JPH04249205A - コンピュータシステム用光バス - Google Patents

コンピュータシステム用光バス

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JPH04249205A
JPH04249205A JP3187056A JP18705691A JPH04249205A JP H04249205 A JPH04249205 A JP H04249205A JP 3187056 A JP3187056 A JP 3187056A JP 18705691 A JP18705691 A JP 18705691A JP H04249205 A JPH04249205 A JP H04249205A
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    • 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
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • 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
    • G02B6/2817—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 using reflective elements to split or combine optical signals

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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、コンピュータシステ
ムに関し、特に、複数の電子装置を接続するための光バ
ス構造体に関するものである。この発明はまた、コンピ
ュータシステムにおける電子カードまたはモジュール間
の光接続のためのシステムとなる光バスの製造方法を企
図するものである。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータシステムがより複雑になる
につれて、電力、雑音及び電磁干渉（ＥＭＩ）を最小化
しつつ、より高速のクロックレートで信号を駆動する要
求が常にある。このようなシステム内において、コンピ
ュータバスは、電子サブシステム間の通信が行われる一
次ビークル（ｖｅｈｉｃｌｅ）を形成する。その最も基
本的な形態において、バスは伝統的に、コンピュータ内
のモジュールを相互接続する一連の電気ラインである。 これらのモジュールは、タップラインを用いてバスに接
続される。これを実現する場合、一次バスラインは分け
られず、またはコンピュータモジュールを通されない。 モジュール間の通信はバスを通して行われる。
【０００３】コンピュータ技術において電流の制限があ
る場合、バスの電気的伝送特性は、信号のクロック速度
とともに、バス部品の材料特性や部品の物理的配置（間
隔）により規定される。一部は材料の制約により生じ、
一部は電子部品の制約により生じるこれらの特性は、バ
ス導体内の雑音とともに信号が発生するスイッチング速
度を決定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】より速い速度とより低
い電力消費との二重の要求は、相互に矛盾すると考えら
れてきた。すなわち、より速い速度で信号を駆動しよう
とすると、システムの雑音の増加とともに、電力消費の
増加が生じてしまう。今までは、高速データ伝送、雑音
散逸及び電力要求量の減少という相互に相いれない要求
に対する満足な解決法はなかった。
【０００５】例えば、伝送ラインの面積が減少すれば、
伝送ラインのインダクタンスは増加するであろう。イン
ダクタンスが大きいと、ラインで大きな電圧降下が生じ
、信号を劣化させるとともに、信号レベルを許容値に維
持するためにより大きな電力が必要となる傾向にある。 この問題は、より大きな面積、より短い経路またはより
遅いスイッチングの伝送ラインの使用により軽減するこ
とができるが、このような解決法は、モジュール間の全
体的なデータ伝送速度を低下させる傾向がある。
【０００６】さらに、基板をバスに電気的に接続するた
めに、インピーダンス整合が必要である。一般的には、
