JPH05224043A - 並列光導波路 - Google Patents
並列光導波路Info
- Publication number
- JPH05224043A JPH05224043A JP2919492A JP2919492A JPH05224043A JP H05224043 A JPH05224043 A JP H05224043A JP 2919492 A JP2919492 A JP 2919492A JP 2919492 A JP2919492 A JP 2919492A JP H05224043 A JPH05224043 A JP H05224043A
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- optical
- waveguide
- parallel
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Abstract
(57)【要約】
【目的】光コンピュータや並列情報処理を行う装置を構
成する光結合部において、光クロストークや光損失が低
減された光並列処理方法を提供する。 【構成】ＬＤアレイ８からの出射光はマイクロレンズア
レイ７によりコリメート光にされ、並列光導波路５の各
導波路にＬＤアレイ素子各々の光が入射する様に位置調
整し固定される。入力光６は各導波路内にある斜め溝に
より、順次、導波路基板面と垂直の方向に反射され、面
型光増幅素子アレイ４に入射される。この面型光増幅素
子アレイ４により光増幅変調作用を受けた後、並列光導
波路３に入射され各導波路毎に集光されてＰＤアレイ２
に入射される。この並列光導波路を用いることにより、
光増幅変調を用いた積和演算，並列光変換を行う装置を
コンパクトに構成することが出来る。
成する光結合部において、光クロストークや光損失が低
減された光並列処理方法を提供する。 【構成】ＬＤアレイ８からの出射光はマイクロレンズア
レイ７によりコリメート光にされ、並列光導波路５の各
導波路にＬＤアレイ素子各々の光が入射する様に位置調
整し固定される。入力光６は各導波路内にある斜め溝に
より、順次、導波路基板面と垂直の方向に反射され、面
型光増幅素子アレイ４に入射される。この面型光増幅素
子アレイ４により光増幅変調作用を受けた後、並列光導
波路３に入射され各導波路毎に集光されてＰＤアレイ２
に入射される。この並列光導波路を用いることにより、
光増幅変調を用いた積和演算，並列光変換を行う装置を
コンパクトに構成することが出来る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光インタコネクトに係
り、特に、電子デバイス（ＬＳＩ等）間の情報を光並列
処理する場合の基本部品としての並列光導波路に関す
る。また本発明は光コンピューティングにおける光演算
処理部及び学習機能を有する光ニューロコンピューティ
ングの基本部品としても用いられる。
り、特に、電子デバイス（ＬＳＩ等）間の情報を光並列
処理する場合の基本部品としての並列光導波路に関す
る。また本発明は光コンピューティングにおける光演算
処理部及び学習機能を有する光ニューロコンピューティ
ングの基本部品としても用いられる。
【０００２】
【従来の技術】従来のスーパーコンピュータの技術では
その演算速度のＭａｘは１Ｇｏｐ／ｓ程度であり、コネ
クションマシンに代表される超並列マシンでも１０4 程
度の並列度とされている。この演算速度および並列度を
将来拡張するものとして、光コンピュータやニューロコ
ンピュータが提案されているが、その最も基本的なもの
としては、エヌ・エッチ・ファーハットらによる、オプ
ティカル インプレメンテーション オブ ホップフィ
ールドモデル，アプライド オプティクス 第２４巻
１０号の１４６９ページから１４７５ページ(Optical I
mplementationof Hopfield Model,Appl.Opt.,Vol.２
４，No.１０，pp.１４６９−１４７５）で論じられてい
