circuit element for connection with the AWG, such as an output side slab waveguide for connecting the AWG chip 31 and the image sensor chip 33, as an optical circuit section 34c, and controls the resolution. It may also include an autofocus function for The functionality of the connection interface chip 34 is provided by the connection circuit 105 of the optical circuit platform 10, and the connection interface chip 34 may be omitted.
- these optical chips 31 to 34 are removably connected via the removable optical interfaces 11 to 14 of the optical circuit platform 10, and have a desired function (in this example, a function as a spectrometer).
- An optical circuit (first optical circuit) 101 is configured to accomplish this.
- the laser module 35c mounted on the self-check chip 35 is a semiconductor laser module or a fiber-by-laser module, which is capable of handling all of the input wavelengths of the optical circuit 101 scheduled to be configured as a spectrometer in the system 1. It may be one that outputs a wavelength, or it may be one that provides only partial or central wavelength light.
- the self-check chip 35 functions as an optical circuit test device that inputs an optical signal adjusted to check the characteristics of the first optical circuit 101 and checks its history. The test light from the self-check chip 35 is provided to the AWG chip 31 via the input interface chip 32 and the connection circuit 105 of the platform 10, and it is checked whether the expected output is obtained from the optical circuit 101. Verified regularly.
- the optical processing system 1 further includes a control platform (second layer, optical circuit control platform, control device, digital processing device) 20.
- An example of the control platform 20 is a digital processing device that includes computer resources such as a CPU and memory, and a program (program product) 49 implements predetermined functions.
- the control platform 20 performs a chip identification process to obtain characteristic information including specifications of the optical chips 31 to 35 connected to the optical circuit platform 10 via the identification interfaces 21 to 25, or identification information of optical chips related to the characteristic information.
- Functions (chip identification device, chip information acquisition function, chip information acquisition device) 41 are included.
- the optical interfaces 11-15 for connection may also serve as the identification interfaces 21-25.
- Each optical chip 31-35 may be provided with a different optical interface functioning as an identification interface 21-25, and may also be provided with a digital interface (electronic interface).
- the characteristic information of each chip 31 to 35 may be stored in each chip 31 to 35 as an optical signal or digital information, and may be acquired by the identification interface 21 to 25.
- Each chip 31 to 35 holds only identification information such as a type number and a serial number, and a chip identification function 41 includes the specifications of each chip 31 to 35 from the identification information via a library (database) 42 held in advance. Characteristic information 48 may also be acquired.
- the chip identification function 41 may connect to the cloud (Internet) via the communication device 60 and obtain characteristic information including specifications of each chip 31 to 35 based on identification information from an external server.
- the system 1 further includes an operating environment measurement device (environment measurement sensor, third layer) 70 that detects the operating environment of the optical circuit platform 10, including temperature, and an operating environment that controls the operating environment of the optical circuit platform 10. It has a control device 50.
- An example of the operating environment control device 50 is a heater and/or cooling device (such as a piezo element) that may keep the operating temperature of the optical circuit platform 10 constant at all times, such as at a predetermined temperature above the expected ambient temperature. The value may be held constant.
- the operating environment measuring device 70 includes an acceleration sensor, a barometric pressure sensor, etc.
- the operating environment control device 50 may include an earthquake resistance function, a vibration isolation function, a pressure adjustment function, etc.
- the system 1 further includes a communication device (communication layer, communication device) 60 that communicates with the outside.
- the communication device 60 includes a function of providing information generated by the control platform 20 to an external application. It may also include a function of acquiring information for initializing the system 1 from an external application and transmitting it to the control platform 20.
- the control platform 20 reconfigures the processing results obtained via the first optical circuit (spectrometer) 101 configured in the optical circuit platform 10 based on the information 48 obtained via the plurality of identification interfaces 21 to 25. It includes an output interface 43 for outputting.
- the output interface 43 acquires the data acquired by the image sensor chip 33 via the optical interface 13 or the identification interface 23, and reconfigures the data under conditions that match the characteristic information including the specifications of the AWG chip 31 and the image sensor chip 33. processing, rearrangement) and output via the communication device 60 as spectrum data necessary for the application to which this system 1 is connected.
- the output interface 43 outputs information related to the scattered image obtained by the image sensor chip 33 (processing result of the first optical circuit 101), information including the wavelength band of light to be separated by the AWG chip 31, and information related to the scattered image obtained by the image sensor chip 33. 33c, and in combination with the image and intensity of the scattering image, a spectrum of a predetermined wavelength band and a predetermined resolution can be output as a processing result of the first optical circuit 101. Can be done.
- the output interface 43 may have a function as a fluctuation suppression control device 43a that reconfigures the processing results of the first optical circuit 101 based on the operating environment measured by the environment measurement device 70. Variations in each chip due to environmental changes such as temperature that cannot be covered by the operating environment control device 50 may be corrected (compensated), and the power consumption of the operating environment control device 50 is reduced and processing results are corrected (compensated) by software. You can do it like this.
- the control platform 20 includes a self-check device (self-check function) 45 that checks the characteristics of the first optical circuit 101 configured on the optical circuit platform 10 using an optical circuit test device implemented by a self-check chip 35. may be provided.
- the output interface 43 also has a function as a self-tuning device 43b that reconfigures the processing results of the first optical circuit 101 based on the self-check results of the optical circuit test device implemented by the self-check chip 35. It's okay.
- the control platform 20 functions as a connection environment control device (circuit reconfiguration device) 44 that reconfigures the connection circuit 105 of the optical circuit platform 10 based on information 48 acquired via the plurality of identification interfaces 21 to 25. You may be prepared.
- the circuit reconfiguration device 44 may have a function as a fluctuation suppression control device 44a that reconfigures the connection circuit 105 based on the operating environment measured by the environment measurement device 70. Further, the circuit reconfiguration device 44 may have a function as a self-tuning device 44b that reconfigures the connection circuit 105 based on the self-check results of the optical circuit test device implemented by the self-check chip 35.
- An example of the first optical circuit 101 implemented in the system 1 is a spectrometer.
- systems related to measurement or monitoring devices include OES (Optical Emission Spectrometer), LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy), CARS (coherent anti-Stokes Raman spectroscopy/scattering), Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy equipment, non-invasive, extracorporeal, intracorporeal).
- OES Optical Emission Spectrometer
- LIBS Laser Induced Breakdown Spectroscopy
- CARS coherent anti-Stokes Raman spectroscopy/scattering
- Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy equipment non-invasive, extracorporeal, intracorporeal.
- the control platform 20 can automatically configure the connection circuit 105 with circuitry appropriate to the specifications given by the optical chips 31 - 34 connected to the optical circuit platform 10 . Also, the pre-installed connection circuit 105 of the optical circuit platform 10 is edited or reconfigured to match the given specifications based on the characteristic information 48 obtained through the identification interfaces 21 to 24, and output to the application. You may also do so.