この整合を行うためには抵抗が用いられる。これらの抵
抗はそれ自身、電力を引き抜き、従ってシステムの全電
力要求量を増加させる。
【０００７】コンピュータ内のモジュールの電気的接続
の問題を回避するために、コンピュータアーキテクチャ
内のデータ伝送の光技術に関心が移ってきている。その
代表的なものは、光データバスを有する回路基板を使用
する米国特許第４７３２４６６号である。このシステム
において、各プリント回路基板は、複合的な意味で同一
のプリント回路基板上のコンピュータ部品を相互接続す
るための光バスを形成する光ファイバネットワークを含
む。広くはコンピュータ素子間の光データ伝送の概念に
関係するが、上記米国特許第４７３２４６６号のシステ
ムは多くの重大な欠点を有する。第１に、このシステム
には、構造における光反射を最小化するための備えがな
い。反射は種々の界面で生じ、光信号を導波路に沿って
逆方向に伝播させてしまう。これは、導波路がガラス、
ポリマーまたはその他のどのような材料であろうとも事
実である。このような反射は、コンピュータ応用におけ
る光バス構造体の有用性に重大な影響を与える。反射は
、デバイスが本質的に動作不能となるに十分な外来の光
“雑音”を最も誘起しやすい。
【０００８】他の重要な欠点は、上記米国特許第４７３
２４６６号の範囲に含まれない入手可能な光システムは
、全ての光電子装置間で光パワーの均一な分布を得るた
めのデータバス伝送の基本的なルールであることである
。すなわち、コンピュータアーキテクチャにおいては、
１個のエミッタからの光パワーを種々の受信機に等しく
分配することが重要である。これは、光システムの受信
装置がどの時点でも光バスに接続されるコンピュータバ
ス応用において必要とされる。それは、各位置で適当な
光信号を受信しなければならない。この要求は、光焼き
付け面を構成する導波路から各“タップ”への光パワー
の均一な分配を指令する。
【０００９】さらに、上記米国特許第４７３２４６６号
における構造は、受信された光信号が、〔Ｒ（１−Ｒ）
〕Ｎ　に従って、連続する受信機で消えてしまうような
ものである。ここで、Ｒは各スプリッタから反射される
パワーであり、Ｎはそのような装置の数である。これよ
り、上記米国特許第４７３２４６６号における各スプリ
ッタは、光エネルギーの約１５％を受信し、１０番目の
光電子モジュールは、２番目のモジュールに比べて４倍
小さい光信号を受信する。このようなシステムは、ディ
ジタル信号伝送においては、本質的に役に立たないもの
である。上記米国特許第４７３２４６６号のシステムは
、どのような回路カードもバス内のどのスロットにも接
続可能であるといういつもの要求及び現在のコンピュー
タアーキテクチャを満たすことはできない。従って、光
バスは光パワーを均一に分配しなければならず、そうで
なければディジタル信号値を保持することはできない。
【００１０】光データバスの使用によるコンピュータシ
ステム間のデータ通信にも関する米国特許第４０６３０
８３号について説明すると次の通りである。コンピュー
タの回路素子を相互接続するために光経路を使用する一
方で、上記米国特許第４０６３０８３号は二地点間の相
互接続だけを行っている。これは、発光ダイオード及び
光導波路アレーを使用することによって二地点間で光通
信を行うことにより達成される。しかし、コンピュータ
アーキテクチャに関連して、現状の要求は、信号ライン
毎に複数のソース及びシンクを有する相互接続を行うこ
とである。さらに、上記米国特許第４０６３０８３号の
二地点間の相互接続形式が与えられるならば、送信機及
び受信機による特定の光経路の電子的選択が必要とされ
る。このため、光通信リンクに能動中継器が用いられる
。すなわち、光信号は、光検出素子により検出され、電
気的な形に変換され、隣接する発光素子に電気的に伝え
られ、再び光の形に変換される。光バスは広く用いられ
ているが、付加的な部品が必要なこと及び複数回の変換
の結果としての信号の遅延の代償を伴う。
【００１１】データ伝送の目的のために光カプラを用い
る他の技術が提案されている。米国特許第４４０００５
４号は、Ｎ個の小さな光チャネルのうちの任意の１個か
らのデータを単一の“大きな”光チャネルに注入するこ
とにより伝送するために用いられる光カプラに関する。 この技術は、２個の装置間の双方向通信を可能とするた
めに全ての光ポートが相互接続されなければならないコ