る相互結合モデルがある。
その演算速度のＭａｘは１Ｇｏｐ／ｓ程度であり、コネ
クションマシンに代表される超並列マシンでも１０4 程
度の並列度とされている。この演算速度および並列度を
将来拡張するものとして、光コンピュータやニューロコ
ンピュータが提案されているが、その最も基本的なもの
としては、エヌ・エッチ・ファーハットらによる、オプ
ティカル インプレメンテーション オブ ホップフィ
ールドモデル，アプライド オプティクス 第２４巻
１０号の１４６９ページから１４７５ページ(Optical I
mplementationof Hopfield Model,Appl.Opt.,Vol.２
４，No.１０，pp.１４６９−１４７５）で論じられてい
る相互結合モデルがある。
【０００３】これは入力ベクトルΧ(ｎ)と記憶行列Ｗ
(ｎ，ｍ)との積和演算を光で行なう為のもので、入力ベ
クトルを発光素子の光強度で表現し、シリンドリカルレ
ンズで一方向に広げ、記憶行列（例えば透過率）の変調
をかけ直交する方向で集光することによって出力ベクト
ルＹ(ｍ)を得るという構造になっている。この基本構造
を用いて、出力ベクトルに閾値関数をかけたうえで入力
ベクトル側へフィードバックすることにより、光コンピ
ューティングを行っている。
(ｎ，ｍ)との積和演算を光で行なう為のもので、入力ベ
クトルを発光素子の光強度で表現し、シリンドリカルレ
ンズで一方向に広げ、記憶行列（例えば透過率）の変調
をかけ直交する方向で集光することによって出力ベクト
ルＹ(ｍ)を得るという構造になっている。この基本構造
を用いて、出力ベクトルに閾値関数をかけたうえで入力
ベクトル側へフィードバックすることにより、光コンピ
ューティングを行っている。
【０００４】またこのホップフィールド型モデルを光連
想メモリに応用した例として、電子情報通信学会技術研
究報告ＯＱＥ８７−１７４（１９８８年）、３９ページ
〜４５ページに詳細が報告されている。
想メモリに応用した例として、電子情報通信学会技術研
究報告ＯＱＥ８７−１７４（１９８８年）、３９ページ
〜４５ページに詳細が報告されている。
【０００５】また記憶情報の正値，負値に対してそれぞ
れ異なった周波数もしくは位相、または上記正値，負値
に対して交互の時分割により多重化して駆動することに
より、記憶相関行列を実現する例として、特許出願公開
Ｎｏ．平2−45815号による提案がある。
れ異なった周波数もしくは位相、または上記正値，負値
に対して交互の時分割により多重化して駆動することに
より、記憶相関行列を実現する例として、特許出願公開
Ｎｏ．平2−45815号による提案がある。
【０００６】これらはいずれも入力ベクトルと記憶ベク
トル及び出力ベクトルを空間的な光結合により実現しよ
うとした例である。
トル及び出力ベクトルを空間的な光結合により実現しよ
うとした例である。
【０００７】
１．ホップフィールド型相互結合型モデルのように光空
間結合を用いる上記従来技術では並列度を上げるに従い
装置は体積的に増大してしまうことと、各光部品を実装
する場合に素子の安定動作をするための冷却機構の取付
け方法等について配慮がなされていない。本発明は並列
度をあげても装置の体積がさほど増大しなく、冷却機構
の取付けが容易な実装方法を提供することにある。
間結合を用いる上記従来技術では並列度を上げるに従い
装置は体積的に増大してしまうことと、各光部品を実装
する場合に素子の安定動作をするための冷却機構の取付
け方法等について配慮がなされていない。本発明は並列
度をあげても装置の体積がさほど増大しなく、冷却機構
の取付けが容易な実装方法を提供することにある。
【０００８】２．また従来の光学系を用いて光を並列分
岐する方法では光結合損失が大きく、光のクロストーク
が発生しやすい問題があった。本発明は光素子からの光
を損失することなく光結合し、マトリックス状に並列に
分岐する方法を提供することにある。
岐する方法では光結合損失が大きく、光のクロストーク
が発生しやすい問題があった。本発明は光素子からの光