- connection circuits 105 provided in the optical circuit platform 10 may be the same.
- the connection circuits 105 may be reconfigured or selected depending on the application or specification. The control can be performed by the control platform 20.
- the control platform 20 may include a function 43a that reconfigures the processing results of the first optical circuit 101 configured in the optical circuit platform 10 according to the operating environment detected by the environment measuring device 70.
- the characteristics or performance of the optical circuit parts 31c to 34c mounted on the optical chips 31 to 34 may depend on temperature, and the degree of dependence may vary depending on the optical chip connectable to the optical circuit platform 10.
- the control platform 20 is capable of directly or indirectly acquiring the characteristics of the individual optical chips, including temperature dependence, via the identification interfaces 21 to 24, and is capable of acquiring the characteristics of the individual optical chips, including the temperature dependence, through the optical circuit 101 configured in the system 1. It becomes possible to appropriately control the output of the
- the control platform 20 may include an environment control function that controls the operating environment of the optical circuit platform 10 via an environment control device 50 such as a heater.
- the control platform 20 may have an optical test function (self-check function) 45 that inputs an optical signal adjusted to check the characteristics of the optical circuit 101 configured on the optical circuit platform 10. For example, test light is adjusted using the laser module 35c of the self-check chip 35, inputted via the connection circuit 105 of the optical circuit platform 10 under the same conditions as the measurement light, and the results are displayed as scheduled. You may also check the results.
- the output interface 43 of the control platform 20 corrects (finely adjusts and reconfigures) the data obtained by the image sensor chip 33 to further improve the performance of the spectrometer implemented as the first optical circuit 101 and stabilize it. It is possible to make it possible to use it.
- FIG. 2 is a block diagram showing different examples of the optical processing system 1.
- Each optical chip 31-35 connected to the optical circuit platform 10 may be a chip that includes a general-purpose optical interface 16-19 that can be optically coupled to an adjacent chip.
- a first optical circuit 101 including a predetermined optical circuit may be configured on the optical circuit platform 10.
- the optical circuit platform 10 includes identification interfaces (information interfaces) 21-25 for obtaining individual characteristic information of each optical chip 31-35. Therefore, the control platform 20 can directly or indirectly acquire characteristic information including the specifications of the optical chips 31 to 35 forming the first optical circuit 101, as described above. Therefore, the output of the first optical circuit 101 (output of the image sensor chip 33) can be reconfigured according to the specifications of the optical chip and output as information meeting the requirements of the spectrometer.
- FIG. 3 shows an example of a LIBS measurement device.
- the LIBS detector 110 is of a type that prevents a decrease in resolution by measuring a wide range of wavelengths with one spectrometer, and includes a dichroic mirror or filter 119 for separating and measuring wavelength bands to be monitored in advance. Therefore, the detector 110 requires spectrometers 111 to 115 that are compatible with a plurality of wavelength bands.
- the K spectrometer 111 detects wavelengths of 760 nm or more
- the Cl spectrometer 112 detects wavelengths of 620 to 760 nm
- the Na spectrometer 113 detects wavelengths of 500 to 620 nm
- the Ca spectrometer 114 detects wavelengths of 500 to 620 nm.
- the Mg spectrometer detects wavelengths of 350 to 500 nm
- the Mg spectrometer detects wavelengths of 350 nm or less.
- the first optical circuit 101 is configured by attaching optical chips 31 to 34 that meet the specifications to a common platform including the optical circuit platform 10 and the control platform 20.
- Spectrometers 111 to 115 that meet specifications can be provided.
- the optical circuit platform 10 includes a plurality of circuits corresponding to a plurality of specifications and an interface equipped with a plurality of chips suitable for these circuits, so that a plurality of spectrometers are configured on one platform.
- an optical processing system 1 that can simultaneously configure a plurality of optical circuits may be provided.
- an example of specifications required for a spectrometer is a wavelength of 780-920 nm (bandwidth 140 nm), a resolution of 0.07 nm, and an image depth of 2.5 mm.
- the wavelength band is 220-400 nm with a resolution of 0.5 nm
- the wavelength band is 370-750 nm with a resolution of 0.8 nm
- the wavelength band is 730-1080 nm with a resolution of 0.8 nm
- the wavelength band is 225 nm.
- FIG. 4 shows a flowchart of an example of a method for controlling the optical processing system 1.
- the chip identification device 41 of the control platform 20 identifies the identification information of each optical chip (optical chip, optical IC) 31 to 35 connected to the optical circuit platform 10 via the optical interfaces 11 to 15 via the identification interface. Obtained via 21-25.
- the chip identification device 41 obtains characteristic information (attribute information) 48 including the specifications of each optical chip 31 to 35 from the library 42. If each of the optical chips 31 to 35 stores information including specifications, the chip identification device 41 may acquire the information from each optical chip.
- step 83 the control platform 20 measures the operating environment of the optical circuit platform 10 or its vicinity using the environment measuring device 70, and in step 84, adjusts the operating environment using the operating environment control device 50.
- step 85 the connection environment control device (circuit reconfiguration device) 44 determines that the connection circuit 105 needs to be reconfigured (rearranged) based on the information 48 of each chip acquired by the chip identification device 41 and the environment measurement results. Once determined, the connection circuit 105 is reconfigured in step 86. For example, it is possible to change the delay amount of a connection circuit between chips, convert or amplify an optical signal, or change the standard of a connection interface.
- step 87 the output interface 43 of the control platform 20 reproduces the processing results of the first optical circuit 101 configured in the control platform 20 using the information 48 of each chip acquired by the chip identification device 41 and the environmental measurement results. Configure and output.
- the self-check chip 35 is used to check the output of the first optical circuit 101 in step 89.
- Test self-check.
- the self-check can be performed immediately after the first optical circuit 101 is implemented on the optical circuit platform 10, periodically, or when environmental conditions change. If the self-check result is good in step 90, the output interface 43 outputs the reconstructed result as a processing result (measurement result) of the first optical circuit 101 via the communication device 60 in step 91. If the self-check result does not meet the predetermined requirements, the process can return to step 85 and reconfigure the connection circuit 105.
- optical processing system 1 is explained above using a spectrometer as an example, it is not limited to spectrometers, but also applies to systems using a wide variety of optical integrated circuits or optical integrated elements used in optical communication, optical computing, etc. It is possible to apply the present invention.
- the optical processing system (optical processing device) 1 disclosed above connects at least one of a plurality of optical chips (optical integrated elements, optical integrated devices, optical chips) each having an optical circuit so as to be optically exchangeable. It has a first layer (optical platform, optical integrated platform, optical circuit platform) that includes a plurality of optical interfaces and can execute optical processing specified by an application by installing the plurality of optical chips.