ンピュータバス応用の目的のための光相互接続形式を提
供してはいない。すなわち、このシステムは、Ｎ個の“
小さな光チャネル”間のいかなる直接的な光相互通信も
提供していない。
【００１２】プレーナボリュームブラッグホログラムを
二次元で使用する異なるタイプの光相互接続が米国特許
第４８３８６３０号に開示されている。この技術は、決
まった信号ラインを有しておらず、むしろプレーナ平面
ボリューム素子を使用するものである。
【００１３】従って、文献の範囲内では、コンピュータ
システムに関連した光データ伝送の使用に対する種々の
提案があったとしても、コンピュータモジュール間の光
バス通信を行う必要性がなお存在する。
【００１４】この発明の目的は、コンピュータモジュー
ルにおける高密度の応用に適合する光バスを提供するこ
とにある。
【００１５】この発明の他の目的は、コンピュータシス
テムにおけるモジュール間の通信を可能とする高速、低
電力及び低雑音特性の光バスを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明の好ましい実施
例によれば、光バスは、コンピュータにおけるモジュー
ル間を接続する光伝送ラインを担う。光ラインは、分け
られず、または任意の１個の基板を通されない。ユーザ
は、非同期モードまたは半同期モードでバスを使用する
ことができる。コンピュータモジュールからの情報は、
モジュール及び光バス間の伝送装置として働く光コネク
タを用いることによって変換される。モジュールが光学
的である場合、コネクタ構造は不要である。
【００１７】この発明の他の形態によれば、光バスは、
直接的な装置間相互通信が可能な非対称鏡配置を有する
一体構造として製造される。
【００１８】この発明は、図面及び以下の好ましい実施
例を参照することによってより詳細に説明されるであろ
う。
【００１９】
【実施例】図１を参照して、この発明の第１の好ましい
実施例について説明する。概略側面図で示されているが
、光背面装置は三次元であり、それに接続される電子装
置アレー間の直接的な通信を行うものであることが理解
されよう。バス１０は、それぞれ半導体チップを含むカ
ードまたはモジュールのような電子装置を相互接続する
ために用いられる。これは、第１のカード１２、中間の
カード１４及び最後またはＮ番目のカード１６として示
されている。３枚のカードが図示されているが、任意の
Ｎ枚のカードがバス１０に接続されることが理解されよ
う。
【００２０】また、図示されているカードは１列である
が、この発明は、そのようなカードまたはモジュールの
多数の列に適用可能である。バス１０は、貫通穴２０、
２２及び２４を有する基板１８を有する。これらの貫通
穴２０、２２及び２４は、相互接続される各カードと位
置合わせされている。これらの貫通穴２０、２２及び２
４の内側をコーティングするために光反射面２６が用い
られる。これは、金属表面層のような表面コーティング
とすることができる。あるいは、この反射面２６は、自
然のままで、またはドーピングにより適当な反射率を有
するものであれば、基板１８を形成するために用いられ
る材料自身の表面とすることができる。導波路技術を用
いた加工技術の１個は、内側の基板表面を適当に反射的
とすることができるであろう。貫通穴のそれぞれは、光
導波材料２８で埋められる（図３Ｂ参照）。
【００２１】図１に示すように、バス１０は、各貫通穴
と位置合わせされている１組の傾斜面を有する。これら
の傾斜面３０、３２及び３４は、１個の貫通穴から他へ
光を反射するために用いられる。図１に示すように、鏡
配置は非対称である。すなわち、第１のカード１２及び
最後のカード（Ｎ）１６の向かい側の面は、バスの内部
に光を向けるように傾斜している。中間のカード１４に
ついては、反射面は位置合わせされた貫通穴に関して対
称である。
【００２２】従って、バス１０の上面は、反射面３６を
有する光導波材料の層を有する。各貫通穴２０、２２及
び２４と位置合わせされた傾斜部は、光をカードに向か
って反射し、またはカードからの光を傾斜面の他方に反
射する。これらの反射は、光線３８及び４０で示されて
いる。外側の境界のカードに関しては、反射は内部に向
かって起きる。中間のカードに関しては、反射は双方向
的である。
【００２３】光の一部分は、反射面３６に平行に進行し
、傾斜面を経由して貫通穴に伝送される。従って、光の