を損失することなく光結合し、マトリックス状に並列に
分岐する方法を提供することにある。
【０００９】３．本発明の他の目的は、光／電子機能デ
バイスを搭載した小型で高機能を持った並列光導波路基
板を提供することにある。
バイスを搭載した小型で高機能を持った並列光導波路基
板を提供することにある。
【００１０】
１．本発明は上記目的を達成するために、信号に対して
透明なる基板を用い、切削等により入力光方向に矩形状
導波路を設け、その導波路に対して直角の方向に斜め溝
を形成する。その斜め溝は入力光側から順次深くなり、
入力光を並列に基板の垂直方向に反射出来る様にしたも
のである。
透明なる基板を用い、切削等により入力光方向に矩形状
導波路を設け、その導波路に対して直角の方向に斜め溝
を形成する。その斜め溝は入力光側から順次深くなり、
入力光を並列に基板の垂直方向に反射出来る様にしたも
のである。
【００１１】２．また本発明では、上記の導波路と斜め
溝加工部にメタライズを施し光の閉じ込め効率と反射率
を向上することにより、並列分岐光の効率を高めるよう
にしたものである。
溝加工部にメタライズを施し光の閉じ込め効率と反射率
を向上することにより、並列分岐光の効率を高めるよう
にしたものである。
【００１２】３．またこの並列導波路基板の裏面上に光
／電子機能デバイスが実装できるように電子回路電極パ
ターンを形成し、光／電子機能デバイスと一体化したも
のである。
／電子機能デバイスが実装できるように電子回路電極パ
ターンを形成し、光／電子機能デバイスと一体化したも
のである。
【００１３】
１．入力信号方向に対して垂直方向にも分岐する並列光
導波路基板により、多並列の入力信号を空間スペースを
さほど必要とせず、マトリックス状の信号に分岐するこ
とが出来る。また本並列光導波路基板及び面状の機能デ
バイスを基板に積層状に表面実装することが出来るた
め、冷却機構の取付けも用意である。
導波路基板により、多並列の入力信号を空間スペースを
さほど必要とせず、マトリックス状の信号に分岐するこ
とが出来る。また本並列光導波路基板及び面状の機能デ
バイスを基板に積層状に表面実装することが出来るた
め、冷却機構の取付けも用意である。
【００１４】２．本並列光導波路基板の表面に、反射率
を高くするためにメタライズ等を付着することにより導
波路内にある光の閉じ込め効率及び反射率を上げられる
ことは明らかである。この時矩形上の導波路間でのクロ
ストークはほとんどないため、ホップフィールド型の積
和演算を行う場合に重要なアレイ素子からの並列信号光
間のクロストークはほとんど発生しない。
を高くするためにメタライズ等を付着することにより導
波路内にある光の閉じ込め効率及び反射率を上げられる
ことは明らかである。この時矩形上の導波路間でのクロ
ストークはほとんどないため、ホップフィールド型の積
和演算を行う場合に重要なアレイ素子からの並列信号光
間のクロストークはほとんど発生しない。
【００１５】３．また本並列光導波路基板の裏面に光／
電子機能デバイス用電極パターンを施すことが出来るの
で光／電子機能デバイスと一体化することが可能であ
り、高機能を持った並列光導波路基板を提供することが
出来る。
電子機能デバイス用電極パターンを施すことが出来るの
で光／電子機能デバイスと一体化することが可能であ
り、高機能を持った並列光導波路基板を提供することが
出来る。
【００１６】
【実施例】本発明の第１の実施例として並列導波路型光
演算装置に適用した例を図１に示す。
演算装置に適用した例を図１に示す。
【００１７】並列光導波路３及び５は、信号に対して透
明なる材料であるホウ珪酸ガラスを用い、信号光伝送方
向と平行に溝加工による矩形部分を作成し、光導波路を
形成したものである。この導波路は高さ２００μｍ，幅
１５０μｍの矩形状をしている。矩形導波路間のピッチ
は２５０μｍである。さらにこの矩形導波路と垂直方向
に４５度の斜め溝加工を施す。この深さは入力光側より
５０μｍずつ順次深くなり４溝を形成する。この矩形導
波路の表面及び斜め溝加工部には、金の蒸着膜が約０.