- the optical processing system further obtains characteristic information of the optical chips connected to the plurality of optical interfaces or identification information of the optical chips related to the characteristic information, and reconfigures the first layer based on the characteristic information, And/or it may have a second layer (optical circuit control platform) that reconfigures the processing results in the first layer and supplies them to the application.
- a second layer optical circuit control platform
- the light processing system has a third layer that detects the operating environment of the first layer including temperature, and the second layer detects the operating environment of the first layer in response to the operating environment detected by the third layer. It may also include a function to reconstruct processing results. Changes in the characteristics of each type of optical chip due to changes in the operating environment such as temperature, or individual differences between individual optical chips may be recorded directly on each optical chip as characteristic information, or may be recorded via identification information. The second layer may be maintained or recorded in an accessible database. Conversely, the optical processing system may have an environment control function to control the operating environment of the first layer and maintain the operating environment constant.
- the optical processing system may have an optical test function that inputs an optical signal adjusted to check the characteristics of the optical circuit configured in the first layer.
- the second layer may include a function in the first layer that configures a circuit that performs a plurality of different optical processes.
- An example of an optical processing system is a spectrometer
- the first layer includes an AWG chip as an optical chip, an input interface for inputting light to be separated into spectra by the AWG chip, and a detection of the light separated by the AWG chip. It may also include an optical interface that can connect the image sensor and a connection interface that optically connects the AWG chip and the image sensor.
- the second layer obtains the characteristic information of the optical chip connected to the first layer, or the identification information of the optical chip related to the characteristic information, through the optical interface or through a different interface, and It may also include a data processing function that outputs data acquired by the sensor as spectral data.
- the optical processing system of the present invention may have a plurality of optical chips attached to the first layer.
- the above also includes a plurality of optical interfaces for optically exchangeably connecting at least one of a plurality of optical chips with optical circuits, and by installing the plurality of optical chips,
- a method of controlling an optical processing system having a first layer capable of performing optical processing is disclosed. This method obtains characteristic information of optical chips connected to a plurality of optical interfaces or identification information of optical chips related to the characteristic information, reconfigures the first layer based on the characteristic information, and/or It includes reconfiguring the processing results in the first layer and supplying them to the application.
- the control method may include detecting the operating environment of the first layer, including temperature, and reconfiguring the processing results in the first layer according to the operating environment.