一部分はカードの１個に向かって反射される。
【００２４】この発明によれば、電気データと各カード
から光バスへの光データとの間の変換を行うために電気
光学コネクタ４２が使用される。この光カプラは、比較
的短い距離、すなわち約１ｃｍ以下にわたって光接続を
行うための直接的な光接続を提供する。この装置は、そ
れぞれ複数の発光及び光検出場所を有する複数の部材に
より構成される。これらの部材は、エネルギー伝送媒体
、すなわち発光場所からの光を光検出場所に導く技術と
組み合わせられて動作する。第１及び第２の部材は、１
個の部材上の発光場所が他の部材上の光検出場所と位置
合わせされるように、互いに再閉止可能な接続に適合さ
れている。これによって、モジュラ形式で直接的な光接
続が可能となる。このコネクタは、光の一部を、関連す
る電子装置により使用される電気データ信号に変換しつ
つ、反射面に向かって光の一部を反射する。
【００２５】このようなコネクタの一実施例は、「電気
光学コネクタ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏ
ｎｎｅｃｔｏｒｓ）　」という名称の係属特許出願、す
なわち同時に譲渡された１９９０年６月２２日出願の米
国特許出願通し番号第０７／５４２２７５号に記載され
ており、ここに明白に参考として挙げる。
【００２６】次に、図２及び図３を参照して、図１の光
バス１０の製造方法について説明する。まず、適当な基
板１８の表面にラインが加工される。この基板は、銅の
ような金属またはシリコンのような半導体であってよく
、ポリマーであってもよい。この基板の唯一の機能は、
光リンク及びコネクタのためのベースを提供することで
ある。次に、基板の所定の場所に貫通穴が、ラインの底
から基板の他方の側に形成される。図２Ａは、ライン５
０及び貫通穴５２を示す。これらの貫通穴は、バス及び
基板相互接続部との接続経路を形成する。図２Ａ及び図
２Ｂは、ライン５０により形成された３個のコネクタを
有する典型的なバスを示す。各コネクタは１２個の貫通
穴５２を有する。
【００２７】次に、図３Ａを参照して、次のステップに
ついて説明する。図２Ａ及び図２Ｂの構造を作製する加
工の後に、基板はマスクされ、ライン及び貫通穴は高反
射率の金属２６でメタライズされる。これによって、貫
通穴２０、２２及び２４のそれぞれに鏡面の壁が形成さ
れる。この中間のステップは、すでに反射的である基板
の場合には必要ないことが理解されよう。
【００２８】次に、適当な光透過特性を有するポリマー
物質がライン及び貫通穴の内部にモールドされる。これ
は図３Ｂに示されている。このようなモールディングの
ステップは、従来公知の種々の技術により達成すること
ができる。これらは、インジェクションモールディング
、スピンコーティング及びドクターブレードの使用を含
む。余分な表面の材料は、マイクロミリングのような適
当な加工作業により、基板表面から除去することができ
る。図示されているように、貫通穴２０、２２及び２４
のそれぞれにはテーパが付いている。この基板の製造プ
ロセスは、感光性ポリマー（ＳＵ８）の使用のようなリ
ソグラフィー技術によって達成することができる。この
リソグラフィー技術によって、基本的な背面構造を規定
するためにマスキング、エッチング及びフィリングを用
いることができる。
【００２９】再び図１を参照して、非対称鏡配置に対し
て装置の動作を説明する。ここに示されているように、
光信号の一部を反射可能な相互接続装置は、ラインのそ
れぞれに挿入されなければならない。このような装置は
、モジュールドライバから来る光を両方向に分散する能
力を有していなければならない。さらに、バス１０内の
特別なスロットの物理的場所によっては、光エネルギー
の一部は特別な方法で分散されなければならない。すな
わち、両端の貫通穴２０及び２４に対して、受けたエネ
ルギーの全てが上方に偏向され、透過するエネルギーの
全てが一方向に導かれなければならない。これは図１に
示されている。しかし、中間の貫通穴に対しては、エネ
ルギーは全ての方向に等しく分配されなければならない
。非対称鏡配置を用いることによって、これは図１に示
すように達成される。反射面３６により形成された鏡の
各領域は、所望の光透過率の関数として変化する。また
、図１に示すように、バスの各端部においては、バスラ
インの物理的端部に到達する全ての放射を吸収するため