５μｍ 施されており、導波路内の光閉じ込め効率を高
める様にしている。
明なる材料であるホウ珪酸ガラスを用い、信号光伝送方
向と平行に溝加工による矩形部分を作成し、光導波路を
形成したものである。この導波路は高さ２００μｍ，幅
１５０μｍの矩形状をしている。矩形導波路間のピッチ
は２５０μｍである。さらにこの矩形導波路と垂直方向
に４５度の斜め溝加工を施す。この深さは入力光側より
５０μｍずつ順次深くなり４溝を形成する。この矩形導
波路の表面及び斜め溝加工部には、金の蒸着膜が約０.
５μｍ 施されており、導波路内の光閉じ込め効率を高
める様にしている。
【００１８】この並列光導波路３及び５は、導波路形成
側を背面として面増幅素子アレイ４を挾み、矩形導波路
の伝送方向が互いに直交する形で、フリップチップボン
ディングによりＡｕ／Ｓｎ融着している。この並列光導
波路３はさらにアルミナ基板１にＰｂ／Ｓｎにてボンデ
ィングされている。このアルミナ基板１上にはさらにＰ
Ｄアレイ２とＬＤアレイ８及びヒートシンク９が図１の
ように高融点Ｐｂ／Ｓｎ半田にてボンディングされてい
る。
側を背面として面増幅素子アレイ４を挾み、矩形導波路
の伝送方向が互いに直交する形で、フリップチップボン
ディングによりＡｕ／Ｓｎ融着している。この並列光導
波路３はさらにアルミナ基板１にＰｂ／Ｓｎにてボンデ
ィングされている。このアルミナ基板１上にはさらにＰ
Ｄアレイ２とＬＤアレイ８及びヒートシンク９が図１の
ように高融点Ｐｂ／Ｓｎ半田にてボンディングされてい
る。
【００１９】ＬＤアレイ８からの入力光６は、マイクロ
レンズアレイ７によりコリメート光になり、並列光導波
路５の各導波路にＬＤアレイ素子各々の光が対応する様
に位置調整される。その後マイクロレンズアレイ７はＬ
Ｄアレイ８の上に固定される。入力光６は各導波路内に
ある斜め溝により導波路基板面と垂直の方向に反射され
る。反射光は面型光増幅素子アレイ４に入射され、光増
幅変調作用を受けたあと並列光導波路基板３に入射さ
れ、各導波路毎に集光されて出力光８となりＰＤアレイ
２に入射される。
レンズアレイ７によりコリメート光になり、並列光導波
路５の各導波路にＬＤアレイ素子各々の光が対応する様
に位置調整される。その後マイクロレンズアレイ７はＬ
Ｄアレイ８の上に固定される。入力光６は各導波路内に
ある斜め溝により導波路基板面と垂直の方向に反射され
る。反射光は面型光増幅素子アレイ４に入射され、光増
幅変調作用を受けたあと並列光導波路基板３に入射さ
れ、各導波路毎に集光されて出力光８となりＰＤアレイ
２に入射される。
【００２０】ＬＤアレイ８からの各素子の光強度を入力
ベクトルとし、面増幅素子アレイ４を演算マトリックス
とし、ＰＤアレイ２の各素子の受光感度を出力ベクトル
とすることにより積和演算を行なうことが出来た。ま
た、同様に面増幅素子アレイ４の各素子の増幅／減衰作
用を応用し、入力Ｘｉと出力Ｙｊ間の光通信、すなわち
光交換を行なうことが出来た。
ベクトルとし、面増幅素子アレイ４を演算マトリックス
とし、ＰＤアレイ２の各素子の受光感度を出力ベクトル
とすることにより積和演算を行なうことが出来た。ま
た、同様に面増幅素子アレイ４の各素子の増幅／減衰作
用を応用し、入力Ｘｉと出力Ｙｊ間の光通信、すなわち
光交換を行なうことが出来た。
【００２１】次に第２の実施例として、並列光導波路を
ＬＳＩのような電子デバイス間の情報処理に適用した例
について述べる。
ＬＳＩのような電子デバイス間の情報処理に適用した例
について述べる。
【００２２】図２は並列導波路型光電子情報処理装置を
示している。並列光導波路基板１５は図１に示したもの
と同様のものである。この並列光導波路基板１５の導波
路部と反対側の面にはＣｒ／Ｐｔ／Ａｕによる電極パタ
ーン１６を施し、マイクロプロセッサ用ＬＳＩ１４をこ
の電極パターンにＡｕ／Ｓｎにてフリップチップボンデ
ィングする。このＬＳＩ１４は並列光導波路１５に４個
並列に搭載されており、これら１個のＬＳＩには１個の
ＰＤアレイ１３が対応し、並列にＡｕ／Ｓｎにてフリッ
プチップボンディングされている。ＬＤアレイ１８から