- the control method may include controlling the operating environment of the first layer.
- the control method may include inputting an optical signal adjusted to check the characteristics of the optical circuit configured in the first layer.
- the control method may include configuring circuits for performing a plurality of different optical processes in the first layer.
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Abstract
光処理システム（１）は、所定の処理のための光回路部を備えた複数の光学チップ（３１）～（３５）を複数の光インターフェイス（１１）～（１５）を介して光学的に交換可能に接続して第１の光回路（１０１）を構成する。光回路プラットフォームは、複数の光インターフェイスに接続された複数の光学チップの仕様に関わる情報（４８）を複数の光学チップのそれぞれから取得する複数の識別インターフェイス（２１）～（２５）を含み、光処理システムは、さらに、第１の光回路を介して得られる処理結果を複数の識別インターフェイスを介して取得された情報に基づき再構成して出力する出力インターフェイス（４３）を有する。
Description
本発明は、光処理システムに関するものである。
アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）などを含む石英系材料の平面光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの光（光信号）に対して所定の処理を行う回路をチップ化したデバイス（光学チップ、光処理チップ、光集積素子）が提供されている。
国際公開ＷＯ２００３／０３４１１１には、集積されたアレイ型波長回折格子（ＡＷＧ）を有する光集積回路が開示されており、この光集積回路は、光集積回路中に形成される導波管を備える。導波管の第１のセットは、希土類イオンでドープされた１セットの光増幅器である。導波管の第２のセットは、アレイ型波長回折格子（ＡＷＧ）のようなマルチプレクサまたはデマルチプレクサである。光増幅器のセットおよびＡＷＧは、光集積回路中に形成される導波管を経由して相互に接続される。光集積回路上の他の要素は光ファイバーを経由して光増幅器のセットおよびＡＷＧに接続される。ＡＷＧのスペクトル反応はＡＷＧのスペクトルのゲインを補償する為に修正される。１セットの光増幅器の中の個々の光増幅器の長さは、チャネル全体に渡ってパワー分布を一定にするために変更されて良い。光集積回路は、光増幅器のセットにポンプ源を接続する為にポンプ・カップラを更に備える。
日本国特許公開２０１９－１５９０７５号には、光集積回路（光ＩＣ）を用いた小型の光デバイスで、スキュー調整と光損失低減を実現して、光デバイスの出力特性を向上することが記載されている。この光デバイスは、変調部と受光部を有し複数のチャネルで光信号を送受信する光集積回路と、前記光集積回路との間で電気信号を伝送する配線基板とを有し、前記変調部の出力から前記光集積回路の出力ポートまでの第１光導波路と、前記光集積回路の入力ポートから前記受光部の入力までの第２光導波路において、前記複数のチャネルの各々で光導波路が最短で配置され、前記配線基板は前記複数のチャネルに対応する複数の電気配線を有し、前記複数の電気配線の長さは、前記複数のチャネル間の前記光導波路の長さの差を補償する長さに設定されている。
日本国特許公開２０２０－５２２６９号には、特性劣化が抑制された光機能素子が形成された光チップ、及びこれを集積することで、良好な歩留まりで製造可能な光集積回路並びに光モジュールを提供することが記載されている。この光チップは、光導波路で構成される光機能素子が形成された光チップとして構成されている。そして、光チップは、平面視において、互いに平行な第１辺及び第２辺、並びに第１辺及び第２辺に直交する第３辺及び第４辺を有する矩形状である。第１辺及び第２辺の幅は、予め定められた固有の寸法で設計されている。第１辺側の第１端部、及び第２辺側の第２端部の一方又は双方には、１つ又は複数の入出力ポートが形成されている。入出力ポートは、第１辺又は第２辺の幅に対して、当該入出力ポートの個数に応じて予め定められた固有の位置に形成されている。
日本国特許公開２００９－４２４６９号には、光配線パターンおよび電気配線パターンを容易に作成することができる光モジュール、光モジュールの製造方法、光モジュールを用いて構成された光・電子複合回路、およびその製造方法を提供することが記載されている。この光モジュールは、電気配線パターンが形成された回路基板と、電気配線パターン上に受け部と受け部ガイドが組み合わされた状態で配置され実装された複数の光モジュールとからなり、２つの光モジュールの接触面に形成された近接する２つの出入口間が、光接続用接着剤を塗布し硬化することにより形成された光接続部を介して光接続されており、回路基板の電気配線パターンおよび光モジュールの下面電極によって電気配線が形成されており、光モジュールの光導波路によって光配線が形成されている。
光に関連する処理を行う多種多様なデバイスが提供されている。また、回路を集積したデバイス（光集積回路、光ＩＣ、光チップ）、イメージセンサーを集積したデバイスなどが提供されている。また、複数連結することにより光集積回路を形成する光モジュールも提供されている。これらのデバイスとして提供されている機能を組み立てて、スペクトロメータなどの装置として使用できる。一方、スペクトロメータであっても、入力される波長範囲、解像度などの仕様が異なると、異なる光回路が要求され、多種多様なスペクトロメータが提供される。様々な用途に適した光回路を、ユーザーまたはアプリケーションに応じて簡単に組み立てたり、カスタマイズできるようなシステムが要望されている。
本発明の一態様は、所定の処理のための光回路部を備えた複数の光学チップ（光集積素子、光集積デバイス）を複数の光インターフェイスを介して光学的に交換可能に接続して第１の光回路を構成する光回路プラットフォームを有する光処理システム（光処理装置）である。光回路プラットフォームは、複数の光インターフェイスに接続された複数の光学チップの仕様に関わる情報を複数の光学チップのそれぞれから取得する複数の識別インターフェイスを含み、光処理システムは、さらに、第１の光回路を介して得られる処理結果を複数の識別インターフェイスを介して取得された情報に基づき再構成して出力する出力インターフェイスを有する。この光処理システムは、複数の光学チップを接続して回路を形成するレイヤー（第１のレイヤー）と、それらの光学チップの条件を取得して、複数の光学チップにより形成された光回路の意味を定義するレイヤー（第２のレイヤー）とを含む。
この光処理システムにおいては、光回路プラットフォームにより、様々な用途に適した光回路を含む光チップを選択して、ユーザーまたはアプリケーションに応じた第１の光回路を簡単に組み立てたり、カスタマイズできる。また、第１の光回路を構成する複数の光チップの仕様に関わる情報を、光インターフェイスとともに接続される識別インターフェイスを介して自動的に取得して第１の光回路を介して得られる処理結果を再構成することにより、第１の光回路を構成する光チップの仕様に合致する処理結果を自動的に出力することができる。光チップの仕様に係る情報は、光チップから直に取得してもよく、光チップから得られた識別情報などを経由して内部あるいは外部（クラウド上の）ライブラリなどから間接的に取得してもよい。また、仕様には、個々の光チップの個体差などの属性を含んでいてもよい。したがって、本発明により、光チップを用いて所望の光回路を簡単に組み立てたり、カスタマイズしたり、再構成したりすることができるプラグプレイタイプの光処理システムを提供できる。