に光学的黒体から成る光吸収体５６が使用される。これ
らは、特定波長に対する光吸収体であってよい。このよ
うな装置は、導波路を通って戻る反射を回避する。この
ような黒体から成る光吸収体は、図１においてプレーナ
型のものとして示されている。
【００３０】図１に示されている実施例の変形例は、貫
通穴の上の光導波路の上部に組み込まれたホログラムを
使用することである。これらの装置は、貫通穴またはビ
ームにある量のエネルギーを与える。このような装置は
、レーザアブレーション、マイクロミリング、フォトリ
ソグラフィーまたは他の公知の技術により、貫通穴の上
方の光導波材料２８に組み込むことができる。
【００３１】
【発明の効果】従って、この発明により、光バスは、コ
ンピュータシステムにおける電子装置間の直接的な相互
接続を行うことができる。その本質的な範囲から逸脱す
ることなくこの発明の変形を行うことができることは明
らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による光バスの非対称鏡配置を示す概
略図である。
【図２】３個の導波路及び１２個のモジュールポートを
有するバスの概略上面図及び側面図である。
【図３】中間処理ステップ中のテーパの付いた貫通穴を
有する光バスの前断面図である。
【符号の説明】
１０　　光バス １８　　基板 ２０、２２、２４　　貫通穴

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　互いに対向する１対の面を有する基板
    と、上記１対の面の一方に開口した上記基板内の複数の
    貫通穴と、上記複数の貫通穴の壁及び上記互いに対向す
    る１対の面上に光伝送層を画定する手段と、上記１対の
    面の他方の上にあり、それぞれ上記複数の貫通穴と位置
    合わせされた複数の傾斜部、上記複数の貫通穴に接続さ
    れた光電気インターフェース及び上記１対の面の上記一
    方に取り付けられ、上記光電気インターフェースからの
    信号を受信する複数の電子装置とを有し、１個の上記光
    電気インターフェースを透過した光は１個の上記傾斜部
    により他の上記光電気インターフェースに向かって反射
    され、関連する電子装置による使用のための電気信号に
    変換されるコンピュータシステム用光バス。
  2. 【請求項２】　　上記基板の端部に設けられた光吸収手
    段をさらに有することを特徴とする請求項１記載のコン
    ピュータシステム用光バス。
  3. 【請求項３】　　上記複数の貫通穴のそれぞれを埋める
    光導波材料をさらに有することを特徴とする請求項１記
    載のコンピュータシステム用光バス。
  4. 【請求項４】　　上記基板は金属材料であることを特徴
    とする請求項１記載のコンピュータシステム用光バス。
  5. 【請求項５】　　上記基板は半導体材料であることを特
    徴とする請求項１記載のコンピュータシステム用光バス
    。
  6. 【請求項６】　　上記基板はポリマー材料であることを
    特徴とする請求項１記載のコンピュータシステム用光バ
    ス。
  7. 【請求項７】　　上記基板は、それぞれ複数の貫通穴を
    含むＮ列の貫通穴を有することを特徴とする請求項１記
    載のコンピュータシステム用光バス。
  8. 【請求項８】　　上記複数の貫通穴は少なくとも３個の
    貫通穴であり、上記傾斜部は、各端の貫通穴の上方に位
    置する非対称鏡及び上記各端の貫通穴の間の各貫通穴の
    上方に位置しこの貫通穴と位置合わせされた対称鏡とを
    有することを特徴とする請求項１記載のコンピュータシ
    ステム用光バス。
  9. 【請求項９】　　上記光伝送層を画定する手段は、上記
    複数の貫通穴及び上記互いに対向する１対の面の高反射
    率の金属コーティング壁の層から成ることを特徴とする
    請求項１記載のコンピュータシステム用光バス。
  10. 【請求項１０】　　上記基板は高反射率の材料から成り
    、上記光伝送層を画定する手段は上記材料の基板面から
    成ることを特徴とする請求項１記載のコンピュータシス
    テム用光バス。
  11. 【請求項１１】　　複数の電子装置を相互接続するため
    のコンピュータシステム用光バスであって、互いに対向