でた信号光１９は図１に示したのと同様に各導波路毎に
並列に進行し、斜め溝により反射され各ＰＤアレイ１３
に並列に入射する。この光は電気信号に変換され、近接
のＬＳＩに入力信号として伝送される。ＬＳＩ１４によ
り電気処理された出力信号は並列導波路１５の電極パタ
ーン１６を伝って外部に取りだされる。
示している。並列光導波路基板１５は図１に示したもの
と同様のものである。この並列光導波路基板１５の導波
路部と反対側の面にはＣｒ／Ｐｔ／Ａｕによる電極パタ
ーン１６を施し、マイクロプロセッサ用ＬＳＩ１４をこ
の電極パターンにＡｕ／Ｓｎにてフリップチップボンデ
ィングする。このＬＳＩ１４は並列光導波路１５に４個
並列に搭載されており、これら１個のＬＳＩには１個の
ＰＤアレイ１３が対応し、並列にＡｕ／Ｓｎにてフリッ
プチップボンディングされている。ＬＤアレイ１８から
でた信号光１９は図１に示したのと同様に各導波路毎に
並列に進行し、斜め溝により反射され各ＰＤアレイ１３
に並列に入射する。この光は電気信号に変換され、近接
のＬＳＩに入力信号として伝送される。ＬＳＩ１４によ
り電気処理された出力信号は並列導波路１５の電極パタ
ーン１６を伝って外部に取りだされる。
【００２３】ＬＤアレイ１８の光は、コリメート光とな
る様マイクロレンズアレイ１７と位置合わせ後、基板上
のＬＤアレイ１８上に固定される。同様にＬＳＩ１４及
びＰＤアレイ１３のボンディングされた並列光導波路１
５は、スペーサ１２を介して基板１１にＰｂ／Ｓｎ半田
にてボンディングされる。
る様マイクロレンズアレイ１７と位置合わせ後、基板上
のＬＤアレイ１８上に固定される。同様にＬＳＩ１４及
びＰＤアレイ１３のボンディングされた並列光導波路１
５は、スペーサ１２を介して基板１１にＰｂ／Ｓｎ半田
にてボンディングされる。
【００２４】これにより、本並列導波路型光電子情報処
理装置は空間的なスペースを取らずにコンパクトで冷却
が可能となリ、プロセッサ用ＬＳＩへの並列信号処理が
可能となった。
理装置は空間的なスペースを取らずにコンパクトで冷却
が可能となリ、プロセッサ用ＬＳＩへの並列信号処理が
可能となった。
【００２５】
【発明の効果】本発明の並列導波路基板を使用すること
により、光積和演算や光コンピューティングを行う装置
を、従来の光空間結合方式に較べコンパクトとし、クロ
ストーク特性に優れた光損失の少ない装置を実現するこ
とが出来る。また近接した多数のＬＳＩ等への信号を本
並列光導波路基板を使用することにより並列演算が可能
となる。この方式は、光／電子デバイスを並列光導波路
基板に一体化しさらに基板に取り付けられることから、
冷却機構取付けが可能であり信頼性に優れた装置を実現
することが出来る。
により、光積和演算や光コンピューティングを行う装置
を、従来の光空間結合方式に較べコンパクトとし、クロ
ストーク特性に優れた光損失の少ない装置を実現するこ
とが出来る。また近接した多数のＬＳＩ等への信号を本
並列光導波路基板を使用することにより並列演算が可能
となる。この方式は、光／電子デバイスを並列光導波路
基板に一体化しさらに基板に取り付けられることから、
冷却機構取付けが可能であり信頼性に優れた装置を実現
することが出来る。
【図１】本発明の一実施例を示す並列導波路型光演算装
置の構成図である。
置の構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示す並列導波路型光電子情
報処理装置の構成図である。
報処理装置の構成図である。
１…アルミナ基板、２…ＰＤアレイ、３，５…並列光導
波路基板、４…面型光増幅素子アレイ、６…入力信号
光、７…マイクロレンズアレイ、８…ＬＤアレイ、９…
ヒートシンク、１０…出力光、１１…基板、１２…スペ
ーサ、１３…ＰＤアレイ、１４…マイクロプロセッサＬ
ＳＩ、１５…並列光導波路基板、１６…電極パターン、
１７…マイクロレンズアレイ、１８…ＬＤアレイ、１９
…信号光。
波路基板、４…面型光増幅素子アレイ、６…入力信号
光、７…マイクロレンズアレイ、８…ＬＤアレイ、９…
ヒートシンク、１０…出力光、１１…基板、１２…スペ