第１の光回路を構成する複数の光学チップの一例は、ＡＷＧ（アレイ導波解析格子）チップと、ＡＷＧチップにより分光するための光を入力する入力インターフェイスチップと、ＡＷＧチップにより分光された光を検出するイメージセンサーチップとを含むものである。ＡＷＧチップとイメージセンサーチップとを光学的に接続する接続インターフェイスチップを含んでいてもよい。この光処理システムは、イメージセンサーチップにより得られた散乱像に関わる情報（第１の光回路の処理結果）を、ＡＷＧチップで分離する光の波長帯を含む情報と、イメージセンサーの解像度を含む情報に基づき再構成することができ、散乱像の画像および強度との組み合わせで、所定の波長帯の所定の解像度のスペクトルを処理結果として出力することができる。
光回路プラットフォームは、複数の光インターフェイスを介して複数の光学チップを接続するための接続回路を含んでもよく、光処理システムは、さらに、複数の識別インターフェイスを介して取得された情報に基づき、接続回路を再構成する接続環境制御装置（光回路制御プラットフォーム）を有していてもよい。光処理システムは、温度を含む光回路プラットフォームの動作環境を検出する環境測定装置（環境測定センサー）と、光回路プラットフォームの温度を含む動作環境を所定の条件に調整する動作環境制御装置とを有してもよい。光処理システムは、温度を含む光回路プラットフォームの動作環境を検出する環境測定装置と、測定された動作環境に基づき、処理結果および接続回路の少なくともいずれかを再構成する変動抑制制御装置とを有してもよい。光処理システムは、光回路プラットフォームに構成された第１の光回路の特性を確認するために調整された光信号を入力する光回路テスト装置を有してもよい。また、そのセルフチェック結果により、第１の光回路の処理結果および接続回路の少なくともいずれかを再構成するセルフチューニング装置を有していてもよい。本発明には、第１の光回路を構成する複数の光学チップを有する光処理システムを含む。
本発明の他の態様の１つは、所定の処理のための光回路部を備えた複数の光学チップを複数の光インターフェイスを介して光学的に交換可能に接続して第１の光回路を構成する光回路プラットフォームを有する光処理システムの制御方法である。光回路プラットフォームは、複数の光インターフェイスに接続された複数の光学チップの仕様に関わる情報を複数の光学チップのそれぞれから取得する複数の識別インターフェイスを含み、当該方法は、第１の光回路を介して得られる処理結果を複数の識別インターフェイスを介して取得された情報に基づき再構成して出力することを含む。
光回路プラットフォームは、複数の光インターフェイスを介して複数の光学チップを接続するための接続回路を含んでもよく、当該方法は、さらに、複数の識別インターフェイスを介して取得された情報に基づき、接続回路を再構成することを含んでもよい。光処理システムは、温度を含む光回路プラットフォームの動作環境を検出する環境測定センサーを含んでもよく、当該方法は、光回路プラットフォームの温度を含む動作環境を所定の条件に調整することを含んでもよい。当該方法は、測定された動作環境に基づき、処理結果および接続回路の少なくともいずれかを再構成することを含んでもよい。
また、当該方法は、第１の光回路の特性を確認するために調整された光信号を入力してセルフチェックを行うことを有してもよい。当該方法の処理結果を再構成して出力することは、処理結果をセルフチェックの結果に基づいてさらに再構成することを含んでもよい。
これらの制御方法は、光処理システムのコンピュータ資源を制御するプログラム（プログラム製品）として、直に、または、適当な記録媒体に記録して提供されてもよい。
これらの制御方法は、光処理システムのコンピュータ資源を制御するプログラム（プログラム製品）として、直に、または、適当な記録媒体に記録して提供されてもよい。
図１に、光処理システムの一例として、用途に応じた仕様のスペクトロメータを簡単に提供できる、カスタマイズ可能なスペクトロメータ（スマートスペクトロメータ、システム）１の一例の構成を示す。この光処理システム（システム）１は、所定の処理のための光回路部３１ｃ～３５ｃがそれぞれチップ化、または集積された光学デバイス３１～３５を含む。これらチップ化デバイス（光学チップ、光チップ、光集積回路、光ＩＣ）３１～３５の一例は、光回路部としてＡＷＧ（アレイ導波解析格子）３１ｃを含むＡＷＧチップ３１と、ＡＷＧチップ３１により分光するための光を入力する入力インターフェイスチップであって、導波路としての要素や光増幅器としての要素を光回路部３２ｃとして集積化できるインターフェイスチップ３２と、ＡＷＧチップ３１により分光された光を検出するイメージセンサーを光回路部３３ｃとして含むイメージセンサーチップ３３と、ＡＷＧチップ３１とイメージセンサーチップ３３とを光学的に接続する導波路および／またはフィルターなどとしての機能を光回路部３４ｃとして含む接続インターフェイスチップ３４と、テスト用（セルフチェック用）の光を生成するレーザーモジュールを光回路部３５ｃとして含むセルフチェックチップ３５とを含んでもよい。システム１は、これらの光学チップ３１～３５を着脱可能に光学的に接続可能な光インターフェイス１１～１５を含む光回路プラットフォーム（第１のレイヤー、光集積プラットフォーム）１０を含む。
光インターフェイス１１～１５は、光信号または電気信号を介して各光学チップ３１～３５の仕様を含む特性情報、またはそれに対応する識別情報を取得する識別インターフェイス（情報収集インターフェイス、電子インターフェイス）２１～２５としての機能を含んでいてもよい。また、光回路プラットフォーム１０は、複数の光インターフェイス１１～１５を介して複数の光学チップ３１～３５を接続するための接続回路１０５を含んでいてもよい。この接続回路１０５は、複数の光インターフェイス１１～１５の間の一部または全部の接続方式、順番、分岐、遅延などを変更、再構成（リアレンジ、リコンフィグレーション）できる機能を備えていてもよい。
ＡＷＧチップ３１の一例は、石英系材料の平面光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いたものであるが、半導体材料を用いたものであってもよい。入力インターフェイス３２の一例は光ファイバー３２ａを介した光信号を受ける機能を含む光学チップであり、ＡＷＧチップ３１と接続するための入力側スラブ導波路などのＡＷＧと接続するための回路要素の一部またはすべてを光回路部３２ｃとして含んでいてもよく、それら回路要素の一部または全部は光回路プラットフォーム１０の接続回路１０５により提供されてもよい。イメージセンサーチップ３３は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの撮像素子（イメージ素子）を含むアレイを光回路部３３ｃとして含んでいてもよい。接続インターフェイスチップ３４は、ＡＷＧチップ３１とイメージセンサーチップ３３とを接続するための出力側スラブ導波路などのＡＷＧとの接続用の回路要素を光回路部３４ｃとして含んでいてもよく、解像度を制御するためのオートフォーカス機能を含んでいてもよい。接続インターフェイスチップ３４の機能は、光回路プラットフォーム１０の接続回路１０５により提供され、接続インターフェイスチップ３４が省略されてもよい。
システム１においては、これらの光学チップ３１～３４が、光回路プラットフォーム１０の着脱可能な光インターフェイス１１～１４を介して着脱可能に接続され、所望の機能（本例においてはスペクトロメータとしての機能）を果たすための光回路（第１の光回路）１０１が構成される。
セルフチェックチップ３５に搭載されるレーザーモジュール３５ｃの一例は、半導体レーザーモジュールまたはファイバイレーザーモジュールであり、本システム１にスペクトロメータとして構成される予定の光回路１０１の入力波長として予定されているすべての波長を出力するものであってもよく、部分的に、または中心波長の光のみを提供するものであってもよい。セルフチェックチップ３５は、第１の光回路１０１の特性を確認するために調整された光信号を入力して背古チェックする光回路テスト装置として機能する。セルフチェックチップ３５からのテスト光は、入力インターフェイスチップ３２を介して、またプラットフォーム１０の接続回路１０５を介してＡＷＧチップ３１に提供され、光回路１０１から予定された出力が得られるか否かが定期的に検証される。