    する１対の主面を有する導波路基板と、上記電子装置に
    及び上記電子装置から光を導波するための上記基板内の
    導波路貫通穴と、１個の上記貫通穴から他の傾斜部に向
    かって一方向に光を伝送するための上記貫通穴の反対側
    に位置する傾斜部と、関連する電子装置により使用可能
    な電気信号に変換するために、１個の光電気インターフ
    ェースから伝送された光が関連する傾斜部で反射されて
    他の光電気インターフェースに向かうように上記貫通穴
    を上記複数の電子装置に接続する複数の光電気インター
    フェースとを有するコンピュータシステム用光バス。
  12. 【請求項１２】　　上記基板の端部に設けられた光吸収
    手段をさらに有することを特徴とする請求項１１記載の
    コンピュータシステム用光バス。
  13. 【請求項１３】　　上記複数の貫通穴のそれぞれを埋め
    る光導波材料をさらに有することを特徴とする請求項１
    １記載のコンピュータシステム用光バス。
  14. 【請求項１４】　　上記基板は金属材料であることを特
    徴とする請求項１１記載のコンピュータシステム用光バ
    ス。
  15. 【請求項１５】　　上記基板は半導体材料であることを
    特徴とする請求項１１記載のコンピュータシステム用光
    バス。
  16. 【請求項１６】　　上記基板はポリマー材料であること
    を特徴とする請求項１１記載のコンピュータシステム用
    光バス。
  17. 【請求項１７】　　上記基板は、それぞれ複数の貫通穴
    を含むＮ列の貫通穴を有することを特徴とする請求項１
    １記載のコンピュータシステム用光バス。
  18. 【請求項１８】　　上記複数の貫通穴は少なくとも３個
    の貫通穴であり、上記傾斜部は、各端の貫通穴の上方に
    位置する非対称鏡及び上記各端の貫通穴の間の各貫通穴
    の上に位置しこの貫通穴と位置合わせされた適当な対称
    性の鏡とから成ることを特徴とする請求項１１項記載の
    コンピュータシステム用光バス。
  19. 【請求項１９】　　上記光伝送層を画定する手段は、上
    記複数の貫通穴及び上記互いに対向する１対の面の高反
    射率の金属コーティング壁の層から成ることを特徴とす
    る請求項１１記載のコンピュータシステム用光バス。
  20. 【請求項２０】　　上記基板は高反射率の材料から成り
    、上記光伝送層を画定する手段は上記材料の基板面から
    成ることを特徴とする請求項１１記載のコンピュータシ
    ステム用光バス。
  21. 【請求項２１】　　上記非対称鏡から成る上記傾斜部は
    、上記光電気インターフェースに及び上記光電気インタ
    ーフェースから信号を分配するために各貫通穴の上方に
    この貫通穴と適当に位置合わせされたホログラフィック
    グレーティングにより置換されていることを特徴とする
    請求項８記載のコンピュータシステム用光バス。
  22. 【請求項２２】　　上記非対称鏡から成る上記傾斜部は
    、上記光電気インターフェースに及び上記光電気インタ
    ーフェースから信号を分配するために各貫通穴の上方に
    この貫通穴と適当に位置合わせされたホログラフィック
    グレーティングにより置き換えられていることを特徴と
    する請求項１１記載のコンピュータシステム用光バス。
  23. 【請求項２３】　　上記導波路は、上記光電気インター
    フェースと同一の側の上記基板上に画定され、これによ
    って上記貫通穴の必要性をなくしていることを特徴とす
    る請求項１１記載のコンピュータシステム用光バス。
  24. 【請求項２４】　　上記導波路は、上記信号を分配する
    ために各上記光電気インターフェースの下側に位置する
    上記非対称鏡で画定されていることを特徴とする請求項
    ２３記載のコンピュータシステム用光バス。
  25. 【請求項２５】　　上記導波路は、上記信号を分配する
    ために各上記光電気インターフェースと位置合わせされ
    た上記ホログラフィックグレーティングで画定されてい
    ることを特徴とする請求項２３記載のコンピュータシス
    テム用光バス。
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