ーサ、１３…ＰＤアレイ、１４…マイクロプロセッサＬ
ＳＩ、１５…並列光導波路基板、１６…電極パターン、
１７…マイクロレンズアレイ、１８…ＬＤアレイ、１９
…信号光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 佳子 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 武居 亜紀 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 小野 佑一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】入力信号光に対して透明なる基板と、その
基板上に設けられた矩形上の導波路と、その導波路に対
して直角の方向に斜め溝を形成したことよりなる並列光
導波路。 - 【請求項２】上記斜め溝は入力光側から順次深くなり、
入力光を前記並列光導波路基板と垂直方向に反射出来る
様にしたことを特徴とする請求項１記載の並列光導波
路。 - 【請求項３】上記導波路部と斜め溝加工部にメタライズ
を施し、光の閉じ込め効率と反射率を向上したことを特
徴とする請求項１又は２記載の並列光導波路。 - 【請求項４】上記基板裏面上に光電子機能デバイスが実
装出来る電子回路電極パターンを形成したことを特徴と
する請求項１，２又は３記載の並列光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2919492A JPH05224043A (ja) | 1992-02-17 | 1992-02-17 | 並列光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2919492A JPH05224043A (ja) | 1992-02-17 | 1992-02-17 | 並列光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05224043A true JPH05224043A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=12269392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2919492A Pending JPH05224043A (ja) | 1992-02-17 | 1992-02-17 | 並列光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05224043A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1362251A4 (en) * | 2000-12-13 | 2005-12-07 | Bae Systems Information | PHOTONIC SIGNAL MATRIX IN INTEGRATED CIRCUIT |
| KR100583646B1 (ko) * | 2003-12-24 | 2006-05-26 | 한국전자통신연구원 | 병렬 광접속 모듈용 광접속 장치 및 이를 이용한 병렬광접속 모듈 |
-
1992
- 1992-02-17 JP JP2919492A patent/JPH05224043A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1362251A4 (en) * | 2000-12-13 | 2005-12-07 | Bae Systems Information | PHOTONIC SIGNAL MATRIX IN INTEGRATED CIRCUIT |
| KR100583646B1 (ko) * | 2003-12-24 | 2006-05-26 | 한국전자통신연구원 | 병렬 광접속 모듈용 광접속 장치 및 이를 이용한 병렬광접속 모듈 |
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