光処理システム１は、さらに、制御プラットフォーム（第２のレイヤー、光回路制御プラットフォーム、制御装置、デジタル処理装置）２０を含む。制御プラットフォーム２０の一例は、ＣＰＵ、メモリなどのコンピュータ資源を含むデジタル処理装置であり、プログラム（プログラム製品）４９により所定の機能が実装される。制御プラットフォーム２０は、識別インターフェイス２１～２５を介して光回路プラットフォーム１０に接続された光学チップ３１～３５の仕様を含む特性情報、またはその特性情報に関連する光学チップの識別情報を取得するチップ識別機能（チップ識別装置、チップ情報取得機能、チップ情報取得装置）４１を含む。接続用の光インターフェイス１１～１５が識別インターフェイス２１～２５を兼ねていてもよい。各光学チップ３１～３５が識別インターフェイス２１～２５として機能する異なる光インターフェイスを備えていてもよく、デジタルインターフェイス（電子インターフェイス）を備えていてもよい。
各チップ３１～３５の特性情報は、光信号として、あるいはデジタル情報として各チップ３１～３５に保存され、識別インターフェイス２１～２５により取得されてもよい。各チップ３１～３５は、タイプ番号、シリアル番号などの識別情報のみを保持し、チップ識別機能４１が、予め保持するライブラリ（データベース）４２を介して識別情報から各チップ３１～３５の仕様を含む特性情報４８を取得してもよい。チップ識別機能４１は、コミュニケーション装置６０を介してクラウド（インターネット）に接続し、外部のサーバーから識別情報に基づいて各チップ３１～３５の仕様を含む特性情報を取得してもよい。
システム１は、さらに、光回路プラットフォーム１０の動作環境を、温度を含めて検出する動作環境測定装置（環境測定センサー、第３のレイヤー）７０と、光回路プラットフォーム１０の動作環境を制御する動作環境制御装置５０を有する。動作環境制御装置５０の一例はヒーターおよび／または冷却装置（ピエゾ素子など）であり、光回路プラットフォーム１０の動作温度を常に一定に保つようにしてもよく、予定される周囲温度よりも高い所定の値に一定に保持するようにしてもよい。動作環境測定装置７０が加速度センサー、気圧センサーなどを含んでいる場合は、動作環境制御装置５０は、耐震機能、免振機能、圧力調整機能などを含んでいてもよい。
システム１は、さらに、外部との通信を行う通信装置（通信レイヤー、コミュニケーション装置）６０とを有する。通信装置６０は、制御プラットフォーム２０で生成された情報を外部のアプリケーションに対し提供する機能を含む。また、外部のアプリケーションからシステム１を初期設定する情報を取得して制御プラットフォーム２０に伝達する機能を含んでもよい。
制御プラットフォーム２０は、光回路プラットフォーム１０に構成れた第１の光回路（スペクトロメータ）１０１を介して得られる処理結果を複数の識別インターフェイス２１～２５を介して取得された情報４８に基づき再構成して出力する出力インターフェイス４３を含む。出力インターフェイス４３は、イメージセンサーチップ３３で取得されたデータを光インターフェイス１３または識別インターフェイス２３を介して取得し、ＡＷＧチップ３１およびイメージセンサーチップ３３の仕様を含む特性情報に合致した条件で再構成（加工、リアレンジ）し、このシステム１が接続されるアプリケーションに必要なスペクトルデータとして通信装置６０を介して出力する。例えば、出力インターフェイス４３は、イメージセンサーチップ３３により得られた散乱像に関わる情報（第１の光回路１０１の処理結果）を、ＡＷＧチップ３１で分離する光の波長帯を含む情報と、イメージセンサー３３ｃの解像度を含む情報に基づき再構成することができ、散乱像の画像および強度との組み合わせで、所定の波長帯の所定の解像度のスペクトルを第１の光回路１０１の処理結果として出力することができる。
出力インターフェイス４３は、環境測定装置７０により測定された動作環境に基づき、第１の光回路１０１の処理結果を再構成する変動抑制制御装置４３ａとしての機能を備えていてもよい。動作環境制御装置５０によりカバーできない温度などの環境変動に対する各チップの変動を補正（補償）してもよく、動作環境制御装置５０の消費電力を削減して処理結果をソフトウェアで補正（補償）するようにしてもよい。
制御プラットフォーム２０は、セルフチェックチップ３５により実装されている光回路テスト装置を用いて、光回路プラットフォーム１０に構成された第１の光回路１０１の特性チェックを行うセルフチェック装置（セルフチェック機能）４５を備えていてもよい。また、出力インターフェイス４３は、セルフチェックチップ３５により実装されている光回路テスト装置のセルフチェックの結果により、第１の光回路１０１の処理結果を再構成するセルフチューニング装置４３ｂとしての機能を備えていてもよい。
制御プラットフォーム２０は、光回路プラットフォーム１０の接続回路１０５を、複数の識別インターフェイス２１～２５を介して取得された情報４８に基づき再構成する接続環境制御装置（回路再構成装置）４４としての機能を備えていてもよい。回路再構成装置４４は、環境測定装置７０により測定された動作環境に基づき、接続回路１０５を再構成する変動抑制制御装置４４ａとしての機能を備えていてもよい。また、回路再構成装置４４は、セルフチェックチップ３５により実装されている光回路テスト装置のセルフチェック結果により、接続回路１０５を再構成するセルフチューニング装置４４ｂとしての機能を備えていてもよい。
システム１で実現される第１の光回路１０１の一例はスペクトロメータである。スペクトロメータを使用するアプリケーションは様々である。測定装置あるいは監視装置に関するシステムの例としては、ＯＥＳ（Optical Emission Spectrometer、発光分光分析装置）、ＬＩＢＳ（Laser Induced Breakdown Spectroscopy、レーザー誘起ブレークダウン分光装置）、ＣＡＲＳ（coherent anti-Stokes Raman spectroscopy/scattering、コヒーレント反ストークスラマン分光装置、非侵襲、体外、体内）が挙げられる。これらは測定方法、測定対象および測定手段のいずれかが異なり、同一の測定方法であっても測定対象により分析する波長範囲および／または解像度などが異なる。制御プラットフォーム２０は、光回路プラットフォーム１０に接続された光学チップ３１～３４により与えられた仕様に適した回路を接続回路１０５に自動的に構成することができる。また、光回路プラットフォーム１０の予め設けられた接続回路１０５を、識別インターフェイス２１～２４介して得られた特性情報４８に基づき、与えられた仕様に合致するように編集または再構成してアプリケーションに出力するようにしてもよい。
システム１の適用分野が光学装置としての分類、タイプ、すなわち、スペクトロメータといった用途が同一であれば、光回路プラットフォーム１０に用意される接続回路１０５は同一であってもよい。光回路プラットフォーム１０に接続される光学チップ３１～３４のいずれかを交換することによりスペクトロメータとして要求される様々な仕様に変更可能であってもよい。光回路プラットフォーム１０に再構成可能な、あるいは選択可能な複数の回路１０５を用意することにより、用途あるいは仕様により接続回路１０５が再構成または選択されてもよい。制御プラットフォーム２０によりその制御を行うことができる。
制御プラットフォーム２０は、環境測定装置７０により検出された動作環境に応じて光回路プラットフォーム１０に構成された第1の光回路１０１の処理結果を再構成する機能４３aを含んでもよい。光学チップ３１～３４に搭載されている光回路部３１ｃ～３４ｃの特性あるいは性能は温度に依存することがあり、その依存度は光回路プラットフォーム１０に接続可能な光チップによりさまざまであってもよい。制御プラットフォーム２０は、個々の光学チップの特性を、温度依存性を含めて、識別インターフェイス２１～２４を介して直接または間接的に取得することが可能であり、システム１に構成される光回路１０１の出力を適正に制御することが可能となる。
制御プラットフォーム２０は、光回路プラットフォーム１０の動作環境をヒーターなどの環境制御装置５０を介して制御する環境制御機能を含んでいてもよい。制御プラットフォーム２０は、光回路プラットフォーム１０に構成された光回路１０１の特性を確認するために調整された光信号を入力する光テスト機能（セルフチェック機能）４５を有していてもよい。例えば、セルフチェックチップ３５のレーザーモジュール３５ｃを用いてテスト用の光を調整し、光回路プラットフォーム１０の接続回路１０５を介して、測定用の光と同一の条件で入力し、その結果を予定された結果と照合してもよい。制御プラットフォーム２０の出力インターフェイス４３がイメージセンサーチップ３３で得られたデータを補正（微調整、再構成）し、第１の光回路１０１として実装されるスペクトロメータとしての性能をさらに向上し、安定して使用できるものとすることが可能である。
図２は、光処理システム１の異なる例を示すブロック図である。第１の光回路１０１としてスペクトロメータが実装（実現）されたシステム１の異なる例を示している。光回路プラットフォーム１０に接続される各光学チップ３１～３５は、隣接するチップと光学的に結合することができる汎用の光学インターフェイス１６～１９を含むチップであってもよい。光学チップ３１～３５をこれらの汎用インターフェイス１６～１９により接続することにより、所定の光回路を含む第１の光回路１０１が光回路プラットフォーム１０に構成されてもよい。光回路プラットフォーム１０は、各光学チップ３１～３５の個別の特性情報を取得するための識別インターフェイス（情報インターフェイス）２１～２５を含む。したがって、制御プラットフォーム２０は、上記と同様に、第１の光回路１０１を構成する光学チップ３１～３５の仕様を含む特性情報を直接、または間接的に取得できる。このため、第１の光回路１０１の出力（イメージセンサーチップ３３の出力）を光学チップの仕様により再構成し、スペクトロメータとしての要求に対応した情報として出力することができる。
図３に、ＬＩＢＳ測定装置の一例を示している。ＬＩＢＳディテクタ１１０は、広範囲の波長を１つのスペクトロメータで測定することにより分解能の低下を防止するタイプであり、監視する波長帯を予め分けて測定するためのダイクロイックミラーあるいはフィルター１１９を含む。このため、ディテクタ１１０は、複数の波長帯に対応したスペクトロメータ１１１～１１５が必要となる。例えば、Ｋスペクトロメータ１１１は波長が７６０ｎｍ以上を検出し、Ｃｌスペクトロメータ１１２は波長が６２０～７６０ｎｍを検出し、Ｎａスペクトロメータ１１３は波長が５００～６２０ｎｍを検出し、Ｃａスペクトロメータ１１４は、波長が３５０～５００ｎｍを検出し、Ｍｇスペクトロメータは波長が３５０ｎｍ以下を検出するものである。
本例の光処理システム１においては、光回路プラットフォーム１０および制御プラットフォーム２０を含む共通のプラットフォームに、仕様に合致する光チップ３１～３４を取り付けて第１の光回路１０１を構成することにより、各仕様に対応したスペクトロメータ１１１～１１５を提供することができる。光回路プラットフォーム１０は、複数の仕様に対応する複数の回路と、それらの回路に適した複数のチップを搭載するインターフェイスとを含み、複数のスペクトロメータが１つのプラットフォーム上に構成されるようにしてもよく、複数の光回路を同時に構成可能な光処理システム１を提供してもよい。
アプリケーションがＣＡＲＳを用いた測定装置の場合、スペクトロメータとして要求される仕様の一例は、波長が７８０－９２０ｎｍ（バンド幅１４０ｎｍ）で解像度が０．０７ｎｍで、イメージ深さは２．５ｍｍである。その他、スペクトロメータとして、波長帯が２２０－４００ｎｍで解像度が０．５ｎｍ、波長帯が３７０－７５０ｎｍで解像度が０．８ｎｍ、波長帯が７３０－１０８０ｎｍで解像度が０．８ｎｍ、波長帯が２２５－１０００ｎｍで解像度が１．５ｎｍ、波長帯が４８０－１１００ｎｍで解像度が１．５ｎｍなどの仕様が要求される場合がある。これらの仕様に合致するスペクトロメータについても、本例の光処理システム１を用いることにより共通するプラットフォームで対応することができる。
図４に、光処理システム１の制御方法の一例をフローチャートにより示している。ステップ８１において、制御プラットフォーム２０のチップ識別装置４１が、光回路プラットフォーム１０に光インターフェイス１１～１５を介して接続された各光学チップ（光チップ、光ＩＣ）３１～３５の識別情報を、識別インターフェイス２1～２５を介して取得する。ステップ８２において、チップ識別装置４１は、ライブラリ４２から各光学チップ３１～３５の仕様を含む特性情報（属性情報）４８を取得する。各光学チップ３１～３５が、仕様を含む情報を格納していれば、チップ識別装置４１は、各光学チップからその情報を取得してもよい。
制御プラットフォーム２０は、ステップ８３において、環境測定装置７０により光回路プラットフォーム１０、あるいはその近傍の動作環境を測定し、ステップ８４において、動作環境制御装置５０により動作環境を調整する。ステップ８５において、接続環境制御装置（回路再構成装置）４４が、チップ識別装置４１により取得された各チップの情報４８および環境測定結果により接続回路１０５の再構成（リアレンジ）が必要であると判断すると、ステップ８６において接続回路１０５を再構成する。例えば、チップ間の接続回路の遅延量を変更したり、光信号を変換したり、増幅したり、接続インターフェイスの規格を変えたりすることが可能である。
ステップ８７において、制御プラットフォーム２０の出力インターフェイス４３が、制御プラットフォーム２０に構成された第１の光回路１０１の処理結果を、チップ識別装置４１により取得された各チップの情報４８および環境測定結果により再構成して出力する。
ステップ８８において、制御プラットフォーム２０のセルフチェック装置４５が第１の光回路１０１のセルフチェックが必要であると判断すると、ステップ８９において、セルフチェックチップ３５を用いて第１の光回路１０１の出力をテスト（セルフチェック）する。セルフチェックは、光回路プラットフォーム１０に第１の光回路１０１が実現された直後、定期的に、または環境条件が変化したときなどに行うことができる。ステップ９０においてセルフチェックの結果が良好であれば、ステップ９１において出力インターフェイス４３は再構成された結果を第１の光回路１０１の処理結果（測定結果）として通信装置６０を介して出力する。セルフチェックの結果が、所定の要件を満たさない場合は、ステップ８５に戻って接続回路１０５の再構成などを再度行うことができる。
上記ではスペクトロメータを例に光処理システム１を説明しているが、スペクトロメータに限らず、光通信、光コンピューティングなどに用いられる多種多様な光集積回路あるいは光集積素子を用いたシステムについて、本発明を適用することが可能である。
上記には、プラグプレイタイプの光処理システムを提供することが開示されている。上記に開示された光処理システム（光処理装置）１は、光回路を備えた複数の光学チップ（光集積素子、光集積デバイス、光チップ）の少なくともいずれかを光学的に交換可能に接続する複数の光インターフェイスを含み、それら複数の光学チップを装着することにより、アプリケーションにより指定された光学的処理を実行可能な第１のレイヤー（光プラットフォーム、光集積プラットフォーム、光回路プラットフォーム）を有する。光処理システムは、さらに、複数の光インターフェイスに接続された光学チップの特性情報、またはその特性情報に関連する光学チップの識別情報を取得し、特性情報に基づき第１のレイヤーを再構成し、および／または第１のレイヤーにおける処理結果を再構成してアプリケーションに供給する第２のレイヤー（光回路制御プラットフォーム）を有してもよい。
光処理システムは、温度を含む第１のレイヤーの動作環境を検出する第３のレイヤーを有し、第２のレイヤーは、第３のレイヤーにより検出された動作環境に応じて第１のレイヤーにおける処理結果を再構成する機能を含んでもよい。各タイプの光学チップにおける、温度などの動作環境の変化による特性の変化、あるいは個々の光学チップの個体差は特性情報として各光学チップに直に記録されていてもよく、あるいは識別情報を介して第２のレイヤーが保持またはアクセス可能なデータベースに記録されていてもよい。光処理システムは、逆に、第１のレイヤーの動作環境を制御する環境制御機能を有し、動作環境を一定に保持するようにしてもよい。
また、光処理システムは、第１のレイヤーに構成された光回路の特性を確認するために調整された光信号を入力する光テスト機能を有してもよい。第２のレイヤーは、第１のレイヤーに、複数の異なる光学的処理を行う回路を構成する機能を含んでもよい。
光処理システムの一例はスペクトロメータであり、第１のレイヤーは、光学チップとして、ＡＷＧチップと、ＡＷＧチップにより分光するための光を入力する入力インターフェイスと、ＡＷＧチップにより分光された光を検出するイメージセンサーと、ＡＷＧチップとイメージセンサーとを光学的に接続する接続インターフェイスとを接続可能な光インターフェイスを含んでもよい。第２のレイヤーは、光インターフェイスを介して、または異なるインターフェイスを介して、第１のレイヤーに接続された光学チップの特性情報、またはその特性情報に関連する光学チップの識別情報を取得し、イメージセンサーで取得されたデータをスペクトルデータとして出力するデータ処理機能を含んでもよい。本発明の光処理システムは、第１のレイヤーに装着された複数の光学チップを有してもよい。
上記には、また、光回路を備えた複数の光学チップの少なくともいずれかを光学的に交換可能に接続する複数の光インターフェイスを含み、それら複数の光学チップを装着することにより、アプリケーションにより指定された光学的処理を実行可能な第１のレイヤーを有する光処理システムの制御方法が開示されている。この方法は、複数の光インターフェイスに接続された光学チップの特性情報、またはその特性情報に関連する光学チップの識別情報を取得し、特性情報に基づき第１のレイヤーを再構成し、および／または第１のレイヤーにおける処理結果を再構成してアプリケーションに供給することを有する。
制御方法は、温度を含む前記第１のレイヤーの動作環境を検出し、その動作環境に応じて前記第１のレイヤーにおける処理結果を再構成することを有してもよい。制御方法は、第１のレイヤーの動作環境を制御することを有してもよい。制御方法は、第１のレイヤーに構成された光回路の特性を確認するために調整された光信号を入力することを有してもよい。制御方法は、第１のレイヤーに、複数の異なる光学的処理を行う回路を構成することを有してもよい。これらの制御方法は、第２のレイヤーのコンピュータ資源を制御するプログラム（プログラム製品）として、直に、または、適当な記録媒体に記録して提供されてもよい。
なお、上記においては、本発明の特定の実施形態を説明したが、様々な他の実施形態および変形例は本発明の範囲および精神から逸脱することなく当業者が想到し得ることであり、そのような他の実施形態および変形は以下の請求の範囲の対象となり、本発明は以下の請求の範囲により規定されるものである。
Claims (15)
- 所定の処理のための光回路部を備えた複数の光学チップを複数の光インターフェイスを介して光学的に交換可能に接続して第１の光回路を構成する光回路プラットフォームを有する光処理システムであって、
前記光回路プラットフォームは、前記複数の光インターフェイスに接続された前記複数の光学チップの仕様に関わる情報を前記複数の光学チップのそれぞれから取得する複数の識別インターフェイスを含み、
当該光処理システムは、さらに、前記第１の光回路を介して得られる処理結果を前記複数の識別インターフェイスを介して取得された情報に基づき再構成して出力する出力インターフェイスを有する、光処理システム。 - 請求項１において、
前記光回路プラットフォームは、前記複数の光インターフェイスを介して前記複数の光学チップを接続するための接続回路を含み、
当該光処理システムは、さらに、前記複数の識別インターフェイスを介して取得された情報に基づき、前記接続回路を再構成する接続環境制御装置を有する、光処理システム。 - 請求項１または２において、
温度を含む前記光回路プラットフォームの動作環境を検出する環境測定装置と、
前記光回路プラットフォームの温度を含む動作環境を所定の条件に調整する動作環境制御装置とを有する、光処理システム。 - 請求項２において、
温度を含む前記光回路プラットフォームの動作環境を検出する環境測定装置と、
測定された動作環境に基づき、前記処理結果および前記接続回路の少なくともいずれかを再構成する変動抑制制御装置とを有する、光処理システム。 - 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記第１の光回路の特性を確認するために調整された光信号を入力する光回路テスト装置を有する、光処理システム。 - 請求項５において、
前記光回路テスト装置のセルフチェック結果により、前記第１の光回路の処理結果を再構成するセルフチューニング装置を有する、光処理システム。 - 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記第１の光回路を構成する前記複数の光学チップを有する光処理システム。 - 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記第１の光回路を構成する前記複数の光学チップは、
ＡＷＧチップと、
前記ＡＷＧチップにより分光するための光を入力する入力インターフェイスチップと、
前記ＡＷＧチップにより分光された光を検出するイメージセンサーチップとを含む、光処理システム。 - 所定の処理のための光回路部を備えた複数の光学チップを複数の光インターフェイスを介して光学的に交換可能に接続して第１の光回路を構成する光回路プラットフォームを有する光処理システムの制御方法であって、
前記光回路プラットフォームは、前記複数の光インターフェイスに接続された前記複数の光学チップの仕様に関わる情報を前記複数の光学チップのそれぞれから取得する複数の識別インターフェイスを含み、
当該方法は、前記第１の光回路を介して得られる処理結果を前記複数の識別インターフェイスを介して取得された情報に基づき再構成して出力することを含む、方法。 - 請求項９において、
前記光回路プラットフォームは、前記複数の光インターフェイスを介して前記複数の光学チップを接続するための接続回路を含み、
当該方法は、さらに、前記複数の識別インターフェイスを介して取得された情報に基づき、前記接続回路を再構成することを含む、方法。 - 請求項９または１０において、
前記光処理システムは、温度を含む前記光回路プラットフォームの動作環境を検出する環境測定装置を含み、
当該方法は、
前記光回路プラットフォームの温度を含む動作環境を所定の条件に調整することを含む、方法。 - 請求項９において、
前記光処理システムは、温度を含む前記光回路プラットフォームの動作環境を検出する環境測定装置を含み、
当該方法は、
測定された動作環境に基づき、前記処理結果および前記接続回路の少なくともいずれかを再構成することを含む、方法。 - 請求項９ないし１２のいずれかにおいて、
前記第１の光回路の特性を確認するために調整された光信号を入力してセルフチェックを行うことを有する、方法。 - 請求項１３において、
前記処理結果を再構成して出力することは、前記処理結果を前記セルフチェックの結果に基づいてさらに再構成することを含む、方法。 - 所定の処理のための光回路部を備えた複数の光学チップを複数の光インターフェイスを介して光学的に交換可能に接続して第１の光回路を構成する光回路プラットフォームを有する光処理システムを制御するプログラムであって、
前記光回路プラットフォームは、前記複数の光インターフェイスに接続された前記複数の光学チップの仕様に関わる情報を前記複数の光学チップのそれぞれから取得する複数の識別インターフェイスを含み、
当該プログラムは、前記第１の光回路を介して得られる処理結果を前記複数の識別インターフェイスを介して取得された情報に基づき再構成して出力する命令を含む、プログラム。